說明：整理自Simwe論壇，復合材料版塊，原創fea_stud。

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復合材料是一種各向異性材料，對于纖維增強復合材料又是一種正交各向異性材料，因此，在進行復合材料結構建模的時候要特別注意的一個重要的問題，就是材料的方向性。下面，就我個人的分析經驗，對復合材料結構的建模作一個總結。

1．  結構坐標系、單元坐標系、材料坐標系和結果坐標系
   建立復合材料結構模型，存在一個結構坐標系，用于確定幾何元素的位置，這個坐標可以是笛卡爾坐標系、柱坐標系或者是球坐標系；單元坐標系是每個單元的局部坐標系，一般用來描述整個單元；材料坐標系是確定材料屬性方向的坐標系，一般沒有專門建立的材料坐標系，而是參考其他坐標系，如整體結構坐標系，或單元坐標系，在Ansys程序中，材料坐標是由單元坐標唯一確定的，要確定材料坐標，只要確定單元坐標就行了；結果坐標系是在進行結果輸出時所使用的坐標系，也是一般參考其他坐標系。在Ansys程序中，關于坐標系有人做過專門的總結。見后。

2．  用于復合材料結構分析的單元
   用于復合材料分析的單元主要有兩類，一類是層合單元，如Shell 99, Shell 91, Shell 181, Solid 46 和Solid 191；另一類是各向異性單元，如Solid64；這些材料都有不同的處理方法，層合單元，在一個單元內可以包含多層信息，包括各層的材料、厚度和方向；各項各向異性單元，在一個單元內，只能包含一種材料信息，而且所得到的計算結果還要進行一些處理，因此有一定的局限性。

3．  單元坐標的一致性問題

   在進行復合材料結構建模的時候，有些時候結構幾何比較復雜，很難用統一的坐標來確定單元坐標系，即使對一些規則的幾何（如圓桶），在用旋轉方法生成幾何時，不同的面法向也會帶來單元坐標的不一致，這就使得材料輸入的時候存在問題并使計算結果錯誤，因此，在幾何建模時要特別注意這一問題，筆者也沒有得到一些復雜幾何進行單元劃分時保持單元一致的合適方法。

4．    一個實例

5．    下面的命令流顯示了不同的幾何生成方法會產生不同的單元坐標方向：
/PREP7   
!******Create Material*******
MPTEMP,,,,,,,,   
MPTEMP,1,0   
MPDATA,EX,1,,2.068e8
MPDATA,PRXY,1,,0.29  
MPTEMP,,,,,,,,   
MPTEMP,1,0   
MPDATA,DENS,1,,7.82e-6
!*********Create Element Type**********
ET,1,SOLID95
KEYOPT,1,1,1
KEYOPT,1,5,0
KEYOPT,1,6,0
KEYOPT,1,11,0   
!***************************
CSYS,1   
HS=80
!**create two keypoints along axial
K,101,0,0,0,
K,102,0,0,400,   
!**create keypoints
K,1,61,0,0,  
K,2,HS,0,0,   
K,5,100,0,0,
K,11,61,0,178,   
K,12,HS,0,178,
K,15,HS+10,0,178,   
K,111,61,0,178,   
K,112,HS,0,178,
K,115,HS+10,0,178,   
K,21,61,0,2450,  
K,22,HS-4,0,2450,
K,25,HS+6,0,2450,   
!***************************
!**create areas by keypoints
FLST,2,4,3   
FITEM,2,21   
FITEM,2,111   
FITEM,2,112   
FITEM,2,22   
A,P51X   
FLST,2,4,3   
FITEM,2,22   
FITEM,2,112   
FITEM,2,115  
FITEM,2,25   
A,P51X   
!***************************
FLST,2,2,5,ORDE,2   
FITEM,2,1   
FITEM,2,-2   
FLST,8,2,3   
FITEM,8,101  
FITEM,8,102  
VROTAT,P51X, , , , , ,P51X, ,90,1,   
TYPE,   1   
MAT,       1
REAL,   
ESYS,       0   
SECNUM,  
MSHAPE,0,3D  
MSHKEY,1
FLST,5,2,6,ORDE,2   
FITEM,5,1   
FITEM,5,-2   
CM,_Y,VOLU   
VSEL, , , ,P51X  
CM,_Y1,VOLU  
CHKMSH,'VOLU'   
CMSEL,S,_Y   
VMESH,_Y1   
CMDELE,_Y   
CMDELE,_Y1   
CMDELE,_Y2   運行上述命令流，查看一下單元坐標，再把命令流中下列部分
FLST,2,4,3   
FITEM,2,21   
FITEM,2,111   
FITEM,2,112   
FITEM,2,22   
A,P51X   
改為：
FLST,2,4,3   
FITEM,2,22   
FITEM,2,21   
FITEM,2,111   
FITEM,2,112   
A,P51X   
再看一下單元坐標。

