2022年被动运动总结知识分享.docx

f l uent 被 动 运 动 6DOF 总 结精品文档利用 CFD软件解决动网格问题，通常可分为以下两类：（1）主动型动网格 主动型动网格问题通常指的是边界运动规律及运动状态已知，通常可由软件使 用者通过函数或程序进行描述在程序计算过程中，求解器调用边界运动轨迹 描述程序实现边界运动这类动网格例子很多，如各类泵、风扇等2）被动型动网格 还有一类动网格问题，其边界运动规律往往是未知的，常常需要通过计算边界 上的力或力矩，以此来求取边界的运动在这类动网格计算设置中，网格变化 规律难以预料，导致网格参数经常需要进行多次调整才能达到目的这类例子 在现实中其实也很多，比如风力发电机的叶轮、水轮机等解决主动型动网格问题比较容易，利用CFD软件提供的动网格模拟能力很容易解决需要关注的的方是边界运动后，网格节点如何重新布置和生成如在 FLUENT软件中，其动网格主要包括三种网格功能：弹簧光顺、动态层及网格重 构利用网格重构功能几乎可以解决所有主动型动网格问题那被动型动网格问题怎么处理了？一般来说，这类边界的运动都是由于内部流 体对其压力所造成的，那么就涉及到力和力矩计算的问题对于这类问题，在 FLUENT软件中可以采用 6DOF模型进行计算。

需要注意的是，以上所有类型动网格计算均建立在边界为刚性的情况下即不 会计算由于流动产生的力的作用导致的边界变形若要计算边界变形，则需要 采用流固耦合方法，利用固体求解器计算被动型动网格中的力和力矩均是压 力对面的积分计算而来1、6DOF UDF宏收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档在 FLUENT中利用 6DOF是需要定义 UDF宏的该宏的定义形式如下：DEFINE_SDOF_PROPERTIES(name, properties, dt ,time ,dtime) 函数中：Name：宏名称 Real *properties ：存储 6DOF属性的数组 Dynamic_Thread *dt ：存储制定的动网格属性 Real time ：当前时间 Real dtime ：时间步长该 UDF宏没有返回值用户需要定义的变变量为name、properties、dt 、dtime 在利用该 UDF宏的过程中 , 需要注意的是 properties数组，其包含多种属性：SDOF_MASS //质量，定义方式如 properties[SDOF_MASS]=7.0 定义质量 7kg SDOF_IXX，SDOF_IYY，SOF_IZZ，//X 、Y、Z 方向惯性矩SDOF_IXY，SDOF_IXZ，SDOF_IYZ，// 惯性积SDOF_LOAD_LOCAL，// 布尔值， FALSE为全局坐标系， TRUE为体坐标系（局部坐标系），默认为 FALSE SDOF_LOAD_F_X，SDOF_LOAD_F_Y，SDOF_LOAD_F_Z，//X ，Y，Z 方向外力SDOF_LOAD_M_X，SDOF_LOAD_M_Y，SDOF_LOAD_M_Z，// 分别为 X，Y，Z 方向外力矩SDOF_ZERO_TRANS_X，SDOF_ZERO_TRANS_Y，SDOF_ZERO_TRANS_Z，// 布尔值，TRUE表示该方向位移为 0，默认为 FALSE SDOF_ZERO_ROT_X，SDOF_ZERO_ROT_Y，SDOF_ZERO_ROT_Z，// 布尔值， TRUE表示该方向旋转自由度为 0，默认值为 FALSE 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档SDOF_SYMMETRY_X，SDOF_SYMMETRY_Y，SDOF_SYMMETRY_Z，// 指定半模型的对称轴法向向量。

在半模型运动时使用上面的变换变量可以应付绝大多数问题，然而在FLUENT中，用户还可以自定义变换变量，这也是通过 6DOF属性变量实现，这些变量包括：SDOF_CUSTOM_TRANS，// 布尔值， TRUE表示使用自定义变换变量， FALUSE表示不使用SDOF_CTRANS_11，SDOF_CTRANS_12，SDOF_CTRANS_13，SDOF_CTRANS_21SDOF_CTRANS_22，SDOF_CTRANS_23，SDOF_CTRANS_31，SDOF_CTRANS_32SDOF_CTRANS_33，// 坐标旋转变量SDOF_DTRANS_11，SDOF_DTRANS_12，SDOF_DTRANS_13，SDOF_DTRANS_21SDOF_DTRANS_22，SDOF_DTRANS_23，SDOF_DTRANS_31，SDOF_DTRANS_32SDOF_DTRANS_33，// 衍生旋转矩阵这些旋转矩阵在实际使用中应用较少下面是一个简单的 SDOF实例：#include “ udf.h ”DEFINE_SDOF_PROPERTIES(stage,prop,time,dtime) { prop[SDOF_MASS] = 800.0; prop[SDOF_IXX] = 200; Prop[SDOF_IYY] = 100; Prop[SDOF_IZZ] = 100; } 上面的 UDF定义了一个名为 stage 的 SDOF宏，且质量 800kg，X 方向转动惯量为 200，Y 方向转动惯量 100，Z 方向转动惯量 100 2、刚体参数的获取收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档应用 6DOF无可避免的会碰到刚体属性值的获取问题。

