外力与力矩参考

可以使用外力与力矩节点右键单击菜单来添加额外的力与力矩。

对于 6 自由度体，Simcenter STAR-CCM+ 提供以下力：

除非另有说明，否则相对于体位置定义力与力矩。体位置取决于选定的体运动选项。对于自由运动、多体运动、四自由度、操纵运动和平衡运动，体位置为质心的位置。对于平面运动载体、单自由度旋转和单自由度平移，体位置特定于运动选项。

可以使用已启用属性激活或停用力或力矩，该属性可用于所有力与力矩节点，但表示耦合或约束的节点除外。可以通过各自相应的耦合或约束节点来停用耦合力和约束力。

预定义力与力矩

重力

表示作用于 6 自由度体上的重力（Eqn. (4879) 中的 ${\mathbf{\text{f}}}_g$ ）。当启用此力时，激活至少一个与 6 自由度体关联的物理连续体中的重力模型。体通过体表面中使用的边界区域与一个或多个物理连续体相关联。

与力和力矩有关的其他模型

流体力与力矩

通过在 6 自由度边界区域的物理连续体中选定的分离流或耦合流模型自动激活。如果没有流模型，则无法激活。

它表示周围流体在 6 自由度体上施加的力与力矩。它包括压力和剪切力的贡献（请参见 Eqn. (4879)）。可用属性如下：

• 启用平滑 — 激活时，对指定时间间隔内的流体力与力矩求平均值，然后再将结果应用于体。Simcenter STAR-CCM+ 使用移动加权平均作为低通滤波器；使用平滑时间步数属性设置此移动平均中所包含的时间步数。
• 使用静压 — 停用时，Simcenter STAR-CCM+ 使用默认工作压力。激活时，Simcenter STAR-CCM+ 将使用静压。

DEM 力和力矩

在 6 自由度边界区域的物理连续体的基于网格（基于流）的或无网格的工作流程（使用无网格 DEM 模型）中选择离散元模型 (DEM) 模型时自动激活。这些边界可以包含连续体 DFBI 体的体表面。

它表示因与 DEM 颗粒相互作用而作用于 6 自由度体的力与力矩（请参见 Eqn. (4888) 和 Eqn. (4889)）。

6 自由度体与 DEM 模型显式耦合。由于显式耦合，建议使用适当的小时间步（请参见控制 DEM 时间步）。可以通过 Average DEM Total Force(平均 DEM 总力) 场函数可视化作用于 6 自由度体的平均时间 DEM 接触力。

电磁力和力矩

通过在 6 自由度边界区域的物理连续体中选择的有限元磁矢势模型或横向磁势模型自动激活。另请参见： Finite Element Magnetic Vector Potential Model Reference 和横向磁势模型参考。

它表示因电磁场而作用于 6 自由度体的力与力矩（请参见 Eqn. (4350) 和 Eqn. (4352)）。电磁力和力矩等同于磁力和磁扭矩报告。要正确计算力和扭矩，6 自由度体必须由无力区域包围（请参见Reports）。

当物理连续体包含有限元磁矢势模型或横向磁势模型（请参见Finite Element Magnetic Vector Potential Model Reference和横向磁势模型参考）时，此类型的外力与力矩可用。

