解析ANSYS14.0坐标系问题

1.坐标系简介

ANSYS程序提供了多种坐标系供用户选取。

●总体和局部坐标系：用来定位几何形状参数如节点、关键点等的空间位置。

●显示坐标系：用于几何形状参数的列表和显示。

●节点坐标系：定义每个节点的自由度方向和节点结果数据的方向。

●单元坐标系：确定材料特性主轴和单元结果数据的方向。

●结果坐标系：在通用后处理操作中将计算结果转换到一个特定的坐标系中。

2.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三种总体坐标系：笛卡儿坐标系、柱坐标系和球坐标系，如表21-2所示。

表21-2 总体坐标系

注意：所有这三种系统都是右手系，有共同的原点。它们由其坐标系号来识别：0代表笛卡儿坐标系，1代表柱坐标系，2代表球坐标系，5代表柱坐标系。笛卡儿坐标系的坐标分量为x，y和z；柱坐标系(1)的坐标分量为R，θ和z；球坐标系的坐标分量为R，θ和φ；柱坐标系(5)的坐标分量为R，θ和y。

3．局部坐标系

有时需要建立自己的坐标系，如在断裂力学求解应力强度因子的时候。局部坐标系原点与总体坐标系的原点偏移一定的距离或旋转一定角度。用户可定义局部坐标系，按以下方式创建。

(1)使用总体笛卡儿坐标定义局部坐标系

命令：LOCAL

GUI:单击Utility Menu→WorkPlane→Local Coordinate Systems'Create Local CS→At SpecifiedLoc

(2)通过已有节点定义局部坐标系

命令：CS

GUI:单击Utility Menu→WorkPlane→LocalCoordinate Systems→Create Local CS→By 3Nodes

(3)通过已有关键点定义局部坐标系

命令：CSKP

GUI:单击Utility Menu→WorkPlane→Local Coordinate Systems→CreateLocal CS→By 3Keypoints

(4)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:单击Utility Menu→WorkPlane→Local Coordinate Systems'Create Local CS→At WP Origin

当用户定义了一个局部坐标系后，它就会被激活。创建了局部坐标系后，程序会分配给它一个坐标系号（必须不小于11），可以在ANSYS进程中的任何阶段建立（或删除）局部坐标系。

(5)删除一个局部坐标

命令：CSDELE

GUI:单击Utility Menu→WorkPlane→Local Coordinate Systems→Delete Local CS

(6)查看所有的总体和局部坐标系

命令：CSLIST

GUI:单击Utility Menu→List→Other→Local Coord Sys

与三个预定义的总体坐标系类似，局部坐标系可以是笛卡儿坐标系、柱坐标系或球坐标系，但是局部坐标系的编号要不小于11。

注意：一般建议不要在球坐标系下进行实体建模操作，因为生成的结果可能不是用户想要的面或体。

4．显示坐标系

因为显示坐标系默认为总体笛卡儿坐标系，所以即便是在其他坐标系中定义的节点和关键点，其列表都在总体笛卡儿坐标中显示。用户可用下列方法改变当前的显示坐标系。

命令：DSYS，KCN

说明：KCN为坐标系参考号，0为笛卡儿坐标系，1为柱坐标系，2，为球坐标系，也可以为之前定义过的坐标系编号。

GUI：单击Utility Menu→WorkPlane→Change Display CS to→Global Cartesian/Global Cylindrica/Global Spherica/Specified Coord Sys (www.xing528.com)

改变显示坐标系也会影响图形显示。除非用户有特殊的需要，一般在用诸如NPLOT，EPLOT命令显示图形前，应将显示坐标系重置为总体笛卡儿坐标系。DSYS命令对LPLOT，APLOT和VPLOT命令无影响。

5.节点坐标系

总体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的方向。每个节点都有自己的节点坐标系，默认情况下，节点坐标系平行于总体笛卡儿坐标系。可用下列方法将任意节点坐标系旋转到指定方向。

（1）将节点坐标系旋转到激活坐标系的方向

命令：NROTAT

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Create→Nodes→Rotate Node CS→To Active CS

（2）对已有节点指定旋转角度

命令：NMODIF

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Create→Nodes→Rotate Node CS→By Angles

（3）按方向余弦旋转节点坐标系

命令：NANG

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Create→Nodes→Rotate Node CS→By Vectors

（4）列出节点坐标系相对总体笛卡儿坐标旋转的角度

命令：NLIST

GUI：单击Utility Menu→List→Nodes

6.单元坐标系

每个单元都有自己的坐标系，单元坐标系用于规定正交材料的方向、加面压力和结果的输出方向。所有的单元坐标系都是正交右手系。

大多数单元坐标系的默认方向遵循以下规则。

●线单元的x轴通常从该单元的I节点指向J节点

●壳单元的x轴通常也取I节点到J节点的方向。z轴过I点且与壳面垂直，其正方向由单元的I、J和K节点按右手定则确定，y轴垂直于x轴和z轴。

●对二维和三维实体单元的单元坐标系总是平行于总体笛卡儿坐标系。

然而，并非所有的单元坐标系都符合上述规则。许多单元类型都有单元关键字选项，通过设置这些选项就可以修改单元坐标系的默认方向，对面单元和体单元而言，将单元坐标系的方向调整到已定义的局部坐标系上。

命令：ESYS

GUI：单击Main Menu→Preprocessor→Attributes→Define→Default Attribs

如果既用单元关键字KEYOPT命令又用了单元坐标系ESYS命令，则单元关键字KEYOPT命令的定义有效。对某些单元而言，通过输入角度可相对先前的方向进一步旋转。

7．结果坐标系

在求解的过程中，计算的结果数据包括位移、梯度、应力、应变等。这些数据存储在数据库和结果文件中，要么是在节点坐标系，要么是单元坐标系。但是，结果数据通常是在激活的结果坐标系中显示列表和单元表数据存储的操作。

用户可将活动的结果坐标系转到另一个坐标系如总体柱坐标系或一个局部坐标系，或转到在求解时所用的坐标系下，例如节点和单元坐标系。如果使用用户列表、显示或操作这些结果数据，则它们将首先被旋转到结果坐标系下，如图21-1所示。利用下列方法即可改变结果坐标系。

图21-1 输出选项

命令：RSYS

GUI：单击Main Menu→General Postproc→Options for Output

8.坐标系的激活

用户可定义任意多个坐标系，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儿坐标系。每当用户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。如果要激活一个总体坐标系或以前定义的坐标系，可用下列方法。

命令：CSYS

GUI：单击Utility Menu→Change Active CS to→Global Cartesian

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，当前激活的坐标系将一直保持有效。

注意：在定义节点或关键点时，无论哪个坐标系是激活的，程序都将坐标标为x、y和z，但是如果激活的不是笛卡儿坐标系，用户应将x、y和z理解为柱坐标中的R、θ和z或球坐标系中的R、θ和φ。