第3章坐标系与工作平面

第3章坐标系与工作平面

1主要内容3.1ANSYS坐标系3.2【WorkPlane】工作平面23.1ANSYS坐标系3.1.1坐标系简介模型的建立都是在一定的坐标系下完成的，创建有限元模型需要对所生成的模型进行定位。坐标系还用于指定载荷和自由度方向并用于解释所得有限元分析结果。33.1ANSYS坐标系ANSYS中的坐标系统及各自功能如下。整体坐标系(GlobalCoordinateSystems)：用于定位几何形状参数，如几何体、节点、单元等的空间位置；用作显示坐标系作为列表和显示几何形状参数值基准。局部坐标系(LocalCoordinateSystems)：是在整体坐标系中创建的固定坐标系，方便地定位其中的所有几何体和节点单元的方位。用于调整节点坐标系的参考基准，可以指定为某单元或节点的坐标系。节点坐标系(NodalCoordinateSystems)：用于定义每个节点的自由度方向和节点结果数据的方向，确定结点集中载荷的方向。可以调整为总体坐标系或局部坐标系中的任一个。单元坐标系(ElementCoordinateSystems)：用于确定材料特性主轴和单元结果数据的方向。可以调整为总体坐标系或局部坐标系中的任一个。显示坐标系(DisplayCoordinateSystem)：用于几何形状参数的列表和显示。结果坐标系(TheResultsCoordinateSystem)：用于列表、显示或在通用后处理操作中将结果转换到一个特定的坐标系中。可以是总体坐标系、局部坐标系或工作平面。43.1ANSYS坐标系3.1.2总体坐标系及其操作总体坐标系是一个绝对参考系，用来确定空间几何结构的位置。ANSYS14.5中有三类总体坐标系，即笛卡尔坐标系、柱坐标系和球坐标系。柱坐标系根据表示角度方向的符号不同又分为用Z表示角度方向和用Y表示角度方向两类。这三类坐标系都属于右手坐标系，且共用一个坐标原点。在ANSYS中总体坐标系可由其坐标系编号来识别，其中，笛卡尔坐标系在ANSYS中的编号为0、球坐标系的编号为2；Z表示角度方向的柱坐标系编号为1，Y表示角度方向的柱坐标系编号为5。53.1ANSYS坐标系这三类坐标系如图3-1所示。63.1ANSYS坐标系启动ANSYS14.5后，系统默认的激活坐标系为笛卡尔坐标系。如果用户在整个分析过程中不改变当前的默认坐标系，那么显示坐标系、节点坐标系、单元坐标系和结果坐标系等全部默认为总体笛卡尔坐标系。激活总体坐标系的方法如下：GUI：【UtilityMenu】/【WorkPlane】/【ChangeActiveCSto】（转换当前激活坐标系），弹出坐标系子菜单【GlobalCartesian】:激活笛卡尔坐标系，默认选项。【GlobalCylindrical】：激活柱坐标系（Z）。【GlobalCylindricalY】：激活柱坐标系（Y）。【GlobalSpherical】：激活球坐标系。【SpecifiedCoordSys】：激活指定坐标系。【WorkingPlane】：激活坐标系与工作平面一致。73.1ANSYS坐标系3.1.3局部坐标系及其操作由于很多分析中的有限元模型非常复杂，仅使用总体坐标系是不够的，这时用户必须自定义坐标系，即局部坐标系。局部坐标系子菜单如图所示。局部坐标系有【CreateLocalCS】（创建局部坐标系）、【DeleteLocalCS】（删除局部坐标系）和【MoveSingularity】（移动奇异点）等操作。83.1ANSYS坐标系局部坐标系的要素包括以下几个方面。坐标系编号：局部坐标系的编号必须是大于或等于11的整数。