Non-Inertial Reference Frame Motion / 비관성기준계 운동

비관성 좌표계는 선가속도 및 회전이 존재할 수 있다. Physics Gravity and non-inertial reference frame 에서 Non-inertial reference frame  운동모델을 활성화한다:

Moving Components with Tangential Surface Velocity / 접선표면속도를 갖는 운동요소

수많은 Non-inertial reference frame 선택이 가능하다. 가장 간단한 Shake and spin model은  계산영역이 단지 진동과 회전운동만을 겪는다. 이를 선택하고 옆 Edit 버튼을 누르면 다음 창이 나타난다.

이 창에서 흔들림 운동(단지 x 좌표축에서만 좌우로 진동) 과 자전운동(z 축에 대해서만 회전)이 지정될 수 있다. Magnitude 는 중심선으로부터의 진폭의 크기(가속도의단위), Frequency 는 사인파 운동의 각주기이며 일반적으로 rad/s 단위이다. Spin rate 는 x-축에 대한 회전운동의 각속도이며 역시 통상적으로 rad/s 단위이다

Harmonic oscillations 모델은 사용자가 세 좌표방향 각각에서의 병진 및 회전운동을 정의하게끔 한다. Harmonic oscillations 옆의 Edit 버튼을 클릭하여 다음 창을 연다.

6자유도 운동 각각에서 사용자는 가속 acceleration Magnitude, Frequency (rad/time) 그리고 Phase angle offset을 조절한다. 이 모델에서 이 값들은 모사 기간 내내 상수이다.

이와 달리 가속도의 시간변화가 필요하면 시간변화 데이터를 Tabular 선택중의 하나를 취해 직접 입력될 수 있다. 이 선택에 대한 상세한내용은 Smooth Tabular Motion Impulsive Motion of Non-inertial Reference Frame.에 있다.

Note:

  • 회전에 의한 Coriolis 힘은 다른 정도의 내재적 수준으로 처리될 수 있다. 내재적 정도는 Numerics Implicit/explicit solver options 에서 정해진 Coriolis acceleration implicit weighting factor 의 값에 비례한다. Coriolis acceleration implicit weighting factor = 0.0일 경우 이 근사는 완전히 외재적이다. Coriolis acceleration implicit weighting factor = 1.0일때는 완전 내재적 알고리즘이 사용된다. 더 나은 해석 안정성을 위해 완전 내재적 방법을 이용하는 것이 추천된다.
  • Initial gravity 선택은 기준계의 운동에 상관없이 시간 t = 0 에서 중력이 향한 방향으로 중력을 유지하기 위해 이용된다. 이는 기준계와 같은 방향으로 중력을 유지하는 보통 Gravity 선택과는 다르다.

See also:

  • Non-Inertial Reference Frame notation
  • Rigid Body Dynamics Algorithm for Non-Inertial Reference Frame Model
  • Non-Inertial Reference Frame Motion equations
  • Rigid Body Dynamics for Non-Inertial Reference Frame
  • Non-inertial reference frame application example: Centrifugal Casting
  • Gravity
  • Impulsive Motion of Non-inertial Reference Frame
  • Non-Inertial Reference Frame Motion
  • Smooth Tabular Motion

Smooth Tabular Motion / 표로나타난 부드러운 운동

비관성 기준계는 Physics Gravity and Non-inertial reference frame Tabular angular acceleration 또는 Tabular angular velocity 중의 하나가 선택될 때 표로 나타난 형태로 지정되며 이때에 부드러운(즉, 선형 보간된)운동이 Edit 버튼을 클릭하고 디폴트 이름이 movin.inp 인 Input file 의 펼쳐지는 메뉴에 있는 텍스트 파일을 수정함으로써 지정된다. 지정된 데이터는 시간, x, y, 및 z 선형가속도, x, y, 및 z 각속도, 그리고 x, y, 및 z 각가속도를 포함한다.

Tabular angular velocity 가 선택되면 각속도는 초기 속도로부터 계산되는 시간0에서 지정된 각속도로 각가속도를 적분함으로써 얻어진다. Tabular angular acceleration 이 선택되면 지정된 각속도는 각 가속도를 결정하기 위해 미분된다.

