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物理模拟
Simcenter STAR-CCM+ 可对广泛的物理现象进行建模，包括流体力学、固体力学、热传递、电磁学以及化学反应。具有多个时间尺度的方案可以在同一模拟中求解。
固体应力
使用 Simcenter STAR-CCM+，可以对固体连续体对应用负载（包括机械负载和固体温度变化导致的热负载）的响应进行建模。
应力分析的常规工作流
以下步骤概述了 Simcenter STAR-CCM+ 中应力分析的建议工作流。这些步骤假设用户已熟知常规 Simcenter STAR-CCM+ 任务，例如创建零部件、将零部件分配到区域或者创建报告和场景。

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物理模拟
Simcenter STAR-CCM+ 可对广泛的物理现象进行建模，包括流体力学、固体力学、热传递、电磁学以及化学反应。具有多个时间尺度的方案可以在同一模拟中求解。
- 定义物理工作流
  Simcenter STAR-CCM+ 为模拟单相和多相流体流、热传递、湍流、固体应力、动态流体相互作用、气动声学和相关现象提供了一系列物理模型和方法。这些物理模型全部可使用物理连续体选择。
- 设置物理
  本节介绍如何在 STAR-CCM+ 中设置物理模型。
- 运行物理模拟
  文档的此部分介绍运行 Simcenter STAR-CCM+ 模拟的准备和步骤。
- 运动
  通常，运动可以定义为体相对于特定参考坐标系的位置变化。
- 空间
  Simcenter STAR-CCM+ 中空间模型的主要功能是为计算和访问网格度量提供方法。网格度量的示例包括网格单元体积和形心、面网格面积和形心、网格单元和面索引以及偏斜角。
- 时间
  Simcenter STAR-CCM+ 中时间模型的主要功能是提供控制迭代和/或非稳态时间步进的求解器。
- 网格运动和自适应
  许多涉及运动或几何更改的模拟需要移动网格或使网格变形。其他模拟需要局部网格自适应才能获得精确的解。
- 材料
  材料模型对物质（包括各种混合物）进行模拟。
- 流体流
  许多工程设计项目都要求预测流动流体对其中包含的结构或浸入对象的影响。虽然可以通过人工计算来分析简单情景，但复杂情景要求应用数值方法来得到精确求解。
- 粘性流
  粘性流是一种有限元方法，用于粘弹性材料和其他高粘度非牛顿流体，如液态塑料和橡胶、面团和类似食品、熔融态玻璃以及泥浆。粘弹性材料与弹性材料类似，但同时具有粘性效应，变形后会缓慢反弹。
- 被动标量
  被动标量是具有任意值的用户自定义变量，被分配给液相或单个颗粒。它们不会影响模拟的物理属性，因此为被动标量。可以直观地将被动标量视为流体中的示踪染料，但是通过数值而不是颜色示踪，并且没有可感知的质量或体积。
- 热传递
  热传递研究的是由介质中或介质之间的温度差导致的能量传递。热传递扩展了热力学分析的范围，采用的方法包括研究能量传递模式以及建立计算能量传递速率的公式。
- 组分
  本章包含 Simcenter STAR-CCM+ 中化学组分模型的相关信息。从物理模型选择对话框的材料模型部分中选择多组分液体或多组分气体时，组分模型将激活。
- 多孔介质
  通过 Simcenter STAR-CCM+，可以运用使用相应损耗（或“扩散”）系数表示多孔介质的操作概念，模拟如何通过多孔介质传输流体或能量（例如，热量或电荷）。
- 伴随
  伴随法是用于预测许多设计参数和物理输入对某些相关工程量（即，模拟的工程目标）的影响的有效方法。换言之，它根据设计变量（输入）提供目标（输出）的灵敏度。
- 风扇和风机
  Simcenter STAR-CCM+ 提供了应用典型风扇定律的轴向和径向风扇模型。
- 虚拟盘体模型
  虚拟盘体模型基于将螺旋桨、涡轮机、旋翼和风扇等表示为执行器盘体的原则。当担心旋翼/螺旋桨行为对流体的影响，而不是了解旋转设备的流体和叶片之间详细的相互作用时，执行器盘体处理是可行的。
- 湍流
  工程中关注的大多数流体流都具有不规则的波动流量。
- Transition
  The term transition refers to the phenomenon of laminar to turbulence transition in boundary layers. A transition model in combination with a turbulence model predicts the onset of transition in a turbulent boundary layer.
- 壁面距离
  壁面距离是一个参数，表示从网格单元形心到具有非滑移边界条件的最近壁面的距离。各种不同的物理模型都需要此参数才能考虑近壁效应。
- 辐射
  辐射模型是 Simcenter STAR-CCM+ 的所有辐射建模功能的起点或切入点。本节介绍了 Simcenter STAR-CCM+ 的辐射建模。
- 气动声学
  气动声学研究声音的空气动力生成过程。
- 反应流体
  Simcenter STAR-CCM+ 提供了一系列可用于模拟各种反应流体应用的模型。