对于简单的几何体，应用 力学公式可以很方便的计算出诸如质量、转动惯量等但是对于复杂的几何模 型，要想通过数学公式计算出这些物理量几乎是不可能的其实，几乎所有的 CAD建模软件中均具有这些物理量的计算能力，不过要注意 区分计算的是全局坐标系还是局部坐标系6DOF实例 1: 设置过程对于被动型动网格计算问题，可以采用6DOF动网格模型解决利用该模型时，需要确定计算模型中运动部件的质量、三方向转动惯量及惯性矩、重心坐标因此在几何模型创建过程中，尽量使这些值容易获取（比如将重心位置放置在坐标原点），当然这不是必须的，在 询CAD建模软件中都包含了这些物理量的查如图 1 所示的几何体，在受到图中流动方向的流体作用下，若轴向旋转自由度 未被约束，则会产生旋转位移本次实例几何如图 1 所示在建立流体计算域之前，需要利用 使用 Solidworks 实现此功能1、获取几何属性CAD软件获取几何的特征物理量，我们这里利用 solidworks载入几何体，进入【评估】>【质量属性】，选择几何体进行计算，如图 2 所示图 2 质量属性在计算几何质量属性对话框中，可以点击【选项】按钮，设置材料参数，如图3 所示。

图 3 几何参数收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档从图 2 可以看出，该几何体的重心（0,0,25.19 ）， Z 方向惯性矩IZZ=324047.793g*mm^2，由于我们的几何体约束了 X,Y,Z 三方向移动自由度，X，Y方向的旋转自由度，因此只需要Z 方向的惯性矩需要注意的是，这里的单位是 mm，而 UDF中必须全部为国际单位制，需要做单位转换2、计算域模型在 workbench 中的 DM中创建计算域模型主要是利用 能建立的计算域如图 4 所示图 4 计算域模型DM中方便的布尔运算功为计算域边界命名，分别命名内部区域面、入口面、出口面、圆柱面边界为：WallRotation 、VelocityInlet、Outlet 、wallCylinder计算域建立完毕后即进行网格的划分，这里不详细描述3、UDF宏的编写利用文本编辑器编写 UDF宏文件如下：#include "udf.h" DEFINE_SDOF_PROPERTIES(rotate,prop,dt,time,dtime) { prop[SDOF_MASS] = 845.154E-3; /* 质量 */ prop[SDOF_IXX]= 336179E-9; /*x 方向惯性矩 */ prop[SDOF_IYY] = 336179E-9; /*y 方向惯性矩 */ prop[SDOF_IZZ]= 324047.793E-9; /*z 方向惯性矩 */ prop[SDOF_ZERO_TRANS_X]=TRUE; /* 限制 x 方向位移 */ prop[SDOF_ZERO_TRANS_Y]=TRUE; /* 限制 y 方向位移 */ prop[SDOF_ZERO_TRANS_Z]=TRUE; /* 限制 z 方向位移 */ prop[SDOF_ZERO_ROT_X]=TRUE; /* 限制 x 方向旋转 */ 收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档prop[SDOF_ZERO_ROT_Y]=TRUE;/* 限制 y 方向旋转 */ printf("\nstage: updated 6dof properties"); } 4、进入 FLUENT中设置在 FLUENT中主要包括动网格参数的设置。

其他设置：瞬态计算、标准K-E 湍流模型、标准壁面函数、工作介质为water 、入口 5m/s，出口静压为 0动网格设置：（1）、激活 sixDOF 如图 5 所示，进入 Dynamic Mesh面板，激活 Dynamic Mesh，勾选 Remeshing 选项及 SixDOF项图 5 （2）、动网格参数设置进入 mesh methods 下的 settings按钮，进入动网格参数设置图6、图 7 分别为 smoothing 与 Remeshing的设置图 6 smoothing 面板 图 7 remeshing 面板 6DOF中的 settings 设置对话框如图 8 所示，这里我们不考虑重力影响，设置三方向重力加速度为 0同时勾选 write motion history 项，记录保存运动中几何姿态图 8 6DOF 设置（3）、编译加载 UDF宏利用菜单【 Define 】>【user defined】>【function 】>【Complied】编译宏收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档图 9 编译及加载宏文件（4）、设置动网格区域动网格设置面板中，点击【Create/Edit⋯ 】按钮定义动网格区域。

需要设置的区域如图 10 所示的红色框选部分图 10 运动区域设置同时注意设置 meshing Options 5、需要注意的问题标签页下的网格高度3D动网格问题，首先要注意的是负体积问题前面说过，由于运动状态由受力 状态控制，在计算之前是未知的，所有调整动网格参数比较困难不过仔细耐 心的修正还是可以解决的其次，关于这类被动运动问题，一些模型较为简单的几何体，实际上是可以化 被动为主动，只是计算壁面受力，运动状态通过受力状态用 UDF确定比如此 例，我们可以在计算过程中通过宏计算出每次迭代加载在重心上的力和力矩，然后通过力学公式确定几何体的运。