文档介绍：第9例各种坐标系的应用实例—圆轴扭转分析
[本例提示]通过本例介绍了ANSYS坐标系统的特点、应用场合和使用方法、步骤,并使用解析解对有限元分析结果进行了验证。
坐标系和工作平面概述
ANSYS的各种操作包括建模、划分网格、加载以及结果显示都是基于坐标系和工作平面的,所以,对坐标系进行深入的了解是十分必要的。
ANSYS用坐标系号标识不同的坐标系。定义和引用不同的坐标系号,就是定义和引用不同的坐标系。
根据用途,ANSYS的坐标系分为以下几类:
1) 全局坐标系(Global Coordinate System)和局部坐标系(Local Coordinate System):用于定位几何实体的位置。全局坐标系由ANSYS软件定义,局部坐标系由用户定义。
2) 工作平面坐标系(Working Plane CS):也是用于定位几何实体的位置。
3) 节点坐标系(Nodal Coordinate System):用于定义每个节点的自由度和节点载荷的方向。
4) 单元坐标系(Element Coordinate System):用于确定材料特性主轴和单元内力与位移的方向。
5) 显示坐标系(Display Coordinate System):用于几何实体形状参数的列表和显示。
6) 结果坐标系(Result Coordinate System):可以在普通后处理操作中将节点或单元结果转换到另外一个坐标系中,以便显示、列表和后处理操作。
全局坐标系
图 9-1 3种总体坐标系
总体坐标系用于定位几何实体的位置,是一个绝对的参考系。ANSYS提供了三种总体坐标系:笛卡儿坐标系、圆柱坐标系、球坐标系,三种坐标系都是右手系,它们有共同的原点—全局原点。在默认情况下,ANSYS使用笛卡儿坐标系。这三种坐标系的示意图如图9-1所示。
笛卡儿坐标系(Cartesian CS):为直角坐标系,坐标系号0,坐标(x,y,z)。
圆柱坐标系(Cylindrical CS):坐标系号1,坐标(r, θ,z)。
球坐标系(Spherical CS): 坐标系号2,坐标(r, θ, Φ)。
圆柱坐标系(Cylindrical Y CS):坐标系号5,坐标(r, θ,y)。这种坐标系与坐标系1类似。
可以使用Utility Menu→WorkPlane→Change Active CS to命令对各种全局坐标系进行切换。
局部坐标系
用户可以根据需要,建立自己的坐标系,称为局部坐标系。局部坐标系的坐标系号大于10,一旦某个局部坐标系被定义,它立即成为活跃坐标系。局部坐标系的种类有笛卡儿坐标系、圆柱坐标系、球坐标系和环坐标系,前3种比较常用,环坐标系十分复杂,一般不用。
定义局部坐标系的方法有:
在当前工作平面原点定义局部坐标系,Utility Menu→WorkPlane→Local Coordinate System→Create Local CS→At WP Origin。
通过3个关键点定义局部坐标系,Utility Menu→WorkPlane→Local Coordinate System→Create Local CS→By 3 Keypoints。
通过3个节点定义局部坐标系,Utility Menu→WorkPlane→Local Coordinate System→Create Local CS→By 3 Nodes。
通过在工作平面上拾取点定义局部坐标系,Utility Menu→WorkPlane→Local Coordinate System→Create Local CS→At Specified Loc。
活跃坐标系
尽管定义了多种坐标系,但任一时刻只能有一个是活跃的。把某一个坐标系激活为活跃坐标系,可使用Utility Menu→WorkPlane→Change Active CS to命令。某一个坐标系成为活跃坐标系后,如果未做改变,则一直处于活跃状态。
需要注意的是,不论活跃坐标系的种类如何,ANSYS总是以x、y、z来标识3个坐标。
显示坐标系
在默认情况,ANSYS对节点和关键点列表时,显示的总是直角坐标系下的坐标。如果要显示节点和关键点在其它坐标系下的坐标,需要改变显示坐标系。改变显示坐标系使用命令Utility Menu→WorkPlane→Change Display CS to。
改变显示坐标系也会对实体显示产生影响,如果没有特殊需要,在使用实体创建、绘图命令之前,应将显示坐标系改变为全局直角坐标系。
节点坐标系
节点坐标系用于定义每个节点的自由度和节点载荷的方向。以下输入数据是在