Rigid Body Dynamics for Non-Inertial Reference Frame / 비관성기준계에 대한 강체동역학

가끔 우리는 강체 안에들어있는 유체의 움직임에 의해 영향을 받는 강체내 유체의 운동에 관심이 있다. 이런 경우에 강체와 연관 유체의 결합된 운동을 예측하기 위해 into FLOW-3D 내의 통합된 결합된 강체동력학 모델을 적용할 수도있다.

관성 공간에 상대적인 강체운동의 평가를 고려해 보자. 더구나 강체가 유체가 부분적으로 차있는 공간(탱크들)을 가지는 경우도 가정한다. 강체 질량 중심의 운동, 이의 회전(자세) 그리고 탱크내 유체의 운동을 모사하고자 한다. 모사는 시간에 따른 속성을 예측한다. 유체운동, 그리고 이에 기인하는 힘과 토크의 평가는 다양한 분야의 물리적 현상을 포함을 허용하며 통상적인 알고리즘에 따라 수행된다.

그림 10.10 관성 및 물체고정좌표

이를 모사하기 위해 위의 그림에서 보여준 바와같이 관성계와 물체계 둘 다를 정의한다. 물체에 고정된 데카르트좌표계를 (x, y, z) 로 그리고 관성 공간에 고정된 좌표계를 (x’, y’, z’)라고 명한다. 유체역학 계산은 항상 그러듯이 물체계를 이용한다. 강체 질량 중심의 위치에 대한 뉴튼 방정식은 관성계에서 해석되나 물체의 회전방정식은 물체계에서 생성된다.

또한 중력체 기준계를 정의하는데 이의 원점은 관성 좌표계의 원점과 일치하나 z’ 축에 대해 일정 비율로 회전할 수 있다. 혼돈을 줄이기 위해 이 기준계에 대해서는 구좌표계를 사용한다. 이 기준계는 운동방정식의 공식에는 사용하지 않는다. 계산 결과를 직접 지구(또는 태양)기준의 계로 연관시키는 사용자의 편리성을 위해 의도된다. 지구기준계는 단지 대충 관성적이라는 것을 명심해야한다. 이 근사에 대한 수정은 필요하면 해석 알고리즘 다른곳에서 실행된다.

이 물체로부터 나오는 중력의 효과는 강체운동 방정식 및 유체운동식에 포함되어 있다. 중력장으로부터의 토크는 무시되고 있다.

환경 및 조절력과 토크를 포함하도록 대비가 되어있다. 이는 쉽게 해석 알고리즘의 다른 부분과 소통 될 수 있는 서브프로그램을 포함 함으로써 이루어진다. 이런 서브 프로그램들은 힘과 토크의 특정 소스를 모델링하지 않으나 사용자가 공기역학이나 지구자장 영향 또는 조절 제트 및/또는 플라이휠 같은 현상을 포함할 수 있게끔 한다.

가끔 하나 이상의 탱크가 강체의 운동에 영향을 미칠 수 있다. FLOW-3D 는 각 탱크를 개별적 유동지(또는 요소)으로 취급함으로써 이를 고려할 수있다. 강체상의 이들 효과를 결정하기위해 유체 힘과 토크는 전체요소에 대해 합해진다.

더 많은 정보가 필요하다면 다음을 참조하라

  • 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