STAR-CCM+入水仿真/运动建模案例：落入水中的救生艇
本案例演示如何使用具有自由表面流体的重叠网格功能和DFBI 对落入水中的救生艇的运动构建模型。STAR-CCM+ 自动进行方格重叠过程。在救生艇落水过程中具有三个自由度的运动的模型：竖直平移和水平平移以及俯仰旋转。为了降低模拟的计算成本，本案例使用对称条件，只包含一半几何，因无需模拟船从坡道其余部分完全落水的情形。船在空气中的运动可使用简化的经典物理方程预先计算。模拟从船体初始位置刚好高于水表面开始，相关属性设置如下：
•质量：10,000kg
•围绕穿过质心的轴的惯性矩：16000.0 kg m^2
•初始下降速度：22 m/s
•初始角速度：0 rad/s
•初始倾斜角：35°
（1）设置边界类型；本案例把流体域分为两个域，一个是救生艇，一个是背景。为能够在两个区域之间创建重叠交界面，将重叠网格类型分配给重叠区域中的至少一个边界。此边界类型应用于重叠区域的所有边界表面，这些表面嵌入在背景区域内，不是船体的一部分。对于与背景区域的边界共平面（在本例中是对称平面）的重叠区域的边界，必须为其指定相同的边界类型。本案例backgroud域边界设置类型如下：
Overset流体域边界设置条件如下：
设置完成的结果如下：
（2）选择物理模型；在将overset域耦合到backgroud域前，必须先有一个物理连续体，并将它同时指定给两个区域。 可创建物理连续体，然后激活模拟作用于船体上的力时所需要的数个物理模型。本模拟通过使用VOF模型，对同一连续体内的两种流体（空气和水）的行为建模。 由于存在处于不同相的两种流体，所以激活欧拉多相模型，并使用重力模型将两种流体受到的重力作用纳入考虑之中。假定流体是层流，因为本教程只着眼于模拟入水和撞击力。 如果要模拟救生船长距离运动的真实案例，则需要使用湍流模型。
（3）创建耦合区域；同时选择Regions> Background和Overset节点，右键单击选择CreateInterface > Overset Mesh；一个新的交界面节点随即出现在模拟树中，其下有一个名称为重叠网格1 的子节点。这一体积类型的交界面通过使用在一个网格上自动生成的接受者网络单元组和在另一个网格上生成的供应者网格单元组，提供域上求解的耦合。供应者网格单元上的变量值通过插值来表示接受者网格单元上的变量值。
（4）创建欧拉相；右键单击Continua > Physics1 > Models > Eulerian Multiphase > Eulerian Phases，创建water和air两个相。
（5）设置DFBI 运动和 6 自由度体；右键单击Motions节点。选择新建DFBI Rotation andTranslation。一个名称为DFBIRotation and Translation的新节点被添加到motion节点。在Regions> Overset > Physics Values > Motion Specification 节点，将运动类型设置为DFBI；右键单击DFBI> 6-DOF Bodies 节点，选择New Body > 3D > Continuum Body，在创建的body节点，设置BodyMass为10000.0 kg。在DFBI> 6-DOF Bodies > Boat > Initial Values > Moment of Inertia节点，设置转动惯量为[16000.0,16000.0, 16000.0] kg-m^2。虽然创建6 自由度体时已配有自由运动选项，但仍需要为体指定可以使用的移动方式。在本例中，该体可以沿X 轴向自由平移（浪涌），沿Z 轴向自自平移（升降），围绕 Y 轴自由旋转（俯仰）。
（6）创建VOF波；VOF波模型生成多个场函数，这些场函数基于用户定义的波参数。可在对象树的适当节点中将这些场函数用作边界和初始条件。要创建VOF 波。右键the Continua >Physics 1 > Models > VOF Waves > Waves，选择flat。选择FlatWave 节点，把水位设置为[0.0, 0.0, -30] m；
（7）由于本模拟是瞬态模拟，因此需要设置时间步、各时间步内允许的最大内部迭代次数以及获得求解所用的总体物理时间。时间步值选定为0.0025 s，其目的是，对于任何时间步，重叠网格移动距离小于背景区域中的最小网格单元的高度。更精细的网格需要更小的时间步。选择Solvers> Implicit Unsteady节点，然后将时间步设为0.0025 s。，将Maximum Physical Time设置为0.5s；
（8）运行模拟；计算结果如下：
救生艇落水过程
文章来源：有限猿仿真
