fluent被动运动刚体

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。需要关注的地方是边界运动后，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呢？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

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在运动中，刚体上的任意一点与某一固定平面始 终保持相等的距离，这种运动称为平面运动。

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9.1 刚体平面运动概述和运动分解刚体上每一点都在与固定 平面M平行的平面内运动。 若作一平面N与平面M平行, 并以此去截割刚体得一平 面图形 S 。 可知该平面图 形S始终在平面N内运动。 因而垂直于图形S的任一条 直线A1A2必然作平动。 A1A2 的运动可用其与图形 S的交点 A的运动来替代。 A1 N A S

A2

M

刚体的平面运动可以简化为平面图形在其自身平面S内的运动。

9.1 刚体平面运动概述和运动分解平面图形 S 在其平面上的位置完 全可由图形内任意线段 O'M 的位置来 确定，而要确定此线段的位置，只需 确 定 线 段 上 任 一 点 O' 的 位 置 和 线 段 O'M 与固定坐标轴 Ox 间的夹角 即可。 点 O' 的坐标和 角都是时间的函数， 即 y S M

O'O

x

xO f1 (t ), yO f 2 (t ), f3 (t )这就是平面图形的运动方程。

平面图形的运动方程可由两部分组成：一部分是平面图形按 点O'的运动方程xO' = f1(t), yO' = f2

第7章 刚体的平面运动 7.1 主要内容

7.1.1 刚体平面运动

刚体作平面运动的充要条件是：刚体在运动过程中，其上任何一点到某固定平面的距离始终保持不变。

刚体的平面运动可以简化成平面图形在平面上的运动。运动方程：

xO??f1(t)??yO??f2(t)? ??f3(t)??其中基点O'的坐标xO' 、yO'和角坐标? 都是时间t的单值连续函数。如果以O'为原点建立平动动系O'x'y '，则平面运动分解为跟随基点（动系）的平动和相对于基点（动系）的转动。7.1.2 研究平面运动的基本方法

1．分析法——建立运动方程式

2．运动分解法---基点法和绕两平行轴转动的合成。 (1)基点法——本章重点

(2)绕两平行轴转动的合成——常用于研究行星轮系统的传速比。 7.1.3 平面运动刚体上点的速度分析的三种方法

1．基点法——应用速度合成定理 2．速度投影定理（由基点法推论） 3．瞬心法（由基点法推论）

7.1.4 用基点法分析平面运动刚体上各点的加速度

1．ae?a基点

2．平动动系：科氏加速度aC?0 3．应用加速度合成定理

7.2 基本要求

1. 熟悉刚体平面运动的特征，正确理解有关平面运动的各种概念。 2. 能熟练应用基点法、瞬

理论力学习题集（A） 第九章 刚体的平面运动 第九章 刚体的平面运动

9-1 如图所示，圆柱A缠以细绳，绳的B端固定在天花板上。圆柱静止落下，其轴心的速度为v?其中g为常量，h为圆柱轴心到初始位置的距离。如圆柱半径为r，求圆柱的平面运动方程。

23gh，3gt212答案：xA?0,yA?gt,??

33r

9-2 杆AB的A端沿水平线以等速v运动，运动时杆恒与一半圆周相切，半圆周的半径为R，如图所示。如杆与水平线间的交角为θ，试以角θ表示杆的角速度。

sin2?答案：??

Rcos?

9-3 如图所示，在筛动机构中，筛子的摆动是由曲柄连杆机构所带动。已知曲柄OA的转速

nOA?40r/min， OA＝0.3m。当筛子BC运动到与点O在同一水平线上时，∠BAO＝90°。求此瞬时筛

子BC的速度。答案：vBC?2.512m/s

24

理论力学习题集（A） 第九章 刚体的平面运动 第九章 刚体的平面运动

9-1 如图所示，圆柱A缠以细绳，绳的B端固定在天花板上。圆柱静止落下，其轴心的速度为v?其中g为常量，h为圆柱轴心到初始位置的距离。如圆柱半径为r，求圆柱的平面运动方程。

23gh，3gt212答案：xA?0,yA?gt,??

33r

9-2 杆AB的A端沿水平线以等速v运动，运动时杆恒与一半圆周相切，半圆周的半径为R，如图所示。如杆与水平线间的交角为θ，试以角θ表示杆的角速度。

sin2?答案：??

Rcos?

9-3 如图所示，在筛动机构中，筛子的摆动是由曲柄连杆机构所带动。已知曲柄OA的转速

nOA?40r/min， OA＝0.3m。当筛子BC运动到与点O在同一水平线上时，∠BAO＝90°。求此瞬时筛

子BC的速度。答案：vBC?2.512m/s

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第7章 刚体的平面运动

7-1 刚体平面运动通常分解为哪两个运动，它们与基点的选取有无关系？求刚体上各点的加速度时，要不要考虑科氏加速度？

7-2 平面图形上两点A和B的速度vA和vB间有什么关系？若vA的方位垂直于AB，问vB的方位为何？

7-3 已知O1A?O2B，问在图所示瞬时，?1与?2，?1与?2是否相等？

题7-3图

7-4 如图所示O1A的角速度为?1，板ABC和杆O1A铰接。问图中O1A和AC上各点的速度分布规律对不对？

7-5 如图所示，车轮沿曲面滚动。已知轮心O在某一瞬时的速度vO和加速度aO。问车轮的角加速度是否等于aOcos?R？速度瞬心C的加速度大小和方向如何确定？

题7-4图

题7-5图

7-6 椭圆规尺AB由曲柄OC带动，曲柄以角速度?O绕O轴匀速转动。如

OC?BC?AC?r，并取C为基点，求椭圆规尺AB的平面运动方程。 答：xC =r cos?Ot，yC =r sin?Ot，? = –?Ot。

题7-6图

题7-7图

7-7 半径为r的齿轮由曲柄OA带动，沿半径为R的固定齿轮滚动。如曲柄OA以匀角加速度? 绕O轴转动，且当运动开始时，角速度?O=0，转角?=0，求动齿轮以中心A为基点的平

理论力学基础内容,对于想深入了解此机械专业的人适用!

