第3章坐標系與工作平面

第3章坐標系與工作平面

1主要內(nèi)容3.1ANSYS坐標系3.2【W(wǎng)orkPlane】工作平面23.1ANSYS坐標系3.1.1坐標系簡介模型的建立都是在一定的坐標系下完成的，創(chuàng)建有限元模型需要對所生成的模型進行定位。坐標系還用于指定載荷和自由度方向并用于解釋所得有限元分析結(jié)果。33.1ANSYS坐標系ANSYS中的坐標系統(tǒng)及各自功能如下。整體坐標系(GlobalCoordinateSystems)：用于定位幾何形狀參數(shù)，如幾何體、節(jié)點、單元等的空間位置；用作顯示坐標系作為列表和顯示幾何形狀參數(shù)值基準。局部坐標系(LocalCoordinateSystems)：是在整體坐標系中創(chuàng)建的固定坐標系，方便地定位其中的所有幾何體和節(jié)點單元的方位。用于調(diào)整節(jié)點坐標系的參考基準，可以指定為某單元或節(jié)點的坐標系。節(jié)點坐標系(NodalCoordinateSystems)：用于定義每個節(jié)點的自由度方向和節(jié)點結(jié)果數(shù)據(jù)的方向，確定結(jié)點集中載荷的方向?？梢哉{(diào)整為總體坐標系或局部坐標系中的任一個。單元坐標系(ElementCoordinateSystems)：用于確定材料特性主軸和單元結(jié)果數(shù)據(jù)的方向?？梢哉{(diào)整為總體坐標系或局部坐標系中的任一個。顯示坐標系(DisplayCoordinateSystem)：用于幾何形狀參數(shù)的列表和顯示。結(jié)果坐標系(TheResultsCoordinateSystem)：用于列表、顯示或在通用后處理操作中將結(jié)果轉(zhuǎn)換到一個特定的坐標系中。可以是總體坐標系、局部坐標系或工作平面。43.1ANSYS坐標系3.1.2總體坐標系及其操作總體坐標系是一個絕對參考系，用來確定空間幾何結(jié)構(gòu)的位置。ANSYS14.5中有三類總體坐標系，即笛卡爾坐標系、柱坐標系和球坐標系。柱坐標系根據(jù)表示角度方向的符號不同又分為用Z表示角度方向和用Y表示角度方向兩類。這三類坐標系都屬于右手坐標系，且共用一個坐標原點。在ANSYS中總體坐標系可由其坐標系編號來識別，其中，笛卡爾坐標系在ANSYS中的編號為0、球坐標系的編號為2；Z表示角度方向的柱坐標系編號為1，Y表示角度方向的柱坐標系編號為5。53.1ANSYS坐標系這三類坐標系如圖3-1所示。63.1ANSYS坐標系啟動ANSYS14.5后，系統(tǒng)默認的激活坐標系為笛卡爾坐標系。如果用戶在整個分析過程中不改變當前的默認坐標系，那么顯示坐標系、節(jié)點坐標系、單元坐標系和結(jié)果坐標系等全部默認為總體笛卡爾坐標系。激活總體坐標系的方法如下：GUI：【UtilityMenu】/【W(wǎng)orkPlane】/【ChangeActiveCSto】（轉(zhuǎn)換當前激活坐標系），彈出坐標系子菜單【GlobalCartesian】:激活笛卡爾坐標系，默認選項?！綠lobalCylindrical】：激活柱坐標系（Z）?！綠lobalCylindricalY】：激活柱坐標系（Y）?！綠lobalSpherical】：激活球坐標系?！維pecifiedCoordSys】：激活指定坐標系。【W(wǎng)orkingPlane】：激活坐標系與工作平面一致。73.1ANSYS坐標系3.1.3局部坐標系及其操作由于很多分析中的有限元模型非常復雜，僅使用總體坐標系是不夠的，這時用戶必須自定義坐標系，即局部坐標系。局部坐標系子菜單如圖所示。局部坐標系有【CreateLocalCS】（創(chuàng)建局部坐標系）、【DeleteLocalCS】（刪除局部坐標系）和【MoveSingularity】（移動奇異點）等操作。83.1ANSYS坐標系局部坐標系的要素包括以下幾個方面。坐標系編號：局部坐標系的編號必須是大于或等于11的整數(shù)。