动态流体相互作用

Simcenter STAR-CCM+ 中的动态流体相互作用 (DFBI) 用于使用定义的机械和多物理场相互作用(流、DEM、固体应力、EMAG)生成的位移和旋转来模拟 6 自由度体的运动。

在每个时间步中,Simcenter STAR-CCM+ 将在刚体上施加合力与力矩,并求解运动的控制方程以查找刚体的新位置和方向。

下面显示了使用球形接点连接并固定到海平面的浮动 DFBI 体的示例:



6 自由度体(刚体)
Simcenter STAR-CCM+ 中的 6 自由度体表示运动由作用于它的各种力与力矩动态计算的刚体。
共有两种类型的 6 自由度体:
  1. 连续体:连续体用于需要 6 自由度体才能与流和其他物理相互作用,从而计算作用于它的力与力矩的应用。必须至少创建一个连续体才能设置 DFBI 模拟。
  2. 机械体:机械体是刚性结构,不与流或其他物理相互作用(重力效应除外),应用于可以忽略流相互作用的情况。但是,机械体仍然受外力与力矩、体耦合体约束影响。

对于 6 自由度体,对体点运动和体绕该点的旋转进行建模足以。在许多情况下,此点只是体的质心。体的任何其他部件的相对运动可以基于此确定。必须先已知体绕参考点(通常是质心)的惯性矩,然后才能计算旋转运动。

机械体没有与其关联的体网格。因此,可以指定几何部件来表示可视化场景中的机械体,而不是选择区域边界。可以通过 DFBI 显示器来可视化与机械体关联的几何部件的移动。另请参见设置 DFBI 后处理

外力与力矩

在模拟树中,每个 6 自由度体节点显示作用于体的所有力与力矩集合。

默认激活以下力:

  • 重力(适用于所有体)

此外,还可以具有以下力与力矩:

  • 与力和力矩有关的其他模型
  • 用户自定义力与力矩
  • 体耦合力
  • 约束力

有关更多详细信息,请参考外力与力矩参考和《理论指南》中的力和力矩一节。

体耦合
通过体耦合,可以连接两个 6 自由度体以及 6 自由度体和环境。有关更多详细信息,请参考体耦合
体约束
通过体约束,可以约束 6 自由度体的一个或多个自由度。有关更多详细信息,请参考体约束
6 自由度求解器

6 自由度求解器根据合力与力矩计算所有 6 自由度体运动。考虑流体力时,将在 6 自由度连续体的表面上对压力和剪切力进行积分。有关更多详细信息,请参考6 自由度求解器参考

DFBI 运动

将选择 DFBI 运动以正确移动移动 6 自由度体周围的网格节点。不同的 DFBI 运动应用不同的策略来根据体运动移动网格。

Simcenter STAR-CCM+ 提供以下五个 DFBI 运动:

  • DFBI 旋转和平移 - 此运动将传输来自 6 自由度体的旋转和平移位移。通过向区域分配此运动,该区域将与 6 自由度体一起刚性移动。有关设置此类运动的示例,请参见将 DFBI 运动与重叠相结合,其中,重叠区域将随 6 自由度体移动,背景区域保持固定。
  • DFBI 变形 - 此运动将传输来自 6 自由度体旋转和平移位移。将此运动分配给区域时,该区域不会随 6 自由度体一起刚性移动;而是使 6 自由度体与外部区域边界之间的网格线变形,以实现 6 自由度体位移。要设置此类运动,请参见将 DFBI 运动与变形相结合
  • DFBI 嵌入式旋转 - 此运动需要一个内部区域和一个外部区域。包含 6 自由度体的内部区域将获得 6 自由度体的旋转和平移位移。通过重叠或滑动交界面与内部区域分离的外部区域仅获得 6 自由度体的平移位移。因此,这两个区域之间存在相对旋转。有关使用滑动交界面设置此类运动的示例,请参见将 DFBI 嵌入式运动与滑动交界面结合使用

    要定义与 6 自由度体运动关联的附加运动,请参考体运动、跟随运动和叠加运动

6 自由度运动求解器

6 自由度运动求解器根据所选 DFBI 运动和 6 自由度求解器计算得出的体运动移动网格节点。