动态流体相互作用

通过 Simcenter STAR-CCM+ 中的动态流体相互作用 (DFBI)，使用已定义的机械和多物理场相互作用（流、DEM、固体应力、EMAG）产生的位移和旋转来模拟一个或多个 6 自由度体的运动。

DFBI 系统可以是动力学的或运动学的：

动力系统
动力学系统具有一个或多个 6 自由度体，这些体应作用力和力矩（例如，周围流体施加的力）而移动。在每个时间步，Simcenter STAR-CCM+ 都会对每个 6 自由度体施加合力与力矩，并求解运动方程以找出该体的新位置和方向。

除运动学外的所有 6 自由度体运动选项（例如，自由运动、多体运动等）定义一个动力学系统。动力学系统支持所有类型的体耦合。

下面显示一个动力学系统示例，即使用球面副连接并用系缆固定于海平面的一系列浮动 6 自由度体：



运动学系统
运动学系统是指一个或多个 6 自由度体，其中一个体的预定义运动将驱动其他相连体的运动。作用于体的力和力矩不会影响运动。

定义运动学系统的仅有 6 自由度运动选项是运动学。有了运动学系统，可使用旋转副、固定副、齿轮副或行星齿轮副，其中后者定义体之间的运动学关系。体驱动用于驱动运动学系统的运动。旋转驱动是目前唯一受支持的体约束类型。

运动学系统示例 - 由运动学求解器计算的齿轮组如下所示：



6 自由度体（刚体）
Simcenter STAR-CCM+ 中的 6 自由度体指示刚体的运动既可以根据作用力和力矩进行动力学计算，也可以不考虑力和力矩而进行运动学计算。
共有两种类型的 6 自由度体：
  1. 连续体：连续体用于需要 6 自由度体才能与流和其他物理项相互作用的应用场景。必须至少创建一个连续体才能设置 DFBI 模拟。

    可使用以下连续体：

    • 2D 连续体 - 适用于 6 自由度体与物理项相互作用的 2D 模拟。
    • 3D 连续体 - 适用于 6 自由度体与物理项相互作用的 3D 模拟。

      对于动力学系统，连续体由求解了物理项的相互作用区域的边界定义。此区域需要体网格。对于运动学系统，连续体由无网格表面区域的边界定义。请参见定义运动学运动。

  2. 机械体：机械体不与流或其他物理项相互作用（重力效应除外），用于可以忽略流相互作用的案例。但是，机械体在动力学案例中仍受外力和力矩的影响，在运动学案例中仍受约束的影响。请参见体耦合和体约束。
    • 2D 机械体 - 适用于 6 自由度体不与物理项相互作用的 2D 模拟。重力的影响也被考虑在内。
    • 3D 机械体 - 适用于 6 自由度体不与物理项相互作用的 3D 模拟。重力效应在动力学案例中会予以考虑。Simcenter STAR-CCM+ 仅需要不含体网格的部件表面。

对于 6 自由度体，对体点运动和体绕该点的旋转进行建模足以。在许多情况下，此点只是体的质心。体的任何其他部件的相对运动可以基于此确定。在动力学案例中，必须先已知体绕参考点（通常是质心）的惯性矩，然后才能计算旋转运动。

机械体不会受到物理计算（重力效应除外）。因此，可以指定几何部件来表示可视化场景中的机械体，而不是选择区域边界。可以通过 DFBI 显示器来可视化与机械体关联的几何部件的移动。另请参见设置 DFBI 后处理。

外力与力矩

在模拟树中，每个动力学 6 自由度体的节点均显示作用于体的所有力与力矩的集合。

默认激活以下力：

  • 重力（面向所有动力学体）

此外，还可以具有以下力与力矩：

  • 与力和力矩有关的其他模型
  • 用户自定义力与力矩
  • 体耦合力
  • 约束力

有关更多详细信息，请参考外力与力矩参考和《理论指南》中的力和力矩一节。

体耦合
通过体耦合，可以连接两个 6 自由度体以及 6 自由度体和环境。有关更多详细信息，请参考体耦合。
体约束
通过体约束，可以约束 6 自由度体的一个或多个自由度。有关更多详细信息，请参考体约束。
6 自由度求解器

6 自由度求解器计算所有 6 自由度体的运动。考虑流体力时， 6 自由度求解器需要连续体，压力和剪切力在其上积分。

默认情况下显示以下子节点：

Baumgarte 约束稳化
Baumgarte 约束稳化属性

根据激活的体运动选项，可能会显示以下的一个或多个子节点：

多体约束求解器
多体约束求解器属性
运动学求解器（DFBI 运动学求解器）
运动学求解器
DFBI 运动

不同的 DFBI 运动应用不同的策略来根据体运动移动网格。

Simcenter STAR-CCM+ 提供以下五个 DFBI 运动：

  • DFBI 旋转和平移将传输来自 6 自由度体的旋转和平移位移。通过向区域分配此运动，该区域将与 6 自由度体一起刚性移动。有关设置此类运动的示例，请参见将 DFBI 运动与重叠相结合，其中，重叠区域将随 6 自由度体移动，背景区域保持固定。
  • DFBI 变形将传输来自 6 自由度体的旋转和平移位移。将此运动分配给区域时，该区域不会随 6 自由度体一起刚性移动；而是使 6 自由度体与外部区域边界之间的网格线变形，以实现 6 自由度体位移。要设置此类运动，请参见将 DFBI 运动与变形相结合。
  • DFBI 嵌入式旋转通过 6 自由度体的不同运动分别移动两个区域。此运动需要一个内区和一个外区。包含 6 自由度体的内部区域将获得 6 自由度体的旋转和平移位移。通过重叠或滑动交界面与内部区域分离的外部区域仅获得 6 自由度体的平移位移。因此，这两个区域之间存在相对旋转。有关使用滑动交界面设置此类运动的示例，请参见将 DFBI 嵌入式旋转与滑动交界面结合使用。

    要定义与 6 自由度体运动关联的附加运动，请参考体运动、跟随运动和叠加运动。

  • DFBI 无网格将根据从运动学求解器获得的运动解来移动关联的 3D 连续 6 自由度体。这些 6 自由度体通过连接在运动学系统中定义，并使用体运动选项 运动学。
6 自由度运动求解器

6 自由度运动求解器根据所选 DFBI 运动和 6 自由度求解器计算得出的体运动移动网格节点。