ADINA有限元经典实例分析：全局坐标系和单元局部坐标系

本节将介绍全局坐标系、几何坐标架和单元局部坐标系的用法和注意事项。

1.全局坐标系

全局坐标系是ADINA软件默认的坐标系，无须定义，也不允许修改，它的坐标系编号为0。全局坐标系是建模分析时统一的度量标准，前、后处理均以它为基础。

2.几何坐标架

几何坐标架是依附于几何实体的局部坐标系。在指定网格密度及定义空间函数时，要求根据不同的方向来分别指定，因此，往往需要知道几何实体局部的定义方向，此时可以打开依赖于面或体的坐标架来查看几何方向。单击显示工具条图标（Surface/Face Labels）和图标（Volume/body Labels），就可以显示面和体的方向。

图4-74 定义几何坐标架的方向

几何坐标架方向的定义如图4-74所示。一般情况下，选择Vertex方式建立面时，所选择的从第1点到第2点的方向即为u方向；选择Patch方式建立面时，第1条线的方向为u方向；选择Extrude方式建立体时，拉伸的方向即为w方向，拉伸面则为u-v平面。

3.单元局部坐标系

单元局部坐标系是针对单元的一种局部坐标系，它依赖于所生成的单元。每个单元均包含一个单元局部坐标系，在前处理、求解和后处理过程中，单元局部坐标系的方向是固定不变的。在求解过程（例如，形成单元刚度矩阵）、定义梁截面和输出分析结果时，一般都需要使用单元局部坐标系。单元局部坐标系方向的定义如图4-75所示。

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图4-75 定义单元局部坐标系的方向

在主菜单下单击Display→Geometry/Mesh Plot→Modify或单击图标（Modify Mesh Plot），将弹出Modify Mesh Plot对话框，单击Element Depiction按钮，在弹出的Define Element Depiction窗口中勾选Display Local System Triad选项，并选择局部坐标系的类型为Element Coordinate System，单击OK按钮两次即可退出对话框，同时图形区中将显示单元局部坐标系，如图4-76所示。

提示：ADINA软件中单元的初始应变（或者以初始应变形式而施加的初始应力）并非根据单元局部坐标系施加，而是基于单元的另外一种局部坐标——初始应变轴施加的；同理，正交各向异性材料的材料特性则是基于单元的另一种局部坐标——材料轴施加的。相关内容的详细介绍，请参见4.13.4节“正交轴系、材料轴、初始应变轴”。

单元局部坐标系的方向与单元形状有关，并非一定要与全局坐标系平行。另外，对于二维实体（2D Solid）单元，外法线方向（t方向）可能与生成单元几何面的外法线方向不同。默认情况下，壳（shell）单元的外法线方向与几何面的外法线方向相同，划分壳单元时可以反向。

对分析结果进行后处理时，STRESS（RST）与STRAIN（RST）分别表示基于单元局部坐标系的应力和应变结果。需要注意的是：单元局部坐标系中不包含位移计算结果。对于三维平面应力单元（3D Plane Stress），如果标有YY、ZZ，则表示计算结果基于单元局部坐标系得到。壳单元的局部坐标系如图4-75所示，查看壳单元局部坐标系的操作如下：在Define Element Group对话框中单击Advanced标签页，选择应力参考系（默认为Global），如图4-77所示，选择应力参考系（Stress Reference System）为Local或者Mid-Surface时，后处理中将得到结果STRESS（RST）和STRAIN（RST），而不会出现全局坐标系的STRESS（XYZ）、STRAIN（XYZ）。对于大位移/大应变的ULH计算，应力参考系选择Local和Mid-Surface的效果相同。更详细的介绍请参见结构理论手册2.7.9节“Element Output”。

图4-76 设置并显示单元局部坐标系

图4-77 设置壳单元坐标系