第3章坐標(biāo)系與工作平面

第3章坐標(biāo)系與工作平面

1主要內(nèi)容3.1ANSYS坐標(biāo)系3.2【W(wǎng)orkPlane】工作平面23.1ANSYS坐標(biāo)系3.1.1坐標(biāo)系簡(jiǎn)介模型的建立都是在一定的坐標(biāo)系下完成的，創(chuàng)建有限元模型需要對(duì)所生成的模型進(jìn)行定位。坐標(biāo)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(biāo)系A(chǔ)NSYS中的坐標(biāo)系統(tǒng)及各自功能如下。整體坐標(biāo)系(GlobalCoordinateSystems)：用于定位幾何形狀參數(shù)，如幾何體、節(jié)點(diǎn)、單元等的空間位置；用作顯示坐標(biāo)系作為列表和顯示幾何形狀參數(shù)值基準(zhǔn)。局部坐標(biāo)系(LocalCoordinateSystems)：是在整體坐標(biāo)系中創(chuàng)建的固定坐標(biāo)系，方便地定位其中的所有幾何體和節(jié)點(diǎn)單元的方位。用于調(diào)整節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系的參考基準(zhǔn)，可以指定為某單元或節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)系。節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系(NodalCoordinateSystems)：用于定義每個(gè)節(jié)點(diǎn)的自由度方向和節(jié)點(diǎn)結(jié)果數(shù)據(jù)的方向，確定結(jié)點(diǎn)集中載荷的方向?？梢哉{(diào)整為總體坐標(biāo)系或局部坐標(biāo)系中的任一個(gè)。單元坐標(biāo)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。可以調(diào)整為總體坐標(biāo)系或局部坐標(biāo)系中的任一個(gè)。顯示坐標(biāo)系(DisplayCoordinateSystem)：用于幾何形狀參數(shù)的列表和顯示。結(jié)果坐標(biāo)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(gè)特定的坐標(biāo)系中。可以是總體坐標(biāo)系、局部坐標(biāo)系或工作平面。43.1ANSYS坐標(biāo)系3.1.2總體坐標(biāo)系及其操作總體坐標(biāo)系是一個(gè)絕對(duì)參考系，用來(lái)確定空間幾何結(jié)構(gòu)的位置。ANSYS14.5中有三類總體坐標(biāo)系，即笛卡爾坐標(biāo)系、柱坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系。柱坐標(biāo)系根據(jù)表示角度方向的符號(hào)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(biāo)系都屬于右手坐標(biāo)系，且共用一個(gè)坐標(biāo)原點(diǎn)。在ANSYS中總體坐標(biāo)系可由其坐標(biāo)系編號(hào)來(lái)識(shí)別，其中，笛卡爾坐標(biāo)系在ANSYS中的編號(hào)為0、球坐標(biāo)系的編號(hào)為2；Z表示角度方向的柱坐標(biāo)系編號(hào)為1，Y表示角度方向的柱坐標(biāo)系編號(hào)為5。53.1ANSYS坐標(biāo)系這三類坐標(biāo)系如圖3-1所示。63.1ANSYS坐標(biāo)系啟動(dòng)ANSYS14.5后，系統(tǒng)默認(rèn)的激活坐標(biāo)系為笛卡爾坐標(biāo)系。如果用戶在整個(gè)分析過(guò)程中不改變當(dāng)前的默認(rèn)坐標(biāo)系，那么顯示坐標(biāo)系、節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系、單元坐標(biāo)系和結(jié)果坐標(biāo)系等全部默認(rèn)為總體笛卡爾坐標(biāo)系。激活總體坐標(biāo)系的方法如下：GUI：【UtilityMenu】/【W(wǎng)orkPlane】/【ChangeActiveCSto】（轉(zhuǎn)換當(dāng)前激活坐標(biāo)系），彈出坐標(biāo)系子菜單【GlobalCartesian】:激活笛卡爾坐標(biāo)系，默認(rèn)選項(xiàng)。【GlobalCylindrical】：激活柱坐標(biāo)系（Z）。【GlobalCylindricalY】：激活柱坐標(biāo)系（Y）?！綠lobalSpherical】：激活球坐標(biāo)系?！維pecifiedCoordSys】：激活指定坐標(biāo)系?！網(wǎng)orkingPlane】：激活坐標(biāo)系與工作平面一致。73.1ANSYS坐標(biāo)系3.1.3局部坐標(biāo)系及其操作由于很多分析中的有限元模型非常復(fù)雜，僅使用總體坐標(biāo)系是不夠的，這時(shí)用戶必須自定義坐標(biāo)系，即局部坐標(biāo)系。局部坐標(biāo)系子菜單如圖所示。局部坐標(biāo)系有【CreateLocalCS】（創(chuàng)建局部坐標(biāo)系）、【DeleteLocalCS】（刪除局部坐標(biāo)系）和【MoveSingularity】（移動(dòng)奇異點(diǎn)）等操作。