虚拟盘体力

表示从指定虚拟盘体计算得出的施加在 6 自由度体质心的力与力矩。仅当 6 自由度边界区域的物理连续体包含虚拟盘体模型时，用户才能添加此力。

可用属性为：

• 虚拟盘体 — 选择预定义的虚拟盘体。

有关更多详细信息，请参见虚拟盘体力和力矩。

用户自定义力与力矩

阻尼力

表示作用于体的阻尼力（与体速度方向相反）（请参见 Eqn. (4887)）。可用属性如下：

• 阻尼常数 — 指定 Eqn. (4887) 中的线性阻尼常数 $a_{d,f}$ 。较大的值可能会导致数值不稳定。在这种情况下，减小阻尼常数或模拟时间步。

阻尼力矩

表示作用于体的阻尼力矩，与体角速度方向相反。力矩的作用始终为使体减速，其幅值与角速度成比例（请参见 Eqn. (4886)）。可用属性如下：

• 阻尼常数 — 指定 Eqn. (4886) 中的角度阻尼常数 $a_{d,f}$ 。较大的值可能会导致数值不稳定。在这种情况下，减小阻尼常数或模拟时间步。

力

表示作用于 6 自由度体指定位置的用户自定义力（请参见 Eqn. (4879)）。这种类型的力会绕体的质心产生力矩（请参见 Eqn. (4880)）。

可用属性如下：

• 力 — 将外力定义为矢量，并具有相应力单位。
• 位置 — 指定 6 自由度体上施加力的点的坐标。
• 坐标系 1 — 指定用于定义点位置的坐标系。
• 坐标系 2 — 指定用于定义力的坐标系。

力 CM

表示作用于 6 自由度体质心的用户自定义力（请参见 Eqn. (4879)）。这种类型的力不会生成绕质心的任何力矩。

可用属性如下：

• 力 — 指定用于定义外力的矢量，并具有相应力单位。
• 坐标系 — 指定用于定义力的坐标系。

力矩

表示作用于 6 自由度体的用户自定义力矩（请参见 Eqn. (4880)）。可以在任何坐标系中定义力矩分量，力矩始终相对于体位置进行作用。

可用属性如下：

• 力矩 — 将外力矩定义为矢量，并具有相应力矩单位。
• 坐标系 — 指定用于定义力矩的坐标系。

推进力

与力类似，推进力表示作用于 6 自由度体指定位置的用户自定义力（请参见 Eqn. (4879)）。通过指定幅值和方向（而非矢量分量）来定义推进力。这种类型的力会绕体的质心产生力矩（请参见 Eqn. (4880)）。

可用属性如下：

• 位置 — 指定 6 自由度体上施加力的点的坐标。
• 推力 — 将力的幅值指定为恒定标量值，并具有相应力单位。
• 方向 — 定义力作为矢量所在的方向。
• 坐标系 1 — 指定用于定义点位置的坐标系。
• 坐标系 2 — 指定用于定义方向的坐标系。

扭转弹簧力矩

表示作用于旋转体的扭转弹簧的效果（请参见 Eqn. (4885)）。只能将扭转弹簧力矩添加到单自由度旋转体。这些体包括：

• 具有单自由度旋转运动的体（请参见单自由度旋转运动）。在这种情况下，可以指定运动节点上的旋转轴。相对于旋转轴原点定义力矩。
• 进行自由运动的体，仅选择一个旋转自由度并停用所有其他自由度（请参见自由运动）。在这种情况下，旋转轴平行于允许体围绕旋转的基准坐标系轴。相对于质心定义力矩。

可用属性如下：

• 弹簧常数 — 指定扭转弹簧的弹簧常数（Eqn. (4885) 中的 $k$ ）。
• 松弛角度 — 指定弹簧力矩变为零的角度（Eqn. (4885) 中的 ${\alpha }_r$ ）。该角度相对于体的初始方向测量。

体耦合力

体耦合（例如线性弹簧和悬链线耦合）会引发作用于 6 自由度体的力（请参见体连接）。

定义体耦合时，Simcenter STAR-CCM+ 会在相关体的外力与力矩节点下自动添加相应的力。这些力为只读。

力的名称反映了耦合的类型及其名称。例如，由名为线性弹簧 1 的线性弹簧耦合引发的力为线性弹簧力 [线性弹簧 1]。

对于这种类型的力，耦合元素属性会显示与力关联的体耦合的名称。

约束力

自动创建以下力：

约束力 [冻结运动部件]

激活多体运动时自动创建。表示 Simcenter STAR-CCM+ 为防止发生多体运动节点上停用的自由度运动而计算的额外力（请参见多体运动）。

约束力 [接触约束 n]

创建体约束时自动创建。表示对体运动施加特定接触约束所需的力。该约束可以应用于整个体表面或选定截面。另请参见设置体约束。

可以使用 6 自由度体积力或 6 自由度体积力矩报告来报告这些力。