坐標系類型：與總體坐標系類似，局部坐標系可以是笛卡爾坐標系、柱坐標系或球坐標系，也可以是環(huán)形的以及橢圓的。坐標系原點：局部坐標系的原點位置。坐標系各軸的方向：局部坐標系各軸的位置與方向。坐標系各軸刻度的比例：默認比例為1，當比例不等于1時，各軸刻度不相等。當需要創(chuàng)建橢球或橢圓坐標系時，各軸刻度比例必須不一致。93.1ANSYS坐標系1.局部坐標系的創(chuàng)建方法如下。GUI：選擇【UtilityMenu】/【W(wǎng)orkPlane】/【LocalCoordinateSystems】（局部坐標系）/【CreateLocalCS】(創(chuàng)建局部坐標系)，系統(tǒng)會彈出局部坐標系子菜單，如圖所示?！続tWPOrigin】：以當前定義的工作平面的原點為中心定義局部坐標系。【By3Keypoints+】：利用已定義的三個關鍵點定義局部坐標系?！綛y3Nodes+】：利用已定義的三個節(jié)點定義局部坐標系?！続tSpecifiedLoc+】：在指定位置定義局部坐標系。103.1ANSYS坐標系2.刪除局部坐標系刪除局部坐標系的方法為：選擇【UtilityMenu】/【W(wǎng)orkPlane】/【LocalCoordinateSystems】/【DeleteLocalCS】/【AtSpecifiedLoc+】，彈出刪除指定編號范圍的局部坐標系對話框113.1ANSYS坐標系3.激活局部坐標系所有總體坐標系和局部坐標系都可以作為當前坐標系使用，但只能有一個當前激活坐標系。每次定義完一個局部坐標系之后，它自動被激活成當前坐標系。按下述方法更改：GUI：【UtilityMenu】/【W(wǎng)orkPlane】/【ChangeActiveCS】（轉(zhuǎn)換當前坐標系）/【SpecifiedCoodSys】（指定坐標系），彈出【ChangeActiveCStoSpecifiedCS】對話框123.1ANSYS坐標系3.1.4節(jié)點坐標系及其操作總體坐標系和局部坐標系用于幾何體的定位，而節(jié)點坐標系則用于定義節(jié)點自由度、載荷的方向。另外，在時間歷程后處理器POST26中的結(jié)果數(shù)據(jù)是在節(jié)點坐標系下表達的。每個節(jié)點都有自己的節(jié)點坐標系，默認情況下，不管節(jié)點坐標系在哪個坐標系下定義的，該坐標系都平行于總體笛卡爾坐標系定義或改變節(jié)點坐標系方向的操作如下：GUI:【MainMenu】/【Preprocessor】/【Modeling】（建模）/【Create】（創(chuàng)建）/【Nodes】（節(jié)點）/【RotateNodeCS】（旋轉(zhuǎn)節(jié)點坐標系）/【ToActiveCS】（到激活坐標系）?！綧ainMenu】/【Preprocessor】/【Modeling】（建模）/【Move/Modify】（移動/修改）/【RotateNodeCS】（旋轉(zhuǎn)節(jié)點坐標系）/【ToActiveCS】（到激活坐標系）。133.1ANSYS坐標系3.1.5單元坐標系單元坐標系用于確定材料屬性的方向、所施加面力的方向和單元結(jié)果數(shù)據(jù)（應力和應變）的方向等。單元坐標系的操作方法如下。GUI：單擊【MainMenu】/【Preprocessor】/【Modeling】/【Create】/【Elements】/【ElemAttributes】（單元屬性）?；蛘撸綧ainMenu】/【Preprocessor】/【Meshing】/【MeshAttributes】（網(wǎng)格劃分屬性）/【DefaultAttribs】（默認屬性）。143.1ANSYS坐標系3.1.6顯示坐標系及其操作顯示坐標系可用于幾何形狀參數(shù)的列表和顯示。盡管用戶可以采用不同的坐標系建立模型，但在默認情況下，圖形顯示和列表顯示操作不受當前坐標系的影響而總是顯示總體笛卡爾坐標系下的坐標或結(jié)果。

