第3章坐標系與工作平面

1、1 坐標系與工作平面坐標系與工作平面 2 3.1 ANSYS坐標系 3.2 【WorkPlane】工作平面 3 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果。方向并用于解釋所得有限元分析結果。 4 ANSYS中的坐標系統(tǒng)及各自功能如下。中的坐標系統(tǒng)及各自功能如下。 整體坐標系整體坐標系 (Global Coordinate Systems )：用于定位幾何形狀參數，如

2、幾何體：用于定位幾何形狀參數，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值基、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值基 準。準。 局部坐標系局部坐標系(Local Coordinate Systems )：是在整體坐標系中創(chuàng)建的固定坐標系：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。用于調整節(jié)點坐標系的參考，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?；鶞?，可以指定為某單元或節(jié)點的坐標系。 節(jié)點坐標系節(jié)點坐標系(Nodal Coord

3、inate Systems)：用于定義每個節(jié)點的自由度方向和節(jié)：用于定義每個節(jié)點的自由度方向和節(jié) 點結果數據的方向，確定結點集中載荷的方向。可以調整為總體坐標系或局部坐點結果數據的方向，確定結點集中載荷的方向?？梢哉{整為總體坐標系或局部坐 標系中的任一個。標系中的任一個。 單元坐標系單元坐標系(Element Coordinate Systems)：用于確定材料特性主軸和單元結果：用于確定材料特性主軸和單元結果 數據的方向。可以調整為總體坐標系或局部坐標系中的任一個。數據的方向?？梢哉{整為總體坐標系或局部坐標系中的任一個。 顯示坐標系顯示坐標系(Display Coordinate Syste

4、m)：用于幾何形狀參數的列表和顯示。：用于幾何形狀參數的列表和顯示。 結果坐標系結果坐標系(The Results Coordinate System)：用于列表、顯示或在通用后處：用于列表、顯示或在通用后處 理操作中將結果轉換到一個特定的坐標系中。可以是總體坐標系、局部坐標系或理操作中將結果轉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。工作平面。 5 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構的位置總體坐標系是一個絕對參考系，用來確定空間幾何結構的位置 。ANSYS 14.5中有三類總體坐標系，即笛卡爾坐標系、柱坐標中有三類總體坐標系

5、，即笛卡爾坐標系、柱坐標 系和球坐標系。柱坐標系根據表示角度方向的符號不同又分為系和球坐標系。柱坐標系根據表示角度方向的符號不同又分為 用用Z表示角度方向和用表示角度方向和用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。于右手坐標系，且共用一個坐標原點。 在在ANSYS中總體坐標系可由其坐標系編號來識別，其中，笛卡中總體坐標系可由其坐標系編號來識別，其中，笛卡 爾坐標系在爾坐標系在ANSYS中的編號為中的編號為0、球坐標系的編號為、球坐標系的編號為2；Z表示表示 角度方向的柱坐標系編號為角度方向的柱坐標系編號為1，Y表示角度方向的柱坐

6、標系編號表示角度方向的柱坐標系編號 為為5。 6 這三類坐標系如圖這三類坐標系如圖3-1所示。所示。 7 啟動啟動ANSYS 14.5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 元坐標系和結果坐標系等全部默認為總體笛卡爾坐標系。元坐標系和結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：激活總體坐標系的方法如下： GUI：【Utility Menu】/【WorkPlane】/【 Ch

7、ange Active CS to】（轉換當前激活坐標系），彈出坐標系子菜單（轉換當前激活坐標系），彈出坐標系子菜單 【Global Cartesian】 】: 激活笛卡爾坐標系，默認選項。激活笛卡爾坐標系，默認選項。 【Global Cylindrical】 】：激活柱坐標系（：激活柱坐標系（Z）。）。 【Global Cylindrical Y】 】：激活柱坐標系（：激活柱坐標系（Y）。）。 【Global Spherical】 】：激活球坐標系。：激活球坐標系。 【Specified Coord Sys】 】：激活指定坐標系。：激活指定坐標系。 【Working Plane】 】：激活坐

8、標系與工作平面一致。：激活坐標系與工作平面一致。 8 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。不夠的，這時用戶必須自定義坐標系，即局部坐標系。局部坐局部坐 標系子菜單如圖標系子菜單如圖所示。所示。 局部坐標系有局部坐標系有【Create Local CS】（創(chuàng)建局部坐（創(chuàng)建局部坐 標系）、標系）、【Delete Local CS】（刪除局部坐標系）（刪除局部坐標系） 和和【Move Singularity】 （移動奇異點）等操作。（移動奇異點）等操

9、作。 9 局部坐標系的要素包括以下幾個方面。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。的整數。 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。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

