Diese Seite erklärt das Materialdatensystem in FreeCAD.
Diese Seite befindet sich noch in der Übersetzung!
Weil es schwierig bis unmöglich ist, einen festes oder komplette Bestand an Materialeigenschaften festzulegen, wählen wir einen offeneren Weg. Jedes Objekt in FreeCad das mit Materialien zu tun hat, hat eine Eigenschaft die mit "Material" benannt ist und eine Schlüssel/Wert-Liste ist, die eine unendliche Zahl an Materialeigenschaften enthalten kann. Weil dieser Weg mit solchen Daten umzugehen sehr offene und erweiterbar ist, besteht auch die Gefahr von Chaos. Deswegen beschreibt diese Seite einige Regeln und grundsätzlichen Eigenschaften um mit solchen Materialeigenschaften-Listen umzugehen.
Jeder Eigenschaftssatz hat nur einen notwendigen Eintrag der "Name" benannt ist. Die ist der primäre Schlüssel des Materials. Die restlichen Materialeigenschaften sind optional oder können aus einer Materialdatenbank bezogen werden.
Eigenschaftsnamen (Schlüssel) nach Wörtern getrennt durch Unterstriche geordnet. The first substring is named by the application or standard, the following can be used to further group the properties.
Die Werte können durch Unterstriche gruppiert werden, z.B. um verschiedene Stahlsorten zu unterscheiden. Beispiel:
Jede Eigenschaft hat auf dieser Seite eine für Menschen lesbare Beschreibung, mit Verbindungen zu weiteren Informationen (z.B. Wikipedia)
Für jede Eigenschaft muss eine Maßeinheit angegeben werden, basierend auf dem FreeCAD-internen Einheitensystem mm-kg-s! Dies ermöglichte eine einheitliche Nutzung und Übersetzung.
Der Schlüssel (Name) und der Wert der Eigenschaft darf nur ASCII-Zeichen (7-Bit) beinhalten. Die Schlüssel werden in Camel-Case (Binnenmajuskel) geschrieben, aber case-insensitive (unabhängig von der Groß- und Kleinschreibung) interpretiert.
Die Unterstriche ermöglichen später einen Eigenschaftseditor in Baumansicht der eine Faltung anbietet.
Es gibt einige Quellen um Materialien einfacher zu handhaben:
Sobald der obige Standard implementiert ist, wäre es dumm die Eigenschaften wieder und wieder in den Objekten zu speichern. Grundsätzlich können wir eine Material-DB mit den Namen als Primärschlüssel aufbauen. Falls du dann keine speziellen Voraussetzungen an das Material hast, gibst du einfach z.B. Name=Steel an und FreeCAD holt sich die entsprechenden Eigenschaften aus der Datenbank. Jede zusätzliche Eigenschaft die du in der map (TODO: Übersetzung für map) setzt, überschreibt die entsprechende aus der DB.
Zukünftig können wir die DB irgendwo im Netz ablegen und daraus eine grundsätzliche OpenSource Material-DB machen.
Momentan denke ich an einen einkompilierten Minidatensatz, mit einem Satz "Basis"-Materialien und ihren Grundeigenschaften und einer SQLite-basierten Vollversion.
Da die Handhabung von Materialeigenschaften mühselig ist, sollten wir ein Python-Frontend-Modul mit Namen Material.py entwickeln. Dies wäre der Platz um alle möglichen Helfermethoden zur Materialhandhabung zu implementieren.
Das Modul sollte so entwickelt sein, dass es sowohl in FreeCAD als auch unabhängig auf der Kommandozeile laufen kann (material-property-map gegeben als Python map).
Mit Materialien zu arbeiten heißt häufig Material-Definitionen zu importieren und exportieren. Dafür wird ein Dateiformat benötigt. Da wir nur Schlüssel-Wert-Paare haben, können wir ein einfaches und leicht zu lesen und parsendes Dateiformat wählen. Hierfür wurde das Initialisierungsdatei Format gewählt. Es ist standardisiert und Parser sind bereits verfügbar. Z.B. das Konfigparser Modul in Python.
Jede Materialbeschreibung befindet sich in einer Datei mit der Endung .FCMat. Einige dieser Dateien sind Bestandteil der FreeCAD-Quellen und werden in die Binärdatei eincompiliert. Dies wird gemacht um zusätzlichen Aufwand bei der Verteilung und beim Zugang zu vermeiden. Außerdem können Dateien an verschieden Orten abgelegt und gesucht werden, um nicht-Standard Material-Definitionen zu ermöglichen.
