Fluent动网格【16】：6DOF

6DOF模型主要用于模拟计算域中的刚体在受到流体作用后的轨迹及姿态，属于典型的被动型动网格问题。

主动运动与被动运动

我们把运动状态已知的动网格问题称之为主动运动。如子弹以速度1000m/s运动，此时运动轨迹可以通过速度直接积分计算得到。但流体中运动的物体，在受到流体作用力时，我们往往很难明确知道其运动速度或运动轨迹，而实际工程中，物体的运动速度及运动姿态反过来又会影响到物体的受力状态，随之影响到其运动速度和运动轨迹，是一个双向耦合的问题，难以用速度进行明确的表达，此类问题常常称之为被动运动。如水中运动的船只，其运动速度和运动姿态受水的作用力影响，且其运动速度及运动姿态又影响到水的作用力。

被动运动的解决方法

通常有两种解决方式：

• 利用UDF将被动运动转化为主动运动。即利用牛顿定律先获取物体所受到的力及力矩，之后利用得到的力或力矩计算得到当前的加速度和角加速度，进而得到当前的速度及角速度，再积分得到其运动轨迹和运动姿态。在每一个时间步内进行计算，实时更新物体的速度和角速度。

• 直接使用6DOF模型。在UDF中指定物体的质量、转动惯量等物理参数，软件自动计算每一个时间步内物体的运动速度及加速度。 

实际上6DOF模型用得更为广泛，几乎所有的主流CFD软件都又6DOF模型(一些软件中的叫法可能有点不一样，但使用方法是一样的)。

激活6DOF模型

6DOF模型的激活非常简单，只需要在Dynamic Mesh中激活选项6DOF，之后在相应的对话框中设置参数即可。如下图所示。 

之后在定义运动区域过程中，定义相应的部件运动为6DOF即可。如下图所示。 

6DOF参数

6DOF模型需要在图形窗口中指定的参数很少，更多的是利用UDF指定部件的几何属性。 

在新版本的Fluent软件中，可以利用对话框定义模型的几何参数，如质量和转动惯量等。如图所示。但这里只能定义非常简单的几何属性，对于复杂的模型，利用对话框显然是不够的，此时可以使用UDF宏来实现。 

6DOF宏

6DOF模型涉及到的UDF宏相对简单。只有一个DEFINE_SDOF_PROPERTIES宏。 

该宏的描述：

其中参数列表：

name:自定义的宏名。 

properties:属性数组，存储各种几何属性，如质量、转动惯量等。 

dt:一个存储动网格属性的结构指针，由Fluent传入，通常不用管它。其类型为Dynamic_Thread *。 

time:当前时间。 

dtime:时间步长。 

实际上是要在宏文件中指定properties数组。 

properties数组包含了很多的属性，详细属性可参阅UDF手册。如下图所示。 

如下UDF宏定义了一个质量为800kg，x方向转动惯量为200 kg.m2，y方向和z方向转动惯量为100 kg.m2的部件。

获取几何参数

实际上很多的CAD软件都能够计算几何体的转动惯量。这里以solidworks为例。 

在solidworks中创建如图所示的圆盘，底面位于XY面上，底面半径0.1m，高度0.01m，底面圆心位于几何原点。 

 

在solidworks的评估标签页中选择质量属性按钮。 

 

弹出如下图所示的对话框，其中包含了几何属性的输出报告，然而密度需要修改。 

 

选择选项按钮，在新弹出的对话框中选择使用自定义设定，之后修改材料属性中的密度。如下图所示。 

 

点击确定按钮后返回之前的报告对话框，可以看到数据被更新。 

 

图中红色部分即为转动惯量。 

对于2D模型，则需要按实际尺寸建立三维模型来得到其转动惯量，默认厚度值为1米。 
其实测量的方法还有很多，这里就不一一举例了。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道