通過修改顯示坐標系的種類，可以從不同角度查看一個模型。顯示坐標系的操作方法如下。單擊【UtilityMenu】/【W(wǎng)orkPlane】/【ChangeDisplayCSto】，彈出下一級子菜單153.1ANSYS坐標系如圖所示【GlobalCartesian】:將顯示坐標系更換成總體笛卡爾坐標系?！綠lobalCylindrical】：將顯示坐標系更換成總體柱坐標系?！綠lobalCylindricalY】：將顯示坐標系更換成柱坐標系（Y）?！綠lobalSpherical】：將顯示坐標系更換成球坐標系?！維pecifiedCoordSys】：將顯示坐標系更換成指定坐標系。163.1ANSYS坐標系3.1.7結(jié)果坐標系及其操作

結(jié)果坐標系用來列表、顯示或在通用后處理(post1)中將節(jié)點或單元結(jié)果轉(zhuǎn)換到一個特定的坐標系中。結(jié)果坐標系的操作如下：GUI：單擊【MainMenu】/【GeneralPostproc】/【Optionsforoutput】（結(jié)果輸出設置選項）或者，【UtilityMenu】/【List】/【Results】/【Options】。173.2【W(wǎng)orkPlane】工作平面

工作平面是創(chuàng)建幾何模型的參考(X,Y)平面，在前處理器中用來創(chuàng)建實體模型和有限元模型。如圖所示線框中的菜單就是工作平面的操作菜單系統(tǒng)，工作平面的操作包括顯示/隱藏、顯示風格設置、捕捉功能、平移與旋轉(zhuǎn)變換等。183.2【W(wǎng)orkPlane】工作平面3.2.1工作平面的顯示和隱藏顯示工作平面的方法為：單擊【UtilityMenu】/【W(wǎng)orkPlane】/【DisplayWorkingPlane】（顯示工作平面），隱藏工作平面，再次選擇菜單路徑【UtilityMenu】/【W(wǎng)orkPlane】/【DisplayWorkingPlane】，工作平面子菜單項前的勾去掉，即工作平面已經(jīng)切換為隱藏狀態(tài)。193.2【W(wǎng)orkPlane】工作平面3.2.2設置工作平面的顯示風格和捕捉功能工作平面的坐標系形式和各種功能可以根據(jù)需要進行設置，如打開/關閉捕捉功能，打卡/關閉柵格等。設置工作平面選擇菜單路徑【UtilityMenu】/【W(wǎng)orkPlane】/【W(wǎng)PSetting】203.2【W(wǎng)orkPlane】工作平面

【Cartesian】：笛卡爾坐標系，在創(chuàng)建矩形等特征幾何對象時選擇笛卡爾坐標系比較方便，【Polar】：極坐標系。在創(chuàng)建圓形、圓柱體等特征幾何對象時選擇極坐標系形式比較方便?！綠ridandTriad】：顯示柵格和工作平面WXOWY坐標軸，如圖3-29所示的工作平面狀態(tài)?！綠ridOnly】：僅顯示柵格，不顯示工作平面坐標架。【TriadOnly】：僅顯示工作平面WXOWY坐標軸?！綞nableSnap】：選中表示打開捕捉功能，否則處于關閉狀態(tài)?！維napIncr】：移動鼠標時位置變化增量?！維pacing】：相鄰柵格線之間的距離?！綧inimum】：當選擇笛卡爾坐標系形式的工作平面時，用于規(guī)定X和Y方向上柵格線顯示區(qū)域方位的最小坐標值?！綧aximum】同上，用于規(guī)定最大坐標值?！綯olerance】：恢復容差值。只有所在位置距工作平面距離小于此容差值的幾何對象才認為其位于工作平面上。213.2【W(wǎng)orkPlane】工作平面3.2.3工作平面的平移和旋轉(zhuǎn)變換1、增量變換：增量變換就是按照規(guī)定的平移距離和旋轉(zhuǎn)角度進行工作平面變換。操作方法為：【UtilityMenu】/【W(wǎng)orkPlane】/【OffsetWPbyIncrements】

223.2【W(wǎng)orkPlane】工作平面①區(qū)選項單擊一次，工作平面沿X-和X+方向平移②選項規(guī)定的距離。同上，工作平面沿Y-和Y+方向平移②選項規(guī)定的距離。同上，工作平面沿Z-和Z+方向平移②選項規(guī)定的距離。②區(qū)選項：點擊一次，①選項中的按鈕時，X、Y和Z的平移增量。③區(qū)選項：按照順序定義X、Y和Z的平移的增量大小，三個數(shù)值之間用逗號隔開。僅輸入該參數(shù)并不能執(zhí)行工作平面的平移操作，必須點擊⑨區(qū)中的或按鈕才可執(zhí)行規(guī)定平移數(shù)值的平移操作。④區(qū)選項單擊一次，工作平面沿X軸逆時針和順時針旋轉(zhuǎn)⑤選項規(guī)定的角度。同上，工作平面沿Y軸逆時針和順時針旋轉(zhuǎn)。同上，工作平面沿Z軸逆時針和順時針旋轉(zhuǎn)。⑤區(qū)選項:單擊一次④區(qū)選項中的按鈕時，沿X、Y和Z軸旋轉(zhuǎn)的角度增量。⑥區(qū)選項：按照順序定義沿X、Y和Z的角度增量大小，三個數(shù)值之間用逗號隔開。僅輸入該參數(shù)并不能執(zhí)行工作平面的旋轉(zhuǎn)操作，必須點擊⑨區(qū)中的或按鈕才可執(zhí)行規(guī)定平移數(shù)值的平移操作。⑦區(qū)選