83.1ANSYS坐標(biāo)系局部坐標(biāo)系的要素包括以下幾個(gè)方面。坐標(biāo)系編號(hào)：局部坐標(biāo)系的編號(hào)必須是大于或等于11的整數(shù)。坐標(biāo)系類型：與總體坐標(biāo)系類似，局部坐標(biāo)系可以是笛卡爾坐標(biāo)系、柱坐標(biāo)系或球坐標(biāo)系，也可以是環(huán)形的以及橢圓的。坐標(biāo)系原點(diǎn)：局部坐標(biāo)系的原點(diǎn)位置。坐標(biāo)系各軸的方向：局部坐標(biāo)系各軸的位置與方向。坐標(biāo)系各軸刻度的比例：默認(rèn)比例為1，當(dāng)比例不等于1時(shí)，各軸刻度不相等。當(dāng)需要?jiǎng)?chuàng)建橢球或橢圓坐標(biāo)系時(shí)，各軸刻度比例必須不一致。93.1ANSYS坐標(biāo)系1.局部坐標(biāo)系的創(chuàng)建方法如下。GUI：選擇【UtilityMenu】/【W(wǎng)orkPlane】/【LocalCoordinateSystems】（局部坐標(biāo)系）/【CreateLocalCS】(創(chuàng)建局部坐標(biāo)系)，系統(tǒng)會(huì)彈出局部坐標(biāo)系子菜單，如圖所示。【AtWPOrigin】：以當(dāng)前定義的工作平面的原點(diǎn)為中心定義局部坐標(biāo)系?！綛y3Keypoints+】：利用已定義的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)定義局部坐標(biāo)系?！綛y3Nodes+】：利用已定義的三個(gè)節(jié)點(diǎn)定義局部坐標(biāo)系?！続tSpecifiedLoc+】：在指定位置定義局部坐標(biāo)系。103.1ANSYS坐標(biāo)系2.刪除局部坐標(biāo)系刪除局部坐標(biāo)系的方法為：選擇【UtilityMenu】/【W(wǎng)orkPlane】/【LocalCoordinateSystems】/【DeleteLocalCS】/【AtSpecifiedLoc+】，彈出刪除指定編號(hào)范圍的局部坐標(biāo)系對(duì)話框113.1ANSYS坐標(biāo)系3.激活局部坐標(biāo)系所有總體坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系都可以作為當(dāng)前坐標(biāo)系使用，但只能有一個(gè)當(dāng)前激活坐標(biāo)系。每次定義完一個(gè)局部坐標(biāo)系之后，它自動(dòng)被激活成當(dāng)前坐標(biāo)系。按下述方法更改：GUI：【UtilityMenu】/【W(wǎng)orkPlane】/【ChangeActiveCS】（轉(zhuǎn)換當(dāng)前坐標(biāo)系）/【SpecifiedCoodSys】（指定坐標(biāo)系），彈出【ChangeActiveCStoSpecifiedCS】對(duì)話框123.1ANSYS坐標(biāo)系3.1.4節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系及其操作總體坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系用于幾何體的定位，而節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系則用于定義節(jié)點(diǎn)自由度、載荷的方向。另外，在時(shí)間歷程后處理器POST26中的結(jié)果數(shù)據(jù)是在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系下表達(dá)的。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系，默認(rèn)情況下，不管節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系在哪個(gè)坐標(biāo)系下定義的，該坐標(biāo)系都平行于總體笛卡爾坐標(biāo)系定義或改變節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系方向的操作如下：GUI:【MainMenu】/【Preprocessor】/【Modeling】（建模）/【Create】（創(chuàng)建）/【Nodes】（節(jié)點(diǎn)）/【RotateNodeCS】（旋轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系）/【ToActiveCS】（到激活坐標(biāo)系）?！綧ainMenu】/【Preprocessor】/【Modeling】（建模）/【Move/Modify】（移動(dòng)/修改）/【RotateNodeCS】（旋轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系）/【ToActiveCS】（到激活坐標(biāo)系）。133.1ANSYS坐標(biāo)系3.1.5單元坐標(biāo)系單元坐標(biāo)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(yīng)力和應(yīng)變）的方向等。單元坐標(biāo)系的操作方法如下。GUI：?jiǎn)螕簟綧ainMenu】/【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(rèn)屬性）。143.1ANSYS坐標(biāo)系3.1.6顯示坐標(biāo)系及其操作顯示坐標(biāo)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(biāo)系建立模型，但在默認(rèn)情況下，圖形顯示和列表顯示操作不受當(dāng)前坐標(biāo)系的影響而總是顯示總體笛卡爾坐標(biāo)系下的坐標(biāo)或結(jié)果。

