固体应力模型参考

参考值

几何细化指定

当约束表面时，Simcenter STAR-CCM+ 对位于该表面上的网格节点施加约束（请参见固体应力约束）。若要获得精确的边界条件，局部捕捉表面几何非常重要。

为了表示弯曲表面的几何，Simcenter STAR-CCM+ 通过求相邻网格面法向的平均值 ([119])，计算每个网格节点处的不重复节点法向。节点法向为径向（法向）方向提供更精确的表示。

在两个不同表面相交的特征边上，Simcenter STAR-CCM+ 必须为每个节点保留多个法向。Simcenter STAR-CCM+ 根据指定的二面角度容差识别两个表面之间的特征边。如果相邻面法线之间的角度超过指定的容差，则 Simcenter STAR-CCM+ 保留多个法向。如果相邻面法线之间的角度在指定的容差内，则 Simcenter STAR-CCM+ 生成独特的节点法向。

一般情况下，建议将二面角度容差保留为默认值。

对于以小角度相交的表面，可以减小二面角度容差以使 Simcenter STAR-CCM+ 识别两个表面共用的特征边。对于粗糙网格（其中同一个表面的不同面以大角度相交），可以增大二面角度容差以使 Simcenter STAR-CCM+ 将表面识别为连续面并生成独特的节点法向。

可以使用几何细化选项在每个区域中单独指定二面角度容差。请参见区域输入。

注	对于位于对称平面边界的节点，节点法向的计算与从对称条件生成的整个几何一致。

初始条件

位移

用于将初始位移指定为矢量分布。

应力分析需要通过在适当表面、曲线或点处预先指定位移矢量来约束固体结构（请参见应用约束）。在动态分析中，发生冲突时，指定的约束优先于初始条件。在第一次迭代期间，位移求解从初始条件转换至指定的约束。第一次迭代后，固体结构在指定负载和约束作用下变形。为无约束的自由度指定非零初始位移时，可能导致不平衡的残余力和求解发散。

速度

用于将初始速度指定为矢量分布。

边界类型

壁面

默认情况下，壁面边界不受负载和约束限制。壁面边界提供始终设为自由的应力/位移物理条件。此条件为只读条件，因为您使用段来定义关联部件表面上的负载和约束。请参见段（负载和约束）参考。

对称平面

在对称平面边界处，Simcenter STAR-CCM+ 将位移的法向分量自动设为零。对于壁面边界，可以使用段来定义关联部件表面上的负载和约束（请参见段（负载和约束）参考）。但是，不要定义指定非零法向位移的约束，否则会导致约束冲突。

区域设置

应用于固体区域。

体负载导数

仅当体负载选项设为指定时可用。

用于定义体力相对于位移、速度或加速度的偏导数。在同一模拟中可以定义多个导数。

属性	对应的物理值节点
位移导数 用于指定位移导数（Eqn. (4690) 中的 $D_{u}b$ ）。	体负载位移导数 将导数指定为复合对称张量、复合张量、各向同性张量或主张量。
速度导数 用于指定速度导数（Eqn. (4691) 中的 $D_{v}b$ ）。 仅适用于非稳态模拟。	体负载速度导数 将导数指定为复合对称张量、复合张量、各向同性张量或主张量。
加速度导数 用于指定加速度导数（Eqn. (4692) 中的 $D_{a}b$ ）。 仅适用于非稳态模拟。	体负载加速度导数 将导数指定为复合对称张量、复合张量、各向同性张量或主张量。

对于每个体负载导数，还可以在物理值 > [导数] > [张量]节点下对定义了张量的坐标系进行定义。如果使用局部坐标系，建议对体负载导数和体负载选项使用相同的坐标系。在这种情况下，还可以根据相对于局部坐标系的位移场函数来表示体负载（请参见参考局部坐标系）。

体负载选项

可用于在区域上应用体积力。它在 CFD 中的对应选项是“动量源选项”。“体负载选项”适用于与应力和应变无关、但可能是位移场函数的体负载。

方法	对应的物理值节点
无 不会应用任何体积力。	无
指定 可用于在区域上应用体积力。对于体力，还可以指定其相对于位移、速度和加速度的导数。	体负载 使用 Eqn. (4689) 以及定义了矢量的坐标系来定义体力矢量 $b$ 。 体负载导数 用于定义体力相对于位移、速度或加速度的偏导数（请参见体负载导数）。

几何细化选项

对于给定区域，可以覆盖物理连续体中指定的二面角度容差（请参见几何细化指定）。

选项	对应的物理值节点
使用连续体值 将二面角度容差设为关联物理连续体中指定的值。请参见几何细化指定	无
指定 将二面角度容差设为指定值。	几何细化指定 指定区域的二面角度容差。此值将覆盖物理连续体几何细化指定。

中间边节点选项

可用于添加或移除中间边节点。默认情况下，Simcenter STAR-CCM+ 网格操作生成无中间边节点的线性单元。

尽管在模拟过程中可以随时更改此设置，但在运行模拟时，Simcenter STAR-CCM+ 会在初始化期间添加或移除这些节点。要验证网格单元拓扑，可以在部件的标量场景中可视化单元类型场函数。有关更多信息，请参见网格要求和准则。

