1 问题描述

存在相对运动的问题，在统计力矩时，其力矩中心和需要的轴向方向可能随时间而改变。

如分析列车错车时的气动侧向力矩变化，其力矩中心应该选择为列车的某个固定点，如列车车轮和轨道接触位置。由于列车之间存在相对运动，因此力矩中心虽然相对列车不动，但是在以大地为基准的绝对坐标系下会发生改变。

在Fluent仿真中，此类问题该如何获取力矩值？

2 力学背景

力矩是一个向量，其计算公式为：

力矩的方向同时垂直于位置向量和作用力，且符合右手定则。

3 解决方法

说明：本文仅针对运动规律已知的问题，操作步骤基于2024R2版本，在其他版本可能有差异。

以如下模型进行操作步骤说明：

1. 模型中粉红色球为固体运动部件，绕Z轴旋转，需要获取旋转过程中的流体作用力矩变化规律，且力矩中心为粉红色球的球心
2. 外围绿色圆柱体为固定不动的计算域，绿色球形面为固定域和旋转域交界面

在Fluent中，直接在Report Definition中创建力矩报告，其力矩中心和方向仅支持常数方式定义，无法设置为变量。

基于创建报告的限制，可利用表达式的方式获取力矩数据。

步骤 1：创建表征球心坐标变化规律的表达式

球心的X坐标表达式如图所示，其根据运动规律进行推算获得。

球心的Y、Z坐标类似定义。

步骤 2：创建位置向量

位置向量的表达式如图所示，通过向量函数进行定义。

函数vector用于创建向量，需要三个输入变量分别定义向量的X、Y、Z坐标。变量单位需要统一，建议各变量统一为长度单位。

向量函数输出的结果为向量。

步骤 3：创建基于球心坐标的力矩表达式

力矩表达式如图所示。

力矩函数Moment的首字母必须大写，小写无法识别。输入变量包括某个向量定义和统计位置。

力矩函数输出结果为向量。

步骤4：创建报告

在Report Definition中，创建报告仅支持数量型对象，即只能输出数字，无法以数组形式输出向量。向量结果的输出需要拆分为各方向分量，也可直接输出绝对值。

对于已定义的某个向量V，表达式中添加后缀含义如下：

• v.x ：X方向分量
• v.y ：Y方向分量
• v.z ：Z方向分量
• v.mag ：绝对值

上述四类表达式的结果均为数量。

通过表达式方式创建力矩报告，其X方向分量如图所示。

若需要获取力矩在任意方向的分量，可参考之前文章《Fluent后处理：获取任意方向的速度分量》。