單元局部坐標(biāo)系
關(guān)注創(chuàng)建者：Elbert Q 創(chuàng)建時間：2022-06-21
單元局部坐標(biāo)系的視頻教程
hypermesh中局部坐標(biāo)系的創(chuàng)建
局部坐標(biāo)系的創(chuàng)建，要求： 局部坐標(biāo)系原點(diǎn)偏離右平面100mm； xy平面與上平面夾角30°
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HyperMesh_*DEFINE_COORDINATE_SYSTEM_局部坐標(biāo)系的創(chuàng)建
在HyperMesh中，LS-DYNA工作環(huán)境下，利用關(guān)鍵字*DEFINE_COORDINATE_SYSTEM創(chuàng)建局部坐標(biāo)系。
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HyperMesh_*DIFINE_COORDINATE_NODES_局部坐標(biāo)系的創(chuàng)建
在HyperMesh中，LS-DYNA工作環(huán)境下，利用關(guān)鍵字*DIFINE_COORDINATE_NODES創(chuàng)建局部坐標(biāo)系。
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單元局部坐標(biāo)系的實(shí)例教程
殼單元是一種結(jié)構(gòu)單元，該結(jié)構(gòu)一個方向的尺度(厚度)遠(yuǎn)小于其它方向的尺度，并忽略沿厚度方向的應(yīng)力。例如,壓力容器結(jié)構(gòu)的壁厚小于典型整體結(jié)構(gòu)尺寸的1/10,一般就可以用殼單元進(jìn)行模擬。
在使用abaqus進(jìn)行有限元分析的工作中，確定殼單元局部坐標(biāo)系是一項重要的工作，其原因之一在于在abaqus中，殼單元的位移輸出基于整體坐標(biāo)系，應(yīng)力應(yīng)變輸出基于局部坐標(biāo)系，因此如果不能準(zhǔn)確地確定殼單元的局部坐標(biāo)系，在后處理查看計算結(jié)果時可能會無法準(zhǔn)確理解計算結(jié)果。
通常情況下，殼單元的局部坐標(biāo)系如下圖所示，其包含平面內(nèi)的1，2軸和平面法線的n軸（3軸）。顯然，n軸由殼單元所在平面確定，但是其有兩種選擇，即由“殼內(nèi)指向殼外”和由“殼外指向殼內(nèi)”。
那么在abaqus中，殼單元的局部坐標(biāo)系依據(jù)以下規(guī)則定義：
（1）對于一個3節(jié)點(diǎn)/4節(jié)點(diǎn)殼單元，按照右手定則，拇指指向即為n軸方向。
殼單元節(jié)點(diǎn)順序為1-2-4-3時的n軸方向。
（2）確定好n軸之后，接下來的1軸和2軸按照以下規(guī)則確定：
將整體坐標(biāo)系的X軸投影到殼單元上，投影方向即為1軸。再按照右手定則，1-2-n軸形成右手坐標(biāo)系，即右手拇指指向n軸時，其余4指的旋轉(zhuǎn)方向從1軸轉(zhuǎn)向2軸，具體圖解如下：右側(cè)為整體坐標(biāo)系，左手為局部坐標(biāo)系。
按照上述規(guī)則必然會存在一種特殊情況，即整體1軸與殼單元垂直，則此時整體1軸投影到殼單元上會是一個點(diǎn)，無法確定局部1軸方向，在這種情況下，abaqus采用整體3軸投影到殼單元上作為局部1軸方向。
以上就是殼單元局部坐標(biāo)系的確定過程，下面以一個例子，來表明殼單元局部坐標(biāo)系確定的具體作用。
展開 （4）對正交各向異性材料的殼、厚殼和實(shí)體單元，關(guān)鍵字*DATABASE_EXTENT_BINARY中設(shè)置CMPFLG為1時,單元的應(yīng)力/應(yīng)變將以材料的局部坐標(biāo)系結(jié)果輸出，但是在LS-Prepost后處理中不能將應(yīng)力從材料的局部坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到單元局部坐標(biāo)系下。
文章來源：CAE工程師手記
其
含義
為：
創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)集合ex，將這些節(jié)點(diǎn)的自由度轉(zhuǎn)換至柱坐標(biāo)系下，為這些節(jié)點(diǎn)定義位移邊界條件，約束2方向（周向）上的位移。
其中TYPE=C表示局部坐標(biāo)系的類型為柱坐標(biāo)系，如果TYPE=R，則為局部直角坐標(biāo)系，TYPE=S，則為球坐標(biāo)系。
在大位移分析中，此局部坐標(biāo)系的方向不會隨著材料的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。
02
單元局部坐標(biāo)系（基于各向異性）
使用 *ORIENTATION 定義局部坐標(biāo)系，用于定義材料特性、應(yīng)力 / 應(yīng)變分量輸出、耦合約束。
*ORIENTATION, NAME=<局部坐標(biāo)系名稱>, SYSTEM=<局部坐標(biāo)系類型>, DEFINITION =<局部坐標(biāo)系定義的方式>
例如：
*ORIENTATION, NAME=aa, SYSTEM=ZRECTANGULAR,DEFINITION =NODES
11,12
2,75
*SHELL SECTION,ELSET=bbb,MATERIAL=mat1,ORIENTATION=aa
1.0,
其含義為：定義名稱為aa的局部坐標(biāo)系，類型為ZRECTANGULAR（局部直角坐標(biāo)系），由三個點(diǎn)確定局部坐標(biāo)系的方位，其中兩個點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)11和12，第三個點(diǎn)是默認(rèn)的原點(diǎn)；附加的轉(zhuǎn)動的繞局部坐標(biāo)系的2方向，附加轉(zhuǎn)角為75°；將自定義的局部坐標(biāo)系定義在殼截面上，殼厚度為1.0.