可用方法如下：

• 添加 - 线性插值 - 在边的任一端添加中间边节点作为节点的线性插值。此选项可将中间边节点添加到每个网格单元的每条边。添加中间边节点时，Simcenter STAR-CCM+ 还会将任何先前的求解（在线性网格上计算）插入到中间边节点。添加中间边节点时，会强制重新对刚度矩阵进行计算和因式分解。
• 保留原始对象 - 保留原始网格单元配置。如果在 Simcenter STAR-CCM+ 中生成了网格，但是尚未添加中间边节点，则网格单元会保持为线性。如果添加了中间边节点，则网格单元会保持为二次。如果通过导入的 CAE 模型导入网格，则单元拓扑会根据原始配置保持为线性/二次。
• 移除全部 - 移除任何中间边节点。此选项包含在 Simcenter STAR-CCM+ 中添加的中间边节点或通过 CAE 模型导入的中间边节点。移除中间边节点时，会强制重新对刚度矩阵进行计算和因式分解。

区域控制

段

激活固体应力物理模型会在区域节点中自动创建段文件夹。如果停用固体应力模型，且不存在任何段，则 Simcenter STAR-CCM+ 也会移除段文件夹。请参见段（负载和约束）参考。

交界面设置

交界面可以是共形或非共形，但不压印。压印可创建多面体网格单元，这在有限元分析中不受支持。可用条件如下：

机械相互作用

可用于映射接触交界面类型的固体/固体交界面。

指定接触表面之间相互作用的类型。此条件适用于具有拓扑而非周期性的映射接触交界面。可用选项如下：

• 粘接 - 接触表面发生连续位移。如果各固体区域材料不同，则整个材料交界面上保留应变间断点。激活约束映射条件。

  Simcenter STAR-CCM+ 自动将周期交界面、接触交界面和内部交界面视为粘接。

• 无摩擦小滑动 - 使接触表面可以沿交界面的切向贴着彼此滑动，但是禁止法向运动。交界面处的剪切应力等于零，法向力相等且方向相反。

  此选项适用于平交界面处的小滑动。弯曲交界面处的节点滑动或超过网格单元长度的节点的滑动会导致结果不准确。

  此选项面向发生不切实际的应力集中的应用场合。例如，针对具有不同热膨胀系数的材料交界面的热应力分析。

  此类型的相互作用与固体位移运动不兼容。

约束映射

可用于映射接触交界面类型的固体/固体交界面。

指定 Simcenter STAR-CCM+ 用于约束粘合表面的方法。可用选项如下：

• 节点至表面：
  默认选项。在两个有限元之间的交界面处，次单元上的节点被约束到主单元上重叠表面的节点。通常，此方法所需的计算工作量较少，但它不保留线动量和角动量（在固体应力计算中）或热通量（在固体能量计算中），并且可能导致计算的应力或温度局部不精确。
  
  
• 表面至表面：
  在两个有限元之间的交界面处，次单元与主单元的重叠表面将细分在三角形中。在重叠表面上广义积分或弱积分以满足约束。与节点至表面方法相比，此方法保留线动量和角动量（在固体应力计算中）或热通量（在固体能量计算中），从而提高了计算的应力或温度的精度。但是，此方法需要更多的计算量，并且所需内存会随着使用的内核数而增加。
  
  

此选项仅适用于粘接映射接触交界面。滑动交界面自动使用节点至表面方法。

对于共享周长和节点的相邻交界面，建议使用相同的约束映射方法。使用这两种方法可能会导致过度约束共享节点。

监视器

位移

固体位移增量 [m]（请参见 Eqn. (4972)）。

力

残余力 [N]（请参见 Eqn. (4972)）。

应变能

应变能，使用单位 [Nm] 定义（请参见 Eqn. (4977)）。激活固体应力求解器的应变能属性时，此监视器才可用（请参见固体应力求解器参考）。

借助这些监视器，它们具有的相应停止准则将在激活固体应力求解器时自动变为可用。设置停止准则

报告

通过合力和合力矩报告，可以根据线性和角动量的守恒需要，检查作用于指定输入部件的所有力与力矩是否平衡。每个部件以及所有输入部件的总和必须处于平衡状态。合力和合力矩报告相对于笛卡尔坐标系定义。

合力

报告指定输入部件上的作用力、体积力、内力或约束力合成。此类报告的输入部件可以是几何部件或区域。

Simcenter STAR-CCM+ 先通过对部件节点处的所有力求和来计算每个输入部件的力合成，然后合计为每个输入部件计算的合成。

例如，为了计算作用力的合力，Simcenter STAR-CCM+ 按以下方式计算每个输入部件的作用力合成：

$$f^a={\displaystyle \sum _M{f}_M^a}$$

(292)

然后，对为每个输入部件计算的合成求和。

合力矩

报告相对于指定位置 $x_0$ ，作用于选定输入部件的作用力、体积力、内力和约束力的合力矩。Simcenter STAR-CCM+ 先通过对部件节点处的所有力矩求和来计算每个输入部件的力矩合成，然后合计为每个输入部件计算的力矩合成。

例如，为了计算作用力的合力矩，Simcenter STAR-CCM+ 按以下方式计算每个输入部件的作用力合成：

$$m^a={\displaystyle \sum _M(x_M-x_0)}\times f_M^a$$

(293)

然后，对为每个输入部件计算的合成求和。

停止准则

固体应力求解器根据位移、力、接触约束、接触压力和应变能残差的收敛具有附加停止准则。对于此求解器，Simcenter STAR-CCM+ 自动添加位移和力停止准则。可以通过激活固体应力求解器的应变能属性手动添加应变能准则。

有关停止准则属性的更多信息，请参见基于监视器的属性。