各种坐标系的应用实例圆轴扭转分析.pdf

第 9 例各种坐标系的应用实例—圆轴扭转分析
( The case : An application example of every coordinate system-the torsion
analysis of a round shaft)
[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(Coordinate Systems and Working Plane Summarize)
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(Global Coordinate System)
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。
图 9-1 3 种总体坐标系
78 ANSYS 在机械工程中的应用 25 例
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(Local Coordinate System)
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(Active Coordinate System)
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→C