See also:

  • Non-Inertial Reference Frame notation
  • Rigid Body Dynamics Algorithm for Non-Inertial Reference Frame Model
  • Non-Inertial Reference Frame Motion equations
  • Rigid Body Dynamics for Non-Inertial Reference Frame
  • Non-inertial reference frame application example: Centrifugal Casting
  • Gravity
  • Impulsive Motion of Non-inertial Reference Frame
  • Non-Inertial Reference Frame Motion
  • Smooth Tabular Motion

Note:

사용자 인터페이스는 사용자를 위한 movin.inp 를 쓰고 자동적으로 알맞는 포맷을 사용한다. 이는 데이터를 표로 보여준다.

Impulsive Motion of Non-inertial Reference Frame / 비관성기준계의 임펄스운동

비관성 기준계는 Physics Gravity and noninertial reference frame Activate non-inertial reference frameTabular 선택 중의 어느 것과 함께 활성화 되면 movin.inp 파일에서 표형태로 지정된다. Tabular 선택 옆의 Edit 버튼을 클릭할 때 열리는 표에 입력을 한다. 또한 임펄스 운동은 Angular acceleration with impulsive motion 이나 Angular velocity with impulsive motion 이 표 위에서 선택될 때 표에서 지정될 수 있다. 임펄스 운동에서 임펄스 지속기간(임펄스 길이)이 주어지는 경우를 제외하고는 지정된 데이터는 유연한 운동(시간, 병진가속도, 각속도, 각가속도)의 경우와 마찬가지이다. 또한 임펄스 구간 초기에 사용되어야 하는 시간 폭은 임펄스 구간을 정확히 구현하기 위해 Dt 라고 불리는 열에 지정될 수 있다.

OK버튼을 클릭하면 데이터가 Tabular input 창의 Input file 편집상자에 쓰여진 이름의 파일에 쓰여진다; 디폴트 이름은 movin.inp 이다.

0이 아닌 임펄스 시간을 갖는 시간 입력은 임펄스가 있다고 여겨지고 0인 임펄스 시간에는 값이 smooth하게 변한다고 여겨진다. 임펄스 가속도는 smooth한 데이터 위에 중첩된다.

밑의 표에서 보이는 movin.inp 파일에서 z 선형가속도는 smooth하고impulsive 데이터에 의해 정의된다. 임펄스 기간은 impldt 열에, 그리고 지정된 시간단계 폭은 delt 열에 있다. Smooth 가속도는 시간 t = 0, t = 9.5, 그리고 t = 100에서의 점들로 정의되어 있다. z 가속도는 이 점들에서의 선형 보간에 의해 산정될 것이다.

또한 z 방향 가속도는 t = 2, t = 5, 그리고  t = 8에서 지정된 각기 1초의 임펄스 폭을 갖는 데이터를 가지고 있다. 임펄스들은 그림 11.2에 보여진 smooth한 변화 위에 중첩된다.

Table 11.4: Example file of impulsive and smooth acceleration data

T accx accy accz omx omy omz omdx omdy omdz delt impldt
0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.
2. 0. 0. 0.1 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 1.
5. 0. 0. 0.1 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 1.
8. 0. 0. 0.1 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 1.
9.5 0. 0. 0.5 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.
100. 0. 0. 0.5 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.

Fig. 11.2: Graph of impulsive and smooth acceleration data

Table 11.5: Variable Definitions and Units

t = time (S)
accx = acceleration along x-axis [L/t2]
accy = acceleration along y-axis [L/t2]
accz = acceleration along z-axis [L/t2]
omx = rotational velocity about x [Rad/t]
omy = rotational velocity about y [Rad/t]
omz = rotational velocity about z [Rad/t]
omdx = rotational acceleration about x [Rad/t2]
omdy = rotational acceleration about y [Rad/t2]
omdz = rotational acceleration about z [Rad/t2]
delt = time-step size [t]
impldt = impulse duration [t]
MAIN VARIABLES: XPUT: IACCF

 

RBDATA

Note:

movin.inp 파일의 기본 포맷은 Smooth Tabular Motion 에 기술되어 있다. 임펄스 운동에서 시간간격 크기와 기간은 z 각 가속도 다음에 포함되어 있다. smooth 데이터와 마찬가지로 데이터가 사용되지 않아도(즉, 지정되지 않으려면 시간간격 크기를0으로놓는다)  “placeholders” 가 모든 데이터 양 들에 대해 들어 있어야 한다.