坐标系类型：与总体坐标系类似，局部坐标系可以是笛卡尔坐标系、柱坐标系或球坐标系，也可以是环形的以及椭圆的。坐标系原点：局部坐标系的原点位置。坐标系各轴的方向：局部坐标系各轴的位置与方向。坐标系各轴刻度的比例：默认比例为1，当比例不等于1时，各轴刻度不相等。当需要创建椭球或椭圆坐标系时，各轴刻度比例必须不一致。93.1ANSYS坐标系1.局部坐标系的创建方法如下。GUI：选择【UtilityMenu】/【WorkPlane】/【LocalCoordinateSystems】（局部坐标系）/【CreateLocalCS】(创建局部坐标系)，系统会弹出局部坐标系子菜单，如图所示。【AtWPOrigin】：以当前定义的工作平面的原点为中心定义局部坐标系。【By3Keypoints+】：利用已定义的三个关键点定义局部坐标系。【By3Nodes+】：利用已定义的三个节点定义局部坐标系。【AtSpecifiedLoc+】：在指定位置定义局部坐标系。103.1ANSYS坐标系2.删除局部坐标系删除局部坐标系的方法为：选择【UtilityMenu】/【WorkPlane】/【LocalCoordinateSystems】/【DeleteLocalCS】/【AtSpecifiedLoc+】，弹出删除指定编号范围的局部坐标系对话框113.1ANSYS坐标系3.激活局部坐标系所有总体坐标系和局部坐标系都可以作为当前坐标系使用，但只能有一个当前激活坐标系。每次定义完一个局部坐标系之后，它自动被激活成当前坐标系。按下述方法更改：GUI：【UtilityMenu】/【WorkPlane】/【ChangeActiveCS】（转换当前坐标系）/【SpecifiedCoodSys】（指定坐标系），弹出【ChangeActiveCStoSpecifiedCS】对话框123.1ANSYS坐标系3.1.4节点坐标系及其操作总体坐标系和局部坐标系用于几何体的定位，而节点坐标系则用于定义节点自由度、载荷的方向。另外，在时间历程后处理器POST26中的结果数据是在节点坐标系下表达的。每个节点都有自己的节点坐标系，默认情况下，不管节点坐标系在哪个坐标系下定义的，该坐标系都平行于总体笛卡尔坐标系定义或改变节点坐标系方向的操作如下：GUI:【MainMenu】/【Preprocessor】/【Modeling】（建模）/【Create】（创建）/【Nodes】（节点）/【RotateNodeCS】（旋转节点坐标系）/【ToActiveCS】（到激活坐标系）。【MainMenu】/【Preprocessor】/【Modeling】（建模）/【Move/Modify】（移动/修改）/【RotateNodeCS】（旋转节点坐标系）/【ToActiveCS】（到激活坐标系）。133.1ANSYS坐标系3.1.5单元坐标系单元坐标系用于确定材料属性的方向、所施加面力的方向和单元结果数据（应力和应变）的方向等。单元坐标系的操作方法如下。GUI：单击【MainMenu】/【Preprocessor】/【Modeling】/【Create】/【Elements】/【ElemAttributes】（单元属性）。或者，【MainMenu】/【Preprocessor】/【Meshing】/【MeshAttributes】（网格划分属性）/【DefaultAttribs】（默认属性）。143.1ANSYS坐标系3.1.6显示坐标系及其操作显示坐标系可用于几何形状参数的列表和显示。尽管用户可以采用不同的坐标系建立模型，但在默认情况下，图形显示和列表显示操作不受当前坐标系的影响而总是显示总体笛卡尔坐标系下的坐标或结果。