; last modified 1 April 2001 by John Doe Name=Steel_Cast Father=Steel Source=Some material book everyone knows (or not) ;Some comment [EN10027] ; steel standard EN 10027-1 Name=S235JR+AR [Graphic] Color_Emissiv = 255,255,255
Here now the description of agreed material-properties. Feel free to add a subsection for the material-properties of you field of expertise.
| property name | Description | Unit/Data-Type |
|---|---|---|
| Name | Unique name of the property, following the rules described above | ASCII string 7-bit |
| Father | Name of the material group this material belongs to. If defined this material inherits all the father properties. That means if not defined the father properties will be used. | ASCII string 7-bit |
| Description | A placeholder for a longer description of the material | ASCII string 7-bit |
| SpecificWeight | The specific weight (also known as the unit weight) is the weight per unit volume of a material. see: Specific_weight | kg/mm^3 |
| Vendor | Specifies the brand or vendor of the material | ASCII string 7-bit |
| ProductURL | An URL where to find more information about the material | ASCII string 7-bit |
| SpecificPrice | The price per unit of this material. Units can vary a lot (USD/m³, EUR/piece, etc...) | ASCII string 7-bit |
ToDos: add some properties with an ordering system for materials (metal, alloy, mineral, wood, ....)
| property name | Description | Unit/Data-Type |
|---|---|---|
| Young's Modulus | Young's modulus, also known as the tensile modulus or elastic modulus, is a measure of the stiffness of an elastic material and is a quantity used to characterize materials. See: Young's modulus | kg*mm^-1*s^-2 (kPa) |
| Poisson's Ratio | The lateral contraction of materials under tension as a fraction of their elongation. See: Poisson's Ratio | Dimensionless (-) |
| Yield Strength | The stress at which a ductile material (like steel) starts to develop plastic (irreversible) deformation. See: Yield Strength | N'*mm^-2 (MPa) |
| Ultimate Tensile Strength (UTS) | The stress at which the material ruptures. For ductile materials this may be after experiencing significant plastic deformation (see Yield Strength). For brittle material Yield strength and Ultimate Tensile Strength coincide. See: UTS | N'*mm^-2 (MPa) |
| Yield Points | Used in a FEM non-linear material object to describe a ductile uni-axial stress-strain curve of a material. The values are entered as (yield stress, plastic strain) tuples, where the first combination is (Yield Strength, 0) and the last (UTS, Fracture Strain) See: YieldPoints | (N'*mm^-2 (MPa), dimensionless (-) |
| Uniaxial Compressive Strength (FCK) | The compressive strength of concrete, defined as the strength of a 150 mm size cube tested at 28 days. See FCK | N'*mm^-2 (MPa) |
| Friction Angle (PHI) | The angle of internal friction of a granular material like sand or concrete, as used in the Mohr-Coulomb yield criterion. See PHI | degrees (-) |
| Hardness | Des... | |
| EN-10027-1 | In case of steel material the Steel grade as defined in the European standard No. 10027-1. | string ASCII 7-bit |
ToDos: further add properties needed for mechanical design.
This section defines material-properties which are related to the visual appearance of the material. The
| property name | Description | Unit/Data-Type |
|---|---|---|
| AmbientColor | Ambient color in the Coin3D color model | float,float,float range: 0.0-1.0 |
| DiffuseColor | Diffuse color in the Coin3D color model | float,float,float range: 0.0-1.0 |
| SpecularColor | Specular color in the Coin3D color model | float,float,float range: 0.0-1.0 |
| EmissiveColor | Emissive color in the Coin3D color model | float,float,float range: 0.0-1.0 |
| Shininess | Ambient color in the Coin3D color model | float range: 0.0-1.0 |
| Transparency | Ambient color in the Coin3D color model | float range: 0.0-1.0 |
| VertxShader | Vertex shader program as defined in GlSl | Multi line string ASCII 7-bit |
| FragmentShader | Fragment shader program as defined in GlSl | Multi line string ASCII 7-bit |
| property name | Description | Unit/Data-Type |
|---|---|---|
| ThermalConductivity | The thermal conductivity (R or lambda coefficient) that indicates the capacity to transfer heat of a material | W/m²K |
| ThermalExpansionCoefficient | ||
| SpecificHeat |
| property name | Description | Unit/Data-Type |
|---|---|---|
| StandardFormat | The standard specification system used in this material (ASTM, MasterFormat, CSI, OmniClass, etc...) | String ASCII 7-bit |
| StandardCode | The specific code of this material in the above standard format | String ASCII 7-bit |
| FireStandard | The fire rating standard used in the material | String ASCII 7-bit |
| FireClass | The fire resistance class of the material in the above standard | String ASCII 7-bit |
| SoundTransmission | The sound transmission coefficient of this material | W/m²K |
| Finish | The type of finishing/coating of this material | String ASCII 7-bit |
| Color | The color of this material | String ASCII 7-bit |
| UnitsArea | The number of units of this material necessary to fill a certain area | String ASCII 7-bit |
ToDos: add sustainability & LEED properties