体运动选项
对于 6 自由度体，Simcenter STAR-CCM+ 提供了多个体运动选项，用于为特定应用指定高效运动描述。
可用体运动选项如下：
自由运动
对于 3D 体，自由运动用于描述最多具有六个自由度的刚体运动。对于 2D 体，自由度数降为三个。可控制允许的自由度和冻结的自由度。
自由运动选项提供了一种高效计算方法来冻结不活动的自由度。此方法适用于大多数应用。但是，在以下情况中，应使用“多体运动”选项，而不是自由运动：
- 涉及一个未与主惯性轴对齐的旋转自由度的情况
- 涉及两个旋转自由度的情况
对于涉及两个旋转自由度的情况，可以考虑四自由度操纵运动选项（如果适用）。
所有活动自由度均基于基准坐标系指定。根据右手约定，围绕每个坐标轴的旋转定义为正。出于旋转目的，可以将基准坐标系视为其原点被移动到 6 自由度体的质心。
有关自由运动公式的更多详细信息，请参考《理论指南》中的自由运动方程一节。
单自由度旋转运动
单自由度旋转运动对象用于指定绕固定轴的体旋转。此运动适用于 2D 和 3D 体。
- 要为 3D 体设置单自由度旋转运动，请参考 3D 单自由度旋转运动。
- 要为 2D 体设置单自由度旋转运动，请参考 2D 单自由度旋转运动。
每个单自由度旋转体可以具有其自己的旋转轴。因此，可以模拟多个具有不同旋转轴的体（例如，风场中的风轮机）。
（可选）可以使用运动限制器将体的角运动约束到介于最小角度和最大角度之间（例如，对于阀应用）。体将在达到运动限制时停止，体的动能随之破坏。但是，这种物理状况十分极端，可能会对流场残差和收敛产生很大影响。因此，如果使用运动限制器，最好应用默认选项 — 用于更平滑地停止体的阻尼运动限制器。有关详细信息，请参考《理论指南》中的单自由度旋转运动一节。
还可以指定体停止时的角度阻尼长度。如果时间步小到足以使体在阻尼长度上进行多个步，则角度阻尼长度有效。
旋转轴必须在时间上保持恒定。仅在坐标系属性中使用稳态坐标系；非稳态坐标系会导致旋转轴不稳定。不能使用体坐标系，因为这些坐标系也会随时间变化。
要报告体的旋转角度，使用刚体 6 自由度体旋转角度报告。仅将旋转角度报告用于经历单自由度旋转运动的体，因为它对所有其他运动均报告零。对于这些其他情况，使用 6 自由度体方向报告。
单自由度平移运动
单自由度平移运动对象用于指定沿特定方向的体平移。此运动适用于 2D 和 3D 体。
- 要为 3D 体设置单自由度平移运动，请参考 3D 单自由度平移运动。
- 要为 2D 体设置单自由度平移运动，请参考 2D 单自由度平移运动。
每个单自由度平移体均可拥有各自的运动方向；因此，可以模拟多个具有不同平移方向的体。
（可选）可以使用运动限制器将体的平移运动约束到介于最小位移和最大位移之间（例如，对于阀应用）。体将在达到运动限制时停止，体的动能随之破坏。但是，这种物理状况十分极端，可能会对流场残差和收敛产生很大影响。因此，如果使用运动限制器，最好使用默认选项 — 用于更平滑地停止体的阻尼运动限制器。有关详细信息，请参考《理论指南》中的单自由度平移运动一节。
还可以指定体停止时的阻尼长度。如果时间步小到足以使体在阻尼长度上进行多个步，则阻尼长度有效。
运动方向必须在时间上保持恒定。仅使用“坐标系”属性中的稳态坐标系；非稳态坐标系将导致运动方向不稳定。不能使用体坐标系，因为这些坐标系也会随时间变化。
轴对称平移运动
轴对称平移运动是沿对称轴（即 x 轴）的单自由度平移运动。此运动仅适用于 2D 体。
要为 2D 体设置轴对称平移运动，请参考轴对称平移运动。
四自由度操纵运动
四自由度操纵运动用于指定 X-Y 平面中的体速度和方向，同时让体在其他四个自由度中自由操纵。此运动仅适用于 3D 体。
每个四自由度操纵体均可拥有各自的运动速度和方向；因此，可以模拟多个具有不同速度的体。对于每个体，X-Y 平面中的速度和方向在时间上保持恒定。自始至终，该选项都使用基准坐标系。
为四自由度操纵运动运行方向报告时，将欧拉角度共约属性设为 X-Y-Z 轴旋转选项。另请参见：6 自由度体方向。
要为 3D 体设置四自由度操纵运动，请参考四自由度操纵运动。
平面运动载体
“平面运动载体”用于模拟基准坐标系的 X-Y 平面中的受控运动。此机构沿 X-Y 平面中指定的轨迹驱动体，同时可以选择允许体在升降、俯仰和滚动方向上自由移动。此运动仅适用于 3D 体。
有三种平面运动方法可用：
- 平面运动机构 — 模拟刚体在基准坐标系的 X-Y 平面中沿正弦路径的受控运动。体以恒定速度在 X 方向上移动，并在 Y 方向上执行振荡运动 [948]。