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

結(jié)果坐標(biāo)系用來(lái)列表、顯示或在通用后處理(post1)中將節(jié)點(diǎn)或單元結(jié)果轉(zhuǎn)換到一個(gè)特定的坐標(biāo)系中。結(jié)果坐標(biāo)系的操作如下：GUI：?jiǎn)螕簟綧ainMenu】/【GeneralPostproc】/【Optionsforoutput】（結(jié)果輸出設(shè)置選項(xiàng)）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(lái)創(chuàng)建實(shí)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(fēng)格設(shè)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：?jiǎn)螕簟綰tilityMenu】/【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(xiàng)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(shè)置工作平面的顯示風(fēng)格和捕捉功能工作平面的坐標(biāo)系形式和各種功能可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，如打開(kāi)/關(guān)閉捕捉功能，打卡/關(guān)閉柵格等。設(shè)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(biāo)系，在創(chuàng)建矩形等特征幾何對(duì)象時(shí)選擇笛卡爾坐標(biāo)系比較方便，【Polar】：極坐標(biāo)系。在創(chuàng)建圓形、圓柱體等特征幾何對(duì)象時(shí)選擇極坐標(biāo)系形式比較方便?！綠ridandTriad】：顯示柵格和工作平面WXOWY坐標(biāo)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(biāo)架?！綯riadOnly】：僅顯示工作平面WXOWY坐標(biāo)軸。【EnableSnap】：選中表示打開(kāi)捕捉功能，否則處于關(guān)閉狀態(tài)。【SnapIncr】：移動(dòng)鼠標(biāo)時(shí)位置變化增量。【Spacing】：相鄰柵格線之間的距離?！綧inimum】：當(dāng)選擇笛卡爾坐標(biāo)系形式的工作平面時(shí)，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(biāo)值。【Maximum】同上，用于規(guī)定最大坐標(biāo)值?！綯olerance】：恢復(fù)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(duì)象才認(rèn)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(jìn)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(xiàng)單擊一次，工作平面沿X-和X+方向平移②選項(xiàng)規(guī)定的距離。同上，工作平面沿Y-和Y+方向平移②選項(xiàng)規(guī)定的距離。同上，工作平面沿Z-和Z+方向平移②選項(xiàng)規(guī)定的距離。②區(qū)選項(xiàng)：點(diǎn)擊一次，①選項(xiàng)中的按鈕時(shí)，X、Y和Z的平移增量。③區(qū)選項(xiàng)：按照順序定義X、Y和Z的平移的增量大小，三個(gè)數(shù)值之間用逗號(hào)隔開(kāi)。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(diǎn)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(xiàng)單擊一次，工作平面沿X軸逆時(shí)針和順時(shí)針旋轉(zhuǎn)⑤選項(xiàng)規(guī)定的角度。同上，工作平面沿Y軸逆時(shí)針和順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。同上，工作平面沿Z軸逆時(shí)針和順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。⑤區(qū)選項(xiàng):單擊一次④區(qū)選項(xiàng)中的按鈕時(shí)，沿X、Y和Z軸旋轉(zhuǎn)的角度增量。⑥區(qū)選項(xiàng)：按照順序定義沿X、Y和Z的角度增量大小，三個(gè)數(shù)值之間用逗號(hào)隔開(kāi)。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(diǎn)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