10、為坐標系各軸刻度的比例：默認比例為1，當比例不等于，當比例不等于1時，各時，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。必須不一致。 10 1.局部坐標系的創(chuàng)建方法如下。局部坐標系的創(chuàng)建方法如下。 GUI：選擇【：選擇【Utility Menu】/【WorkPlane】/【Local Coordinate Systems】（局部坐標系）】（局部坐標系）/【Create Local CS】(創(chuàng)建局部坐標系創(chuàng)建局部坐標系)，系統(tǒng)會彈出局部坐標系子菜單， ，系統(tǒng)會彈出局部坐標系子菜單， 如圖所示。如圖所示。 【At

11、 WP Origin】： 以當前定義的工作以當前定義的工作 平面的原點為中心定義局部坐標系。平面的原點為中心定義局部坐標系。 【By 3 Keypoints +】：利用已定義的：利用已定義的 三個關鍵點定義局部坐標系。三個關鍵點定義局部坐標系。 【By 3 Nodes +】：利用已定義的三個：利用已定義的三個 節(jié)點定義局部坐標系。節(jié)點定義局部坐標系。 【At Specified Loc +】：在指定位置定：在指定位置定 義局部坐標系。義局部坐標系。 11 2. 刪除局部坐標系刪除局部坐標系 刪除局部坐標系的方法為：選擇【刪除局部坐標系的方法為：選擇【Utility Menu】/【 WorkPl

12、ane】/【Local Coordinate Systems】 】/【Delete Local CS】/【At Specified Loc +】，彈出刪除指定編號】，彈出刪除指定編號 范圍的局部坐標系對話框范圍的局部坐標系對話框 12 3. 激活局部坐標系激活局部坐標系 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。，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：按下述方法更改：GUI：【Util

13、ity Menu】/【WorkPlane】/【 Change Active CS】（轉換當前坐標系）（轉換當前坐標系）/【Specified Cood Sys】（指定坐標系），彈出（指定坐標系），彈出【 【Change Active CS to Specified CS】對話框對話框 13 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 中的結果數據 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

14、 系 定義或改變節(jié)點坐標系方向的操作如下：定義或改變節(jié)點坐標系方向的操作如下： GUI:【Main Menu】/【Preprocessor】/【Modeling】（建模）（建模）/【 Create】（創(chuàng)建）（創(chuàng)建）/【Nodes】（節(jié)點） （節(jié)點）/【Rotate Node CS】（旋轉節(jié)（旋轉節(jié) 點坐標系）點坐標系）/【To Active CS】（到激活坐標系）。（到激活坐標系）。 【Main Menu】/【Preprocessor】/【Modeling】（建模）（建模）/【 Move/Modify】（移動（移動/修改）修改）/【Rotate Node CS】（旋轉節(jié)點坐標系 （旋轉節(jié)點坐標

15、系 ）/【To Active CS】（到激活坐標系）。（到激活坐標系）。 14 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 元結果數據（應力和應變）的方向等。元結果數據（應力和應變）的方向等。 單元坐標系的操作方法如下。單元坐標系的操作方法如下。 GUI：單擊：單擊【Main Menu】/【Preprocessor】/【 Modeling】/【Create】/【Elements】/【 【Elem Attributes 】（單元屬性）。（單元屬性）。 或者，或者，【Main Menu】/【Preproces

16、sor】/【Meshing】 】/ 【Mesh Attributes】（網格劃分屬性）（網格劃分屬性）/【Default Attribs 】（默認屬性）。（默認屬性）。 15 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。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。單擊顯示坐標系的操作方法如下。單擊【Utility Menu】/【

17、WorkPlane】/【Change Display CS to】，彈出下一級子菜，彈出下一級子菜 單單 16 如圖所示如圖所示 【Global Cartesian】: 將顯示坐標將顯示坐標 系更換成總體笛卡爾坐標系。系更換成總體笛卡爾坐標系。 【Global Cylindrical】：將顯示坐：將顯示坐 標系更換成總體柱坐標系。標系更換成總體柱坐標系。 【Global Cylindrical Y】：將顯示：將顯示 坐標系更換成柱坐標系（坐標系更換成柱坐標系（Y）。）。 【Global Spherical】：將顯示坐標：將顯示坐標 系更換成球坐標系。系更換成球坐標系。 【Specified C

18、oord Sys】：將顯示：將顯示 坐標系更換成指定坐標系。坐標系更換成指定坐標系。 17 3.1.7 結果坐標系及其操作結果坐標系及其操作 結果坐標系用來列表、顯示或在通用后處理結果坐標系用來列表、顯示或在通用后處理(post1)中將節(jié)點或中將節(jié)點或 單元結果轉換到一個特定的坐標系中。單元結果轉換到一個特定的坐標系中。 結果坐標系的操作如下：結果坐標系的操作如下： GUI：單擊：單擊【Main Menu】/【General Postproc】 】/【 Options for output】（結果輸出設置選項）（結果輸出設置選項） 或者，或者，【Utility Menu】/【List】 】/【

