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。

运动在固体力学和流体力学中有着不同的内涵。在固体力学中,固体区域的一部分表示固体的部分。因此,固体区域的运动对应于固体的运动。在流体力学中,流体区域的一部分表示材料流经的空间的一部分。在这种情况下,移动流体区域以考虑边界的形状和位置变化,例如由于相邻体的运动。运动引发的流动的一些示例包括:

  • 混合容器,其搅拌器叶片驱动流动
  • 涡轮机
  • 医学应用中的柔性隔膜
  • 船舶和螺旋桨运动
  • 流体结构相互作用

Simcenter STAR-CCM+ 中,有四大主要分类用于定义运动:实时网格位移、移动参考坐标系中的固定网格、谐波平衡颤振和稳态下的变形。

瞬态模拟中的网格运动

在瞬态模拟中,通过网格运动模型,可以在模拟期间移动计算域的节点:
  • 在流体力学应用中,可以严格按照预先指定规律的旋转和平移来移动网格(旋转平移旋转和平移轨迹运动),或使用考虑非刚性变形的变形方法。Simcenter STAR-CCM+ 还提供用户自定义的节点运动,当默认模型未提供所需控制时,可用于定义网格节点的位移。

    在动态流体相互作用 (DFBI) 分析中,流体区域还可以与 6 自由度刚体耦合。在这种情况下,Simcenter STAR-CCM+ 根据作用力计算 6 自由度刚体的运动。然后,流体网格严格按照计算得出的刚体运动进行移动(DFBI 旋转和平移DFBI 嵌入式旋转[体] 运动叠加运动)或变形(DFBI 变形运动)。有关更多信息,请参见动态流体相互作用

  • 在固体力学应用中,可以严格按照预先指定规律的旋转和平移(旋转平移旋转和平移运动)来移动固体网格。
  • 在流体结构相互作用 (FSI) 模拟中,可以根据固体应力求解器计算得出的位移来移动固体网格(固体位移运动)。在固体专用模拟中,无需也不方便通过固体位移运动移动网格节点,因为可以使用适当的后处理方法(例如,使用位移矢量包面)来可视化计算的变形。固体位移运动用于双向耦合流体结构相互作用模拟,其中固体的固体位移运动驱动流体的变形运动。如果固体网格还进行旋转和平移,但非刚性变形对流体流的作用仍然重要时,流体网格必须根据总位移进行变形。为此,可以在旋转和平移运动上叠加固体位移运动。请参见流体结构相互作用建模
刚体运动
  • 旋转
  • 平移
  • 旋转和平移
  • 轨迹

请参见预先指定刚体旋转和平移的规律预先指定沿指定轨迹的运动规律

变形
变形(变形网格)
6 自由度体驱动的运动:

请参见: DFBI 运动

  • DFBI 旋转和平移
  • DFBI 嵌入式旋转
  • DFBI 变形
用户自定义的节点运动
用户自定义的节点运动
固体位移
请参见流体结构相互作用建模

移动参考坐标系中的固定网格

在稳态模拟或不需要时间精确求解的瞬态模拟中,移动参考坐标系提供了一种方法可将刚体旋转和平移建模为稳态问题,而不移动网格。移动参考坐标系可以严格相对于基准坐标系旋转或旋转和平移。有关更多信息,请参见参考坐标系移动参考坐标系

对于旋转机械环流,Simcenter STAR-CCM+ 还提供了简化的方法来近似旋转结构对周围流场的效应,而不需要网格运动、移动参考坐标系或对结构几何详细建模。有关更多信息,请参见旋转流

谐波平衡颤振

此类运动是实时位移的结果,它只适用于谐波平衡颤振。颤振边界的强制模态位移适用于频率域求解器。此方法只有一个选项。

稳态下的变形

此变形运动在稳态下执行,其中求解域的形状是求解的一部分。例如,此类型的运动适用于流体结构相互作用模拟,可在其中计算在稳态流体负载操作(气动或水弹性平衡)下围绕结构静态变形的稳态流。由于结构的速度为零(或几乎为零),因此网格通量为零。对于这种运动类型,将使用变形功能使边界处的网格变形。此稳态变形运动的另一个用例是模拟非牛顿流体的模拉伸。拉伸部分将使用任意拉格朗日-欧拉 (ALE) 方法建模为自由表面以跟踪自由表面边界的形状。

有关更多信息,请参见设置拉伸和自由表面流

变形(变形网格)