ANSYS14.0有限元分析-总体和局部坐标系解析

总体坐标系和局部坐标系用来定位几何体。默认地，当定义一个节点或关键点时，其坐标系为总体笛卡尔坐标系。可是对有些模型，定义为不是总体笛卡尔坐标系的另外坐标系可能更方便。ANSYS程序允许用任意预定义的3种（总体）坐标系的任意一种来输入几何数据，或者在任何其他定义的（局部）坐标系中进行此项工作。

1.总体坐标系

总体坐标系被认为是一个绝对的参考系。ANSYS程序提供了前面定义的3种总体坐标系：笛卡尔坐标系、柱坐标系和球坐标系，所有这3种坐标系都是右手系，而且有共同的原点。

图2-8 总体坐标系

图2-8a表示笛卡尔坐标系；图2-8b表示一类圆柱坐标系（其Z轴同笛卡尔坐标系的Z轴一致），坐标系统标号是1；图2-8c表示球坐标系，坐标系统标号是2；图2-8d表示两类圆柱坐标系（Z轴与笛卡尔坐标系的Y轴一致），坐标系统标号是3。

2.局部坐标系

在许多情况下，必须要建立自己的坐标系。其原点与总体坐标系的原点偏移一定距离，或其方位不同于先前定义的总体坐标系，图2-9表示一个局部坐标系的示例，它是通过用于局部、节点或工作平面坐标系旋转的欧拉旋转角来定义的。可以按以下方式定义局部坐标系：

（1）按总体笛卡尔坐标定义局部坐标系：

命令：LOCAL。

GUI：Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>At Specified Loc+。

（2）通过已有节点定义局部坐标系：

命令：CS

GUI：Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>By3Nodes+。

（3）通过已有关键点定义局部坐标系：

命令：CSKP。

GUI：Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>By3Keypoints+。

（4）在当前定义的工作平面的原点为中心定义局部坐标系：

命令：CSWPLA。

GUI：Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create Local CS>AtWP Origin。

图2-8中X，Y，Z表示总体坐标系，然后通过旋转该总体坐标系来建立局部坐标系。图2-9a表示将总体坐标系绕Z轴旋转一个角度得到X₁，Y₁，Z（Z₁）；图2-9b表示将X₁，Y₁，Z（Z₁）绕X₁轴旋转一个角度得到X₁（X₂），Y₂，Z₂。

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图2-9 局部坐标系

当定义了一个局部坐标系后，它就会被激活。当创建了局部坐标系后，分配给它一个坐标系号（必须是11或更大），可以在ANSYS程序中的任何阶段建立或删除局部坐标系。若要删除一个局部坐标系，可以利用下面方法：

命令：CSDELE。

GUI：Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Delete Local CS。

若要查看所有的总体和局部坐标系，可以使用下面的方法：

命令：CSLIST。

GUI：Utility Menu>List>Other>Local Coord Sys。

与3个预定义的总体坐标系类似，局部坐标系可以是笛卡尔坐标系、柱坐标系或球坐标系。局部坐标系可以是圆的，也可以是椭圆的，另外，还可以建立环形局部坐标系，如图2-10所示。

图2-10 局部坐标系类型

图2-10a表示局部笛卡尔坐标系；图2-10b表示局部圆柱坐标系；图2-10c表示局部球坐标系；图2-10d表示局部环坐标系。

3.坐标系的激活

可以定义多个坐标系，但某一时刻只能有一个坐标系被激活。激活坐标系的方法如下：首先自动激活总体笛卡尔坐标系，当定义一个新的局部坐标系，这个新的坐标系就会自动被激活，如果要激活一个与总体坐标系或以前定义的坐标系，可用下列方法：

命令：CSYS。

GUI：Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Global Cartesian。

Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Global Cylindrical。

Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Global Spherical。

Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Specified Coord Sys。

Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Working Plane。

在ANSYS程序运行的任何阶段都可以激活某个坐标系，若没有明确地改变激活的坐标系，当前激活地坐标系将一直保持不变。

在定义节点或关键点时，不管哪个坐标系是激活的，程序都将坐标标为X、Y和Z，如果激活的不是笛卡尔坐标系，应将X、Y和Z理解为柱坐标中的R、θ、Z或球坐标系中的R、θ、φ。