通过修改显示坐标系的种类，可以从不同角度查看一个模型。显示坐标系的操作方法如下。单击【UtilityMenu】/【WorkPlane】/【ChangeDisplayCSto】，弹出下一级子菜单153.1ANSYS坐标系如图所示【GlobalCartesian】:将显示坐标系更换成总体笛卡尔坐标系。【GlobalCylindrical】：将显示坐标系更换成总体柱坐标系。【GlobalCylindricalY】：将显示坐标系更换成柱坐标系（Y）。【GlobalSpherical】：将显示坐标系更换成球坐标系。【SpecifiedCoordSys】：将显示坐标系更换成指定坐标系。163.1ANSYS坐标系3.1.7结果坐标系及其操作

结果坐标系用来列表、显示或在通用后处理(post1)中将节点或单元结果转换到一个特定的坐标系中。结果坐标系的操作如下：GUI：单击【MainMenu】/【GeneralPostproc】/【Optionsforoutput】（结果输出设置选项）或者，【UtilityMenu】/【List】/【Results】/【Options】。173.2【WorkPlane】工作平面

工作平面是创建几何模型的参考(X,Y)平面，在前处理器中用来创建实体模型和有限元模型。如图所示线框中的菜单就是工作平面的操作菜单系统，工作平面的操作包括显示/隐藏、显示风格设置、捕捉功能、平移与旋转变换等。183.2【WorkPlane】工作平面3.2.1工作平面的显示和隐藏显示工作平面的方法为：单击【UtilityMenu】/【WorkPlane】/【DisplayWorkingPlane】（显示工作平面），隐藏工作平面，再次选择菜单路径【UtilityMenu】/【WorkPlane】/【DisplayWorkingPlane】，工作平面子菜单项前的勾去掉，即工作平面已经切换为隐藏状态。193.2【WorkPlane】工作平面3.2.2设置工作平面的显示风格和捕捉功能工作平面的坐标系形式和各种功能可以根据需要进行设置，如打开/关闭捕捉功能，打卡/关闭栅格等。设置工作平面选择菜单路径【UtilityMenu】/【WorkPlane】/【WPSetting】203.2【WorkPlane】工作平面

【Cartesian】：笛卡尔坐标系，在创建矩形等特征几何对象时选择笛卡尔坐标系比较方便，【Polar】：极坐标系。在创建圆形、圆柱体等特征几何对象时选择极坐标系形式比较方便。【GridandTriad】：显示栅格和工作平面WXOWY坐标轴，如图3-29所示的工作平面状态。【GridOnly】：仅显示栅格，不显示工作平面坐标架。【TriadOnly】：仅显示工作平面WXOWY坐标轴。【EnableSnap】：选中表示打开捕捉功能，否则处于关闭状态。【SnapIncr】：移动鼠标时位置变化增量。【Spacing】：相邻栅格线之间的距离。【Minimum】：当选择笛卡尔坐标系形式的工作平面时，用于规定X和Y方向上栅格线显示区域方位的最小坐标值。【Maximum】同上，用于规定最大坐标值。【Tolerance】：恢复容差值。只有所在位置距工作平面距离小于此容差值的几何对象才认为其位于工作平面上。213.2【WorkPlane】工作平面3.2.3工作平面的平移和旋转变换1、增量变换：增量变换就是按照规定的平移距离和旋转角度进行工作平面变换。操作方法为：【UtilityMenu】/【WorkPlane】/【OffsetWPbyIncrements】

223.2【WorkPlane】工作平面①区选项单击一次，工作平面沿X-和X+方向平移②选项规定的距离。同上，工作平面沿Y-和Y+方向平移②选项规定的距离。同上，工作平面沿Z-和Z+方向平移②选项规定的距离。②区选项：点击一次，①选项中的按钮时，X、Y和Z的平移增量。③区选项：按照顺序定义X、Y和Z的平移的增量大小，三个数值之间用逗号隔开。仅输入该参数并不能执行工作平面的平移操作，必须点击⑨区中的或按钮才可执行规定平移数值的平移操作。④区选项单击一次，工作平面沿X轴逆时针和顺时针旋转⑤选项规定的角度。同上，工作平面沿Y轴逆时针和顺时针旋转。同上，工作平面沿Z轴逆时针和顺时针旋转。⑤区选项:单击一次④区选项中的按钮时，沿X、Y和Z轴旋转的角度增量。⑥区选项：按照顺序定义沿X、Y和Z的角度增量大小，三个数值之间用逗号隔开。仅输入该参数并不能执行工作平面的旋转操作，必须点击⑨区中的或按钮才可执行规定平移数值的平移操作。⑦区选