使用多体运动设置体约束

对于具有多体运动选项的体，Simcenter STAR-CCM+ 支持所有约束类型 - 接触约束、速度驱动程序、距离驱动程序和旋转驱动程序。

  1. 要为具有多体运动选项的体定义体约束：
    1. 右键单击工具 > 运动节点，然后添加 DFBI 运动。
    2. 要定义 6 自由度体，右键单击 DFBI > 6 自由度体节点并选择新建体。
      定义 6 自由度体属性。有关更多信息，请参见6 自由度体参考。
    3. 选择[6 自由度体]节点，然后将体运动选项设为多体运动。

      只能为具有多体运动的 6 自由度体定义约束。

    4. 将 DFBI 运动分配给相应区域。
      将 DFBI 运动分配给区域后，DFBI 节点将显示在模拟树中。
    5. 右键单击 DFBI > 体约束并选择新建 > [体约束]。
      可用体约束类型为：


    6. 选择 [体约束] 节点，然后根据体约束参考设置属性。
    7. 要在模拟期间验证约束解决方案是否正确，为 6 自由度约束偏差报告绘图。该报告根据约束方程计算最大标准化偏差。通常，此报告值应低于 1e-3：


      如果监视的约束偏差过大 ( ≫ 10 − 3 ) ，请参考设置多体运动中的准则。

      另请参见：6 自由度约束偏差。

    8. 要绘制体约束图，创建 DFBI 显示器并激活约束。
以下显示了设置接触约束的示例：
  1. 要定义滑动平面的边和方向，可以在基准坐标系中指定原点、方向和法向矢量。还可以新建坐标系，其中原点位于平面的边上，并有一个轴指向平面的方向：
    1. 选择[接触约束] > 半平面节点，然后将原点设为表面边上的一个点，然后通过关联坐标系中的方向和法向矢量设置方向。
      原点用于在半平面边上指定一个点，即半平面的终点。
    2. （可选）要对滑动表面上的摩擦力进行建模，选择接触约束 1 > 摩擦设置节点，然后设置动态摩擦系数和静摩擦系数。


    有关更多详细信息，请参考[接触约束]属性。
恒定绝对速度驱动器示例如下所示：
  1. 要使用绝对值指定 6 自由度体的速度，可定义体相对于环境的速度。要执行此操作：
    1. 选择[速度驱动器]节点，然后将对象 1 设为[6 自由度体]并将对象 2 设为环境。
    2. 将坐标系 1 设为体坐标系 Laboratory->[6 自由度体]-CSys 并将位置 1 设为体的质心，例如 [0,0,0]。
    3. 确保坐标系 2 是基准坐标系，并将位置 2 设为 [0,0,0]（或其他任意固定值）。
    4. 将速度设为常数值。

      在以下设置中，体 1 的质心以 0.1m/s 的速度在基准坐标系的 x 方向移动：



    5. 指定方向坐标系和方向。
对于应用于具有多体运动的体的速度驱动程序或旋转驱动程序，确保初始速度或旋转速率与关联体的初始速度和角速度一致。建议使用预定义场函数 InitialVelocityOfDfbiConstraint<n> 或 InitialRotationRateOfDfbiConstraint<n> 指定初始值，其中 n 是体约束的唯一索引，例如：1,2,3,4,5....n.

振荡绝对速度驱动器示例如下所示：

在本例中，在实验室坐标系中将体的初始速度设为 [0.1, 0, 0] m/s。要确保设置一致，使用预定义的 InitialVelocityOfDfbiConstraint1（此体约束是第一个生成的约束）场函数定义时间相关速度。

  1. 要将速度指定为时间函数，可以在表达式中使用场函数，例如 ${InitialVelocityOfDfbiConstraint1}*cos(2.0*acos(-1.0)*${Time})。


    在 t=0 时，表达式计算为 InitialVelocityOfDfbiConstraint 1 场函数，以使速度驱动与 6 自由度体的初速度一致。

将时间相关的旋转速率应用于旋转驱动程序时，根据场函数 InitialRotationRateOfDfbiConstraint <n> 构建旋转速率。当旋转速率跃升时，将 InitialRotationRateOfDfbiConstraint <n> 作为初始值。

下面显示了定义具有内部跃升的旋转驱动程序的示例。

  1. 要为具有跃升功能的 6 自由度体指定恒定旋转速率：
    1. 选择 [旋转驱动程序] 节点，然后选择关联的 [旋转副]。
    2. 将旋转速率设为恒值。例如，2.0 rps。
    3. 将跃升选项指定为可用选项之一。请参见跃升选项。
    4. 选择跃升指定节点，然后将初始值设为此旋转驱动程序的初始旋转速率 - InitialRotationRateOfDfbiConstraint <n>。
恒定相对速度驱动程序示例如下所示。
  1. 要定义两个 6-DOF 体之间的相对速度：
    1. 选择[速度驱动器]节点，并将第一个体对象 1 设为[6 自由度体 1]，将第二个体对象 2 设为[6 自由度体 2]。
    2. 将专家属性中的坐标系 1 设为体坐标系 Laboratory->[6 自由度体 1]-CSys，并将位置 1 设为 [0,0,0] 作为体 1 的质心。
    3. 将坐标系 2 设为体坐标系 Laboratory->[6 自由度体 2]-CSys，并将位置 2 设为 [0,0,0] 作为体 2 的质心。
    4. 将速度设为场函数 InitialVelocityOfDfbiConstraint 1。
      此场函数根据两个 6 自由度体的初速度和角速度自动计算速度约束。
    5. 指定速度关联的方向坐标系和方向。
    以下示例演示体 1 质心相对于体 2 质心的速度，其方向为体 1 坐标系的 x 方向：


下面介绍将距离驱动与指定混合时间一起使用的示例：
  1. 对于最初静止的两个体，将创建动态距离驱动，并将体之间的距离指定为正弦时间函数 - ${InitialDistanceOfDfbiConstraint3}+ 0.1*sin(4.0*${Time})。
    在 t=0 处，虽然初始距离与体初始条件一致（使用 ${InitialDistanceOfDfbiConstraint3} 内置场函数），但时间导数以及初速度不为零，因此它与体初速度不一致。

    要解决此不一致状况，可以更改体的初速度和/或距离定义的时间相关性，这可能需要非常复杂的计算。在许多情况下，引入混合时间（例如 0.5s）非常方便，在它定义的时间窗中体初始条件自动混合到用户指定距离。在混合时间内，距离驱动所应用的距离将变为与体初始条件一致，并且在混合时间过后距离与用户定义距离匹配。

    要设置混合时间，选择 [距离驱动] 节点，然后指定混合时间。