- 内燃机
  在内燃机 (ICE)（例如汽油发动机）中，燃烧过程发生在发动机内的一个气缸（或多个气缸）中。工作流体为燃料和氧化剂混合物（通常为空气），它会发生反应以形成燃烧产物。
- 多相流体
  多相流这个术语指相间存在不同交界面的同一系统中的多个相的流体和相互作用。Simcenter STAR-CCM+ 将相共存的流选项视为：液体中的气泡、气体中的液滴、气体或液体中的固体颗粒和/或（大尺度）自由表面流。
- 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。
- 谐波平衡
  某些非稳态流体具有定期重复的流体模式，即它们具有时间周期性。考虑从风扇叶片流经管道入口的流体。管道中瞬时流体的测量将显示定期重复模式。如果流体干扰足够大，并且传播到管道末端，则管道中任何点处的非稳态流体的测量会显示重复模式。可以使用傅立叶级数表示此类时间周期性模式。
- 固体应力
  使用 Simcenter STAR-CCM+，可以对固体连续体对应用负载（包括机械负载和固体温度变化导致的热负载）的响应进行建模。
  - 应力分析的常规工作流
    以下步骤概述了 Simcenter STAR-CCM+ 中应力分析的建议工作流。这些步骤假设用户已熟知常规 Simcenter STAR-CCM+ 任务，例如创建零部件、将零部件分配到区域或者创建报告和场景。
    - 准备几何
      在 Simcenter STAR-CCM+ 中将结构几何作为单部件或多部件装配进行创建或导入。
    - Defining the Regions Layout
      Create the required regions, boundaries, and interfaces.
    - 选择固体应力物理模型
      激活物理模型以进行应力分析，并选择对固体行为进行定义的材料定律。
    - 定义自适应时间步
      对屈曲或跃越等非线性现象建模时，模拟时间步必须足够小，才能捕捉相关物理。但是，对整个模拟使用较小的时间步会明显增加计算时间。
    - 定义固体材料
      为固体结构指定材料并定义其属性。
    - 生成 3D 有限元的网格
      本节概述了在 Simcenter STAR-CCM+ 中使用基于零部件的网格操作生成实体网格的步骤。如果导入了 CAE 模型实体网格，并且希望在 Simcenter STAR-CCM+ 中对其进行网格重构，可以采用相同的步骤。
    - 应用约束
      在表面、曲线或点上应用约束时，意味着在该零部件实体中预先指定位移矢量的一个或多个分量。在应力分析中，可以约束固体结构以模拟真实生活情景，并防止整个固体出现自由位移和旋转。约束是减少要建模的零部件数的有效方法，因此可以降低模拟成本。
    - 应用机械负载
      FE 固体力学框架提供不同类型的机械负载：点负载、曲线负载、表面负载和体负载。可以使用段来定义零部件实体上的点、曲线和表面负载，体负载则在固态区域上指定。
    - Applying Thermal Loads
      When computing the solid displacement, the stress solver can account for the thermal expansion in response to changes in the solid temperature.
    - 规定刚体运动
      在瞬态模拟中，可以通过规定对应的网格运动的规律，对固体结构的刚体运动进行建模。可以定义空间中结构的刚性旋转、平移或轨迹。计算固体位移时，Simcenter STAR-CCM+ 会考虑由固体结构加速度所产生的惯性力而导致的弹性变形。
    - Preparing Analysis Objects and Running the Simulation
      Prepare analysis object to monitor the solution during the simulation progress, then specify the solver settings and run the simulation.
    - Modeling Nonlinear Geometry
      By default, the Solid Stress model accounts for linear geometry phenomena. This section describes the additional steps that are required to model phenomena for which the strain-displacement relationship is nonlinear, such as applications involving large displacements or rotations of the solid structure.
  - Analyzing Normal Modes