19、Results】/【Options】 。 18 工作平面是創(chuàng)建幾何模型的參考工作平面是創(chuàng)建幾何模型的參考(X,Y)平面，在前處理器中平面，在前處理器中 用來創(chuàng)建實體模型和有限元模型。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作平面的操作包括顯示/隱藏、顯示風格設置、捕捉功能、隱藏、顯示風格設置、捕捉功能、 平移與旋轉變換等。平移與旋轉變換等。 19 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【Utility Menu】/【WorkPlane】/ 【Display W

20、orking Plane】（顯示工作平面）， 隱藏工作平面，再次選擇菜單路徑隱藏工作平面，再次選擇菜單路徑【Utility Menu】/【 WorkPlane】/【Display Working Plane】，工作平面子菜單，工作平面子菜單 項前的勾去掉，即工作平面已經切換為隱藏狀態(tài)。項前的勾去掉，即工作平面已經切換為隱藏狀態(tài)。 20 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設置工作平面選擇菜單路徑【Utility Menu】/【WorkPlane】 】/ 【WP Se

21、tting】 】 21 【Cartesian】：笛卡爾坐標系，在創(chuàng)建矩形等特征幾何對象時選：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，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：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。擇極坐標系形式比較方便。 【Grid and Triad】：顯示柵格和工作平面：顯示柵格和工作平面WXOWY坐標軸，如圖坐標軸，如圖 3-29所示的工作平面狀態(tài)。所示的工作平面狀態(tài)。 【Grid Only】：僅顯示柵格，不顯示工作平面坐標架。：僅顯示柵格，不顯示工作平面坐標架。

22、 【Triad Only】：僅顯示工作平面：僅顯示工作平面WXOWY坐標軸。坐標軸。 【Enable Snap】：選中表示打開捕捉功能，否則處于關閉狀態(tài)：選中表示打開捕捉功能，否則處于關閉狀態(tài) 。 【Snap Incr】：移動鼠標時位置變化增量。：移動鼠標時位置變化增量。 【Spacing】：相鄰柵格線之間的距離。：相鄰柵格線之間的距離。 【Minimum】：當選擇笛卡爾坐標系形式的工作平面時，用于規(guī)：當選擇笛卡爾坐標系形式的工作平面時，用于規(guī) 定定X和和Y方向上柵格線顯示區(qū)域方位的最小坐標值。方向上柵格線顯示區(qū)域方位的最小坐標值。 【Maximum】同上，用于規(guī)定最大坐標值。同上，用于規(guī)定最

23、大坐標值。 【Tolerance】：恢復容差值。只有所在位置距工作平面距離小于：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。此容差值的幾何對象才認為其位于工作平面上。 22 3.2.3 工作平面的平移和旋轉變換 1、增量變換：增量變換就是按照規(guī)定的平移距離和旋轉 角度進行工作平面變換。操作方法為：【Utility Menu】/ 【WorkPlane】/【Offset WP by Increments】 23 區(qū)選項區(qū)選項 單擊一次，工作平面沿單擊一次，工作平面沿X-和和X+方向平移選項規(guī)定的距離。方向平移選項規(guī)定的距離。 同上，工作平面沿同上，工作平面

24、沿Y-和和Y+方向平移選項規(guī)定的距離。方向平移選項規(guī)定的距離。 同上，工作平面沿同上，工作平面沿Z-和和Z+方向平移選項規(guī)定的距離。方向平移選項規(guī)定的距離。 區(qū)選項：點擊一次，選項中的按鈕時，區(qū)選項：點擊一次，選項中的按鈕時，X、Y和和Z的平移增量。的平移增量。 區(qū)選項：按照順序定義區(qū)選項：按照順序定義X、Y和和Z的平移的增量大小，三個數值之間用逗號隔的平移的增量大小，三個數值之間用逗號隔 開。僅輸入該參數并不能執(zhí)行工作平面的平移操作，必須點擊區(qū)中的或按鈕開。僅輸入該參數并不能執(zhí)行工作平面的平移操作，必須點擊區(qū)中的或按鈕 才可執(zhí)行規(guī)定平移數值的平移操作。才可執(zhí)行規(guī)定平移數值的平移操作。 區(qū)選項區(qū)選項 單擊一次，工作平面沿單擊一次，工作平面沿X軸逆時針和順時針旋轉選項