See also:

  • Non-Inertial Reference Frame notation
  • Rigid Body Dynamics Algorithm for Non-Inertial Reference Frame Model
  • Non-Inertial Reference Frame Motion equations
  • Rigid Body Dynamics for Non-Inertial Reference Frame
  • Non-inertial reference frame application example: Centrifugal Casting
  • Gravity
  • Impulsive Motion of Non-inertial Reference Frame
  • Non-Inertial Reference Frame Motion
  • Smooth Tabular Motion

Non-Inertial Reference Frame Motion Rigid Body Dynamics / 비관성 기준계운동 강체역학

MAIN VARIABLES:           XPUT:    IACCF

RBDATA: ALL VARIABLES

강체운동 모델은 입력파일 prepin.*에서  IACCF=2 로 지정함으로써 활성화 된다. 이 경우 RBDATA 입력절은 BCDATA 절 후의 입력파일에 들어 있어야 한다.

또 비관성계의 강체운동, 모델, 사용 및 관련 입력변수들의 상세 기술을 위해 이론 매뉴얼 내의 Rigid Body Dynamics for Non-Inertial Reference Frame, Coupled Rigid Body Dynamics 를 또한 참조하라.

 

Related variables: MOTN:  IATYPE, other variables

ALL VARIABLES

Non-inertial reference frame application example: Centrifugal Casting / 비관성계 응용예제: 원심주조

원심 주조는 용융금속을 몰드 안으로 주입시킬 때에 고정된 축에 대해 몰드가 회전하는 주조공법이다. FLOW-3D 에서 이를 모델링하는 한 방법은 비관성기준계 모델을 이용하는 것이다. 이 방법에서 좌표축은 몰드에 고정되어있고 몰드의 회전은 각속도 대 시간에 대한 표형태로 정의된다. 계산격자는 좌표축과 연계되어 있으므로 격자는 몰드에 굳게 고정되어 함께 회전한다.

이 모델은 Model SetupPhysics 패널의 Gravity and non-inertial reference frame 대화창에서 활성화된다. 가장 일반적인 선택중의 하나는 Tabular angular velocity 를 지정하는 것이다. 이 선택으로 일반적으로 시간에 따라 변하는 운동을 6자유도 운동으로 정의하게끔 해준다. 표형태로 데이터를 넣기 위해 우선 Tabular angular velocity 분야 옆의 무선버튼을 선택한 후 옆 Edit 버튼을 선택 클릭한다. 그 후 시간을 통해 원하는 속도를 지정하고 Save 를 선택하고 대화창을 닫는다. 다음 Rotation Center (기준계의 회전점)를 정의한다. 또한 주어진 편집상자 안에서 중력벡터의 초기방향을 준다.

용융금속이 고정압력, 유량 또는 속도경계인 입구 격자경계에서 들어올 때 Add counter-rotating flow component at inlet boundaries 를 선택한다. 이 선택은 유입되는 금속이 몰드와 함께 회전하지 않는다는 사실을 설명한다. 이 모델의 회전좌표계에서 유입되는 금속 유동 성분이Tabular input 에서 정의된 몰드의 회전과 반대방향으로 더해진다.

See also:

  • 원심주조 같은 과정을 더 정확히 모델링 하기 위한 다른 방법을 위해서는 General Moving Objects를 참조한다.
  • Non-Inertial Reference Frame notation
  • Rigid Body Dynamics Algorithm for Non-Inertial Reference Frame Model
  • Non-Inertial Reference Frame Motion equations
  • Rigid Body Dynamics for Non-Inertial Reference Frame
  • Non-inertial reference frame application example: Centrifugal Casting
  • Gravity
  • Impulsive Motion of Non-inertial Reference Frame
  • Non-Inertial Reference Frame Motion
  • Smooth Tabular Motion
  • Parameters in Non-Inertial Reference Frame Namelist – MOTN