實(shí)體單元默認(rèn)的材料方向為全局直角坐標(biāo)系，殼單元和膜單元默認(rèn)的材料方向則是全局坐標(biāo)系到殼或膜表面的投影。
展開 考慮四邊形網(wǎng)格，以每個單元中心點(diǎn)作為控制點(diǎn)。計算并存儲好每個單元的局部坐標(biāo)系。
（2） 面元強(qiáng)度計算。對每個單元（i）進(jìn)行循環(huán)，考慮第j個單元對它的擾動：
a. 考慮在第j個單元局部坐標(biāo)系下，第i個單元的法向向量；
b. 考慮在第j個單元局部坐標(biāo)系下，第j個單元的坐標(biāo)；
c. 循環(huán)計算第j個單元四個邊對第j個控制點(diǎn)的擾動；
d. 形成擾動矩陣K(I,J)。
e. 求解面元。
（3） 流場計算。針對給定的點(diǎn)，循環(huán)計算每個單元對其的擾動：
a. 考慮給定點(diǎn)在第j個單元下的局部坐標(biāo)；
b. 循環(huán)每個單元四個邊對給定點(diǎn)的擾動；
c. 將局部坐標(biāo)系下的擾動轉(zhuǎn)換到總體坐標(biāo)系下。
2 一些注意事項
單看上面的思路好像和二維區(qū)別不大。實(shí)際上，首先每個單元的局部坐標(biāo)系的處理方法就很不一樣。
另外循環(huán)計算每個面元時，循環(huán)的方向是要特別注意的，搞不好就反了。
最后是程序細(xì)節(jié)的問題，比如對分母可能出現(xiàn)的為0情況的處理，對反tan函數(shù)，可能出現(xiàn)的無限的處理。對判斷一個值是否為0是，是否考慮容差的處理等等。任何一個細(xì)節(jié)，都會導(dǎo)致出來的結(jié)果有問題。
3 一些結(jié)果的展示
局部坐標(biāo)系的顯示
流場的顯示
4 程序調(diào)試的一點(diǎn)思考
寫了這么多程序，我的感覺，一個程序能不能成，關(guān)鍵是調(diào)試方法的好壞。
找到合適的算例，找到合適的判據(jù)，根據(jù)判據(jù)來定位問題，然后各個擊破。
這次調(diào)試這個三維面元法，我先用了平直機(jī)翼，然后后掠翼，再用球。我的判據(jù)主要是面元強(qiáng)度的分布，這個要感謝前面的二維面元法，正是現(xiàn)有了二維面元法，能夠快速得到二維面元分布值，然后才能這么快的幫我定位出各種程序bug。
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展開 1、當(dāng)在Meta中進(jìn)行后處理用到局部坐標(biāo)系的時候，可以直接在Meta中創(chuàng)建，而不需要返回到前處理中創(chuàng)建，創(chuàng)建后可以直接參與后處理進(jìn)行結(jié)果轉(zhuǎn)化。
2、在Meta中需要通過對應(yīng)的命令來定義局部坐標(biāo)，創(chuàng)建方式有如下兩種：
方式一：從模型中選取節(jié)點(diǎn)來創(chuàng)建：
model create coord fixed {cyl / rect / sph} <id of new coord.sys.> pick
例如在命令窗口輸入如下命令，如圖-1所示，創(chuàng)建一個ID為30的直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)系如圖-2所示；
Command: model: create: coord: fixed: rect: 30: pick
選取節(jié)點(diǎn)時，選取的第一個點(diǎn)為原點(diǎn)，第