    In solid mechanics, the normal modes of a solid structure describe the free vibrational motion of the structure at its natural (or resonant) frequencies. The free modes of vibrations of a structure govern its dynamic response to external forces and have an impact on its stress characteristics.
  - Fluid-Structure Interaction (FSI)
  - 可变形 DFBI 体
    在 Simcenter STAR-CCM+ 中，DFBI 框架可用于模拟刚体在外力作用下的运动情况。在 FSI 模拟中，可以结合使用 DFBI 与固体应力求解器，对可变形或部分变形 DFBI 体进行建模。DFBI 模块计算总体刚体运动，而固体应力求解器计算局部变形。
  - 固体应力和能量参考
  - Mesh Requirements and Guidelines
    Finite element stress analyses in Simcenter STAR-CCM+ require a mesh of 3D solid elements generated using parts-based mesh operations, or imported as a CAE model. Simcenter STAR-CCM+ supports hexahedral, tetrahedral, wedge, and pyramid element types. Each type is available without mid-side nodes (linear element), or with mid-side nodes (quadratic element).
  - 求解分析准则
    Simcenter STAR-CCM+ 提供了各种场函数和工具，可用于可视化求解并监视相关物理量。例如，可以可视化变形几何以及整个固体结构的应力和应变分布。
  - 参考书目
- 电磁
  可通过 Simcenter STAR-CCM+ 对涉及电磁现象的工程应用进行建模。例如，可根据经典电磁理论对电动机、电动开关和变压器等应用进行建模。
- 电化学
  电化学是对由于施加电荷或边界处导体（如金属）与电解质之间的电势差而发生的化学反应进行的研究。Simcenter STAR-CCM+ 提供可用于模拟电池、腐蚀、蚀刻和其他电化学反应的模型。
- Electric Circuits
  Electrical circuits are conducting loops of interconnected electrical components, such as batteries, power sources, resistors, and inductors.
- 等离子体
  等离子体是一种物质状态，类似于部分或完全由未相互绑定的带电颗粒（如离子和电子）组成的气体。
- 电池
  可以使用直接在 Simcenter STAR-CCM+ 或在外部软件包 Simcenter Battery Design Studio 中定义的电池电芯和电池循环过程在 Simcenter STAR-CCM+ 中模拟电池。
- Casting
  Casting simulations are performed using transient multiphase simulations using the VOF model with solidification. Conjugate heat transfer is applied between the solidifying melt and the solid mold.
- 区域源
  本节提供有关如何将区域源用于某些常见问题的一些准则。
- 单元质量校正
  网格单元质量校正模型可帮助获取有关低质量网格的求解。此模型使用一组预定义的条件（如超过特定阈值的偏斜角）标识低质量网格单元。标记这些网格单元及其相邻网格单元后，将修改这些网格单元中的计算梯度，以提高求解的稳定性。
- Simcenter STAR-CCM+ 应用准则
  此部分文档提供了有关将 Simcenter STAR-CCM+ 模型应用于具体应用的准则。
- 通用求解器参考
  在 Simcenter STAR-CCM+ 中，求解器在模拟运行期间计算求解。

应力分析的常规工作流

以下步骤概述了 Simcenter STAR-CCM+ 中应力分析的建议工作流。这些步骤假设用户已熟知常规 Simcenter STAR-CCM+ 任务，例如创建零部件、将零部件分配到区域或者创建报告和场景。

有关 Simcenter STAR-CCM+ 中应力分析的实例，请参考以下教程：

基本固体应力分析：
- 线性应力分析：悬臂梁
- 平面应力：拉伸力场内带圆孔的板
热应力：
- 共轭传热和热应力：排气岐管
- 来自映射温度数据的热应力：排气岐管
流体结构相互作用：