FreeCAD FEM基本分析流程

有限元素法(Finite Element Method, FEM)就是將一個與物質相關的複雜問題，以切網格(mesh)的方式轉換成一大堆相對單純的數學式，然後用電腦的高速運算能力將所有數學式求解出來，並將結果以數據、圖型、色階、動畫等方式呈現的一門技術。

如果你不想把自己設計、製造出來的椅子坐垮掉，請先用FEM分析看看。

FreeCAD的FEM工作平台提供工程力學(Engineering Mechanics)、熱機學(Thermo Mechanical)、流體力學(Fluid Mechanics)、靜電學(Electrostatic)等分析功能，以一套免費軟體來說實在有夠奢侈。

這些學門每項都足以讓你唸個博士，絕非阿伯三言兩語說得清楚。但阿伯可以用一個超簡單範例，讓你飛快跑一遍FEM的基本分析流程。有了成功的經驗，你就可以放心挖掘更多寶藏，不再對FEM感到恐懼。

承受內壓力的圓管，夠簡單吧。請在Part Design工作平台建立一放置於XY平面，以絕對原點為圓心，內徑50mm，外徑56mm，高50mm的圓管。然後進入FEM工作平台建立一個分析Analysis，方法如下圖：

執行FEM分析計算前必須先完成以下4件事：設定零件材質(material)、設定拘束條件(constraint)、設定負載(load)、建立網格(mesh)，順序可隨意。

設定零件材質

在此設定[固體]材質Steel-15CrNi6，方法如下圖：

完成後會在分析子目錄產生名叫MaterialSolid的材質物件，如下圖：

設定拘束條件

在此將圓管上下端面設成固定，方法如下圖：

完成後會在分析子目錄產生名叫ConstraintFixed的拘束物件，如下圖：

設定負載

在此設定管內壓力(pressure)，方法如下圖：

完成後會在分析子目錄產生名叫ConstraintPressure的壓力物件，如下圖：

建立網格

方法如下圖：

完成後會在分析子目錄產生名叫FEMMeshNetgen的網格物件，如下圖：

前處理到此告一段落。現在就可以開始求解，方法如下圖：

完成後會在分析子目錄產生名叫CCX_Results的子目錄，如下圖：

點2下CCX_Results即可檢視各種數據與分布圖：

以上只是FreeCAD FEM最最基本的分析流程，其他功能還多得是，絕對夠你玩上好一陣子。萬事起頭難，再複雜的分析也是走同樣的路子。你該擔心的是學校唸的機械設計、熱機熱流、工程數學……是不是都還給老師了呢？

(FreeCAD 0.21版適用)

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