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理论力学第 四 节 用 基 点 法 求 平 面 内 各 点 的 加 速 度

第八章

刚体的平面运动

例十三 图示曲柄连杆机构中，曲柄 绕轴 转 图示曲柄连杆机构中，曲柄OA绕轴 绕轴O转与水平方向成60 动的角速度为ω 某瞬时OA与水平方向成 o角， 动的角速度为 0。某瞬时 与水平方向成 而连杆AB与曲柄 垂直。滑块 在圆弧槽内滑 与曲柄OA垂直 滑块B在圆弧槽内滑 垂直。 而连杆 与曲柄 此时半径O 与连 动，此时半径 1B与连 间成30 线AB间成 o角。如 间成

OA = r, O B = 2r 1AB = 2 3r

试求该瞬时滑块B的 试求该瞬时滑块 的 切向加速度。 切向加速度。(习题9-18) 习题 - ) 动画鞍山科技大学机械工程与自动化学院工程力学系

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理论力学 例十九加 速 度 分 析

第八章

刚体的平面运动

四连杆机构中曲柄OA长 ， 连杆AB长 ， 四连杆机构中曲柄 长 r, 连杆 长 2r, 摇 在图示瞬时，四连杆机构中的点O、 杆O1B长 2 3r 。在图示瞬时，四连杆机构中的点

运动学动力学刚体 作业解

大学物理作业解：运动学动力学刚体

质点运动学作业解

物理系：史彭

运动学动力学刚体 作业解

大学物理作业解：运动学动力学刚体

一、选择题 1.一小球沿斜面向上运动，其运动方程为 S 5 4t t 2 (SI), 则小球运动到最高点的时刻是 [ B ] (A) t =4s ; (B) t =2s ;(C) t =8s ;(D) t =5s 解:最高点

dS 4 2t 0 dt

t 2s

物理系：史彭

运动学动力学刚体 作业解

大学物理作业解：运动学动力学刚体

2.如图所示，湖中有一小船，有人用绳绕过岸上一定高度处 的定滑轮拉湖中的船向岸边运动。设该人以匀速 0 收绳， 绳不伸长，湖水静止。则小船的运动是 解:dl d h2 x2 x dx 0 2 2 dt dt h x dt

dx dt

h2 x2 0 x2

v0

a

d h 2 3 0 dt x

hO

l (t )

x(t )

x

x 减小 —— 加速度非线性增加。变加速度运动物理系：史彭

运动学动力学刚体 作业解

大学物理作业解：运动学动力学刚体

3.一条河在某一段直线岸边有A、B两个码头，相距 1

第七章 刚体力学

§7.5 刚体平面运动的动力学§7.5.1 刚体平面运动的基本动力学方程 §7.5.2 作用于刚体上的力 §7.5.3 刚体平面运动的动能 §7.5.4 滚动摩擦力偶矩 §7.5.5 汽车轮的受力汽车的极限速度

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结束

第七章 刚体力学

§7.5 刚体平面运动的动力学§7.5.1 刚体平面运动的基本动力学方程平面运动 = 平动+定轴转动1.求质心的运动 刚体作平面运动，受力必是平面力 F m a 根据质心运动定律 i c 直角坐标系中的分量式

(7.5.1)

F

ix

macx

F

iy

macy

Fi — 所有外力的矢量和,上页

m — 刚体的质量.下页 返回 结束

第七章 刚体力学 2. 刚体绕质心的转动 在质心系中刚体作定轴转动. 选质心坐标系 Cx’y’z’ ,设z’为过质心而垂直于固 定平面的轴. 在质心系中

M 外i ' M 惯

dLz ' dt

M外i’ — 外力对质心的力矩, M惯 — 惯性力对质心力矩. 又 M惯= 0dL'z d( I zc z ) I zc z dt dt上页 下页

大学物理学习

第一部分 力学1 什么是力学力学 研究机械运动及其规律的科学. 机械运动 是指物体之间或物体各部分之间发生的相对位置 的变化.

2 力学的分类按研究内容分 运动学(Kinematics) ——研究物体运动的规律 动力学(Dynamics) ——研究物体运动的原因 静力学(Statics) ——研究物体平衡时的规律 质点力学——研究对象为质点 刚体力学——研究对象为刚体

按研究对象分

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3 数学工具 微积分和矢量 4 力学的总框架力学运动学 动力学

牛顿定律守恒定律

动量守恒定律 机械能守恒定律 角动量守恒定律

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第二章

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运动学是研究物体位置随时间变化规律的力学内容. 自然界中的一切物质都处于运动之中.宏观物体的机械运动 分子热运动 电磁运动 微观粒子的运动 各种场的变化

物质的运动形式

宏观物体的机械运动是最常见的一种运动，其中最基本、最简单 的运动形式有平动和转动，其他复杂的运动都可看成是平动和转 动的叠加.描述质点运动的基础:参考系、坐标系、质点、刚体 质点运动状态的描述:位置、位移、速度、加速度 质点运动方程:质点运动学的核心

主要内容

刚体定轴转动的规律:角速度、角加速度、刚体上各点的 速度、切向和法向加速度 运