3坐标系和工作平面

3.节点坐标系 ★节点坐标系主要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，缺省的节点坐标系 的方向平行于总体直角坐标系，而与建立节点时所用的 坐标系无关。
★当施加不同于总体坐标系方向的约束或荷载时，需要 旋转节点坐标系到需要的方向，然后再施加约束或荷载。
★在时程后处理（POST26）中，节点结果如节点位移、 节点荷载和支座反力等都是以节点坐标系方向表结 果坐标系表示。
4.单元坐标系
每个单元都有自己的单元坐标系，用于定义单元材 料性质、面荷载和单元结果的方向。单元坐标系的缺省 方向遵循以下规则： ●线单元（杆、梁单元）的X轴通常从I节点指向J节点， Y和Z轴可由节点K或θ确定；当节点K省略且θ=0时，单 元的Y轴总是平行于总体坐标系的XY平面；当单元的X轴 平面于总体坐标系的Z轴时，单元的Y轴与总体坐标系的 Y轴相同。 ●壳单元的X轴通常也从I节点指向J节点，Z轴通过I节 点且与壳面垂直，其正方向由单元的I、J、K节点按右 手规则确定。 ● 2D/3D 实体单元坐标系的方向总是平行于总体直角坐 标系。
⑸ 根据激活的坐标系定义局部坐标系 命令：CLOCAL, KCN, KCS, XL, YL, ZL, THXY, THYZ, THZX, PAR1,
PAR2
⑹ 删除局部坐标系 命令：CSDELE, KCN1, KCN2, KCINC 其中：
KCN1---为要删除的局部坐标系的起始编号，如果KCN1=ALL，则其后参 数将忽略。 KCN2---为要删除的局部坐标系的最终编号。 KCINC---为编号的递增数值，缺省为1。
由于工作平面可不断移动和旋转，因此当采用CSYS,4 时也相当于不断定义了局部直角坐标，在很多情况下 应用非常方便。
2.定义局部坐标系
⑴ 根据总体坐标系定义局部坐标系
命令：LOCAL, KCN, KCS, XC, YC, ZC, THXY, THYZ, THZX, PAR1, PAR2
其中：
KCN---局部坐标系编号，此编号必须大于10，如果与既有编号相同，则将重新定义 KCS---坐标系类型，0或CART为直角坐标系，1或CYLIN为柱坐标系，2或SPHE为 球坐标系，3或TORO为环坐标系。 XC,YC,ZC---新坐标系原点在总体直角坐标系中的坐标。 THXY,THYZ,THZX---新坐标系绕Z,X,Y轴的旋转角度，其正方向为：XY,YZ,ZX。 PAR1---适用于椭圆、类似球体或环形系统，当KCS=1或2时，其值为椭圆Y轴半径 与X轴半径之比，缺省为1即圆。当KCS=3时，其值为环面的主半径。 PAR2---仅适用于类似球体的系统，当KCS=2时，其值为椭球体Z轴半径与X轴半径之 比，缺省为1。 例如：LOCAL,11,0,3,4,5,10,15,20---定义了局部坐标系号为11，原点为总体直角坐标 系下的点（3,4,5），绕Z、X、Y轴旋转角度分别为10°、15°、20°的直角坐标系。 例如： LOCAL,12,1,,,,,,,0.8--- 定义了局部坐标系号为 12 ，原点和方位与总体坐标系相 同的柱坐标系，但Y轴半径与X轴半径之比为0.8，用于定义椭圆。当KCN=2时，PAR2 为Z轴半径与X轴半径之比，用于椭球的定义。
⑵ 根据已有的三个节点定义局部坐标系 命令：CS, KCN, KCS, NORIG, NXAX, NXYPL, PAR1, PAR2 ⑶ 根据已有的三个关键点定义局部坐标系 命令：CSKP, KCN, KCS, PORIG, PXAXS, PXYPL, PAR1, PAR2 ⑷ 根据当前工作平面定义局部坐标系 命令：CSWPLA, KCN, KCS, PAR1, PAR2 例如： CSWPLA,12,1--- 定义的局部坐标系号为 12 ，原点在工作 平面的坐标原点，其XY平面与工作平面相同，为柱坐标系。
命令：NMODIF, NODE, X, Y, Z, THXY, THYZ, THZX NODE---节点号、ALL或元件名称。 X, Y, Z---该节点的新坐标值。其余参数意义同前。
例如： NMODIF,8,,,,15--- 修改节点 8 的节点坐标系方向，使之绕 Z 轴旋转 15°。
例如： N,4,1,2,4,10,15,30--- 表示新建 4 号节点在当前坐标系中的坐标为 1,2,4，其节点坐标系绕Z,X,Y轴的角度分为10°、15°和30°。
5. 激活显示坐标系
命令：DSYS,KCN 其中 KCN--- 坐标系号，可为0,1,2及局部坐标系号。缺省为总 体直角坐标系。
命令：RSYS,KCN 其中KCN---坐标系号，可为0（缺省）,1,2及局部坐标系号。 当 KCN=SOLU 时，则与求解计算时采用的坐标系相同，实际上 采用数据存储时的坐标系。
缺省情况下总是激活总体直角坐标系，用户每定 义一个局部坐标系则该坐标系自动被激活。如果要激 活一个总体坐标系或以前定义的局部坐标系则要通过 菜单或命令。 1. 激活总体和局部坐标系 命令：CSYS,KCN