ANSYS坐標系總結
工作平面（Working Plane）
工作平面是創建幾何模型的參考(X,Y)平面，在前處理器中用來建模(幾何和網格)
總體坐標系
在每開始進行一個新的ANSYS分析時，已經有三個坐標系預先定義了。它們位于模型的總體原點。三種類型為:
CS,0: 總體笛卡爾坐標系
CS,1: 總體柱坐標系
CS,2: 總體球坐標系
數據庫中節點坐標總是以總體笛卡爾坐標系，無論節點是在什么坐標系中創建的。
局部坐標系
局部坐標系是用戶定義的坐標系。局部坐標系可以通過菜單路徑Workplane>Local CS>Create LC來創建。
激活的坐標系是分析中特定時間的參考系。缺省為總體笛卡爾坐標系。當創建了一個新的坐標系時，新坐標系變為激活坐標系。這表明后面的激活坐標系的命令。菜單中激活坐標系的路徑 Workplane>Change active CS to>。
節點坐標系
每一個節點都有一個附著的坐標系。節點坐標系缺省總是笛卡爾坐標系并與總體笛卡爾坐標系平行。節點力和節點邊界條件（約束）指的是節點坐標系的方向。時間歷程后處理器 /POST26 中的結果數據是在節點坐標系下表達的。而通用后處理器/POST1中的結果是按結果坐標系進行表達的。
例如: 模型中任意位置的一個圓，要施加徑向約束。首先需要在圓的中心創建一個柱坐標系并分配一個坐標系號碼(例如CS,11)。這個局部坐標系現在成為激活的坐標系。然后選擇圓上的所有節點。通過使用 "Prep7>Move/Modify>Rotate Nodal CS to active CS", 選擇節點的節點坐標系的朝向將沿著激活坐標系的方向。未選擇節點保持不變。節點坐標系的顯示通過菜單路徑Pltctrls>Symbols>Nodal CS。這些節點坐標系的X方向現在沿徑向。約束這些選擇節點的X方向，就是施加的徑向約束。
注意：節點坐標系總是笛卡爾坐標系。可以將節點坐標系旋轉到一個局部柱坐標下。這種情況下，節點坐標系的X方向指向徑向，Y方向是周向（theta）。可是當施加theta方向非零位移時，ANSYS總是定義它為一個笛卡爾Y位移而不是一個轉動（Y位移不是theta位移）。
單元坐標系
單元坐標系確定材料屬性的方向（例如，復合材料的鋪層方向）。對后處理也是很有用的，諸如提取梁和殼單元的膜力。單元坐標系的朝向在單元類型的描述中可以找到。
結果坐標系
/Post1通用后處理器中 (位移, 應力，支座反力)在結果坐標系中報告，缺省平行于總體笛卡爾坐標系。這意味著缺省情況位移，應力和支座反力按照總體笛卡爾在坐標系表達。無論節點和單元坐標系如何設定。要恢復徑向和環向應力，結果坐標系必須旋轉到適當的坐標系下。這可以通過菜單路徑Post1>Options for output實現。 /POST26時間歷程后處理器中的結果總是以節點坐標系表達。
顯示坐標系
顯示坐標系對列表圓柱和球節點坐標非常有用(例如, 徑向，周向坐標)。建議不要激活這個坐標系進行顯示。屏幕上的坐標系是笛卡爾坐標系。顯示坐標系為柱坐標系，圓弧將顯示為直線。這可能引起混亂。因此在以非笛卡爾坐標系列表節點坐標之后將顯示坐標系恢復到總體笛卡爾坐標系。

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