- 旋转臂运动 — 模拟刚体在基准坐标系的 X-Y 平面中执行旋转操作期间的受控运动。获得的结果是体在 X-Y 平面中的圆形路径。
- 通用平面运动 — 模拟刚体在基准坐标系的 X-Y 平面中执行用户自定义操作期间的受控运动。可以指定 X-Y 平面中的运动轨迹和横摆角。轨迹和横摆角是时间的函数。Simcenter STAR-CCM+ 将计算相应的升降、俯仰和滚动运动。
自始至终，该选项都使用基准坐标系。体的初始方向坐标系必须与基准坐标系对齐。
在平面运动载体中，6 自由度体属性 释放时间仅适用于未规定的自由度。无论释放时间如何，都会从模拟一开始施加规定的轨迹。
6 自由度求解器从第一个时间步起沿规定方向移动体，以使流体场可以在释放期间累积，包括规定运动分量的贡献。释放时，还会启用未规定的自由度，如升降、俯仰和滚转。
为平面运动载体运行方向报告时，将欧拉角度共约属性设为 X-Y-Z 轴旋转选项。另请参见：6 自由度体方向。
要未 3D 体设置平面运动载体，请参考平面运动载体。
平衡
平衡体运动有助于法线承受流体力或其他外力的刚体的准稳态平衡位置。例如，船舶“下沉与平衡”模拟。此运动仅适用于 3D 体。
使用此选项可在流体中定位和定向刚体，使作用于刚体的力和力矩在选定方向上达到平衡。平衡体运动选项最多可具有 6 个自由度。体将根据数字迭代过程在指定方向上运动，直到这些方向上的力和力矩达到平衡。
用于移动刚体的数值计算过程是纯数学的，即没有实际的刚体物理运动。在该过程中，Simcenter STAR-CCM+ 将逐步移动体，但不会求解运动方程。仅当重力在平衡状态下可能需要抵消为零时，体质量才会起作用。
- 在时间步中，数值计算过程将计算平移和/或旋转步长。
- 刚体按数值计算过程确定的计算平移和/或旋转步长进行运动（平移和/或旋转）。之后，流体的位置必须按照此变化来调整。
- 在此新位置中，将执行计算力和力矩的内时间步，直至 Simcenter STAR-CCM+ 达到力与力矩容差或最大内时间步。（内时间步属于常规时间步。之所以被称为内时间步，是因为它们在体的增量运动之间应用）。
此时，Simcenter STAR-CCM+ 将触发与体关联的任何“DFBI 平衡力收敛”事件。此类事件反过来会导致与其关联的所有绘图更新。
- 6 自由度体将再次移动由数值计算过程确定的一定距离。
将重复此过程，直到指定方向上总力与总力矩变为零。要达到良好的过程收敛，力和力矩必须在内时间步内收敛良好。可通过更改平衡体运动选项的控制参数影响收敛行为。另请参见：平衡属性。
可通过 Simcenter STAR-CCM+ 提供的“DFBI 平衡力收敛”事件，对随时间变化的力和力矩等结果进行绘图。仅当力和力矩在运动步内已收敛时，才会触发此更新事件。在响应此事件而更新的绘图中，应在整个求解时间历史范围内显示出平滑的轮廓。有关详细信息，请参见 DFBI 平衡力事件收敛事件。
- 在 DFBI 模拟中，刚体需要达到平衡位置。模拟本身可以是动态的并与时间相关，但实际目的是获得准稳态求解。
- 作用于体的力和力矩取决于空间位置。要使数值计算过程正常工作，此相依性十分重要。例如，船舶“下沉与平衡”模拟。
- 作用于体的用户自定义力和力矩不与时间显式关联。例如，对弹簧进行建模时，力可以通过位置与时间隐式关联，但不会通过定义直接时间相依性显式关联。
要为 3D 体设置平衡运动，请参考平衡。
多体运动
多体运动用于模拟通过机械接头连接的或运动受机械约束限制的一个或多个 6 自由度体。如果运动无法通过自由运动进行模拟，则还可用于计算单个体运动。此运动仅适用于 3D 体。
使用多体运动时，可以限制在特定坐标系的一个或多个方向上的运动，并通过机械接头连接多个体。
机械接头对体运动施加运动约束，用于限制多体系统的自由度。此外，还可以通过阻止特定方向的旋转和平移等操作来约束多体系统。
- 可以在激活多体运动的刚体之间创建机械接头。
- 也可以使用机械接头将刚体耦合到环境。
- 可以使用耦合（如弹簧、悬链线和接触）将体与自由运动和多体运动连接。
- 可以将使用机械接头耦合的体与其他耦合（如弹簧、悬链线和接触）连接。
- 使用接头耦合多个刚体时，不支持创建闭合环。例如，可以将体 1 与体 2 耦合，将体 2 与体 3 耦合，接着再将体 3 与体 1 耦合，形成一个闭合环。
- 可以创建通过机械接头连接的体的树状结构。
要为 3D 体设置多体运动，请参考多体运动。