其中 KCN表示坐标系号码，0- 直角坐标系（缺省），1-柱坐标 系，2-球坐标系，4-以工作平面为坐标系，5-柱坐标系（以Y轴 为转轴），≥11-局部坐标系。
6. 激活结果坐标系
2.1 坐标系和工作平面 2.1.3 定义工作平面
工作平面是一个具有原点、二维坐标系、捕捉增 量和格栅的无限大平面。
●在缺省却况下，工作平面是总体直角坐标系的XY平面 ●工作平面只有一个，且与坐标系是独立的。 ●工作平面可以想象成一个绘图板，可拖动或旋转，其坐 标系方位随着移动和旋转而不断变化，利用它可使建模更 加方便。
1.将既有坐标系的XY平面定义为工作平面
命令：WPCSYS,WN,KCN 其中KCN为既有坐标系号，可以是0,1,2,或局部坐标系号。缺省 为激活的坐标系。
●如果工作平面位于直角坐标系下，则工作平面的坐 标系也为直角坐标系。 ●如果位于柱或球坐标系下，则工作平面的坐标系为 极坐标系。 ●如果WN为负值，则不改变视图方向。或者在移动或 旋转工作平面后，直接恢复到缺省状态。
2.局部坐标系
对于复杂的几何模型，仅使用总体坐标系不够方便， 这时可建立自己的坐标系，即局部坐标系。
☆局部坐标系的原点和坐标轴方向可与总体坐标系不同 ☆有4种坐标系，即直角坐标系、柱坐标系、球坐标系、 环坐标系。 ☆局部坐标系的编号必须≧11，且为整数号码。 总体坐标系和局部坐标系主要用于几何建模。
Lcoord---坐标列表信息，缺省为全部信息，=COORD时仅列XYZ坐标。 SORT1---用于排序的第1项内容，可以是 NODE,X,Y,Z,THXY,THYZ,THXZ。 SORT2,SORT3---用于排序的第2项和第3项内容，其内容同SORT1。 例如： NLIST,3,9,3,, THXY,THYZ,THXZ--- 列出节点 3,6,9 相对总体直角 坐标系的旋转角度。 NLIST,3,9,3---则列出节点3,6,9所有信息。
如建模软件如AutoCAD、Pro/E、SolidWork、UG、SolidEdge等。
●混合建模： 在几何建模并网分后，再增加其它单元或特征的方
法。该法基本是在有限元模型生成后，再建立少量的单元，例如接触单元、 约束方程、耦合自由度等。
2.1 坐标系和工作平面
2.1.1 坐标系类型
6类坐标系：总体坐标系、局部坐标系、节点坐标系、 单元坐标系、显示坐标系与结果坐标系。 1. 总体坐标系
用于确定空间几何结构的位置，是一个绝对的参考系 。
Y Z O Z X Y Z X Z O R θ X Z O Φ R θ X Y Y
直角坐标系
柱坐标系
球坐标系
☆原点相同，右手系； ☆坐标系号: 0--直角坐标系，1--柱坐标系，2--球坐标系 ☆可使用任意坐标系，但某时刻只能激活一个。 ☆总体坐标系均用X、Y、Z表示，当激活的不是直角坐标系时，应理解为柱 坐标系的R、θ、Z或球坐标系的R、θ、Φ。
5.显示坐标系 显示坐标系用来定义几何元素被列表或显示的坐 标系。缺省时几何元素列表总是显示为总体直角坐标 系，而不管它们是在何种坐标系下生成的。 显示坐标系的改变会影响到图形显示和列表，无 论是几何图素或有限元模型都将受到影响。但是边界 条件符号、向量箭头和单元坐标系的三角符号都不会 转换到显示坐标系下。显示坐标系的方向是X轴水平向 右， Y 轴垂直向上， Z 轴垂直屏幕向外。当 DSYS>0 时， 将不显示线和面的方向。
其中NODE1、NODE2、NINC ---要旋转节点的起始号、末编号 （缺省为NODE1）及递增值（缺省值为1）。如NODE1=ALL则 其后参数将被忽略，NODE1也可为元件名。
例如：NROTAT,3,6---使3,4,5,6节点的节点坐标系方向与当前坐标系方向相 同。
⑵ 将既有节点的节点坐标系旋转某个角度
⑶在创建节点时直接定义其坐标系的旋转角度 命令：N, NODE, X, Y, Z, THXY, THYZ, THZX
⑷ 按方向余弦旋转节点坐标系 ⑸ 节点坐标系列表
命令：NANG, NODE, X1, X2, X3, Y1, Y2, Y3, Z1, Z2, Z3
命令：NLIST, NODE1, NODE2, NINC, Lcoord, SORT1, SORT2, SORT3
第2章 几何建模技术与技巧
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 坐标系和工作平面 创建几何模型 几何模型的布尔运算 几何建模的其它常用命令 几何建模技巧 几何建模实例
ANSYS中的模型可分： ★几何模型(也称实体模型) ★有限元模型
ANSYS求解必须使用有限元模型。几何模型通过定义各种属性和网格划分 转成有限元模型，从而才能进行计算分析。
例如：CSDELE,ALL---则删除了所有的局部坐标系。 CSDELE,11,15,2---则删除了11、13、15号局部坐标系。
⑺ 查看激活坐标系和局部坐标系 命令：CSLIST, KCN1, KCN2, KCINC 例如：CSLIST,ALL--- 则列表显示所有坐标系，并列出相关信息。