6 自由度刚体运动

Simcenter STAR-CCM+ 可用于对响应应用的力和力矩的刚体运动建模。 在刚体中，内部点之间的相对距离不会更改。 因此，足以求解体的质心的运动方程。

Simcenter STAR-CCM+ 提供两种类型的刚体 — 连续体和机械体。
  • 连续体是与流体边界（表示刚体的表面）耦合的刚体。 Simcenter STAR-CCM+ 计算响应耦合边界处的流体力和力矩的体的运动。 可以在计算中包括额外的用户自定义力和力矩。 在 Simcenter STAR-CCM+ 中，流体与刚体之间的耦合称为动态流体相互作用 (DFBI)。

    通过变形流体边界（DFBI 变形），或通过刚性移动整个流体网格（DFBI 旋转和平移以及 DFBI 嵌入式旋转），考虑刚体在流体上的运动效果。 有关详细信息，请参见网格运动。

  • 机械体是不与流体网格耦合的刚体。 Simcenter STAR-CCM+ 计算响应用户自定义力和力矩的体的运动。 此类刚体通常用于对可忽略其与流体之间的耦合的体的零部件建模。

自由度

在所有方向上自由旋转和平移的 3D 刚体运动具有 6 个自由度：



其中：
  • Tx、Ty 和 Tz 分别为 x、y 和 z 方向的平移。
  • Rx、Ry 和 Rz 分别为绕 x、y 和 z 轴的旋转。

无约束的 3D 刚体通常称为 6 自由度（6 个自由度）体。 无约束 2D 刚体的自由度数减少到三个，该刚体只能沿定义 2D 平面的两个轴平移和围绕垂直于平面的轴旋转。

还可以通过阻止特定方向的平移或旋转来约束刚体的运动。 约束减少了自由度数。

以下各节讨论一般 3D 情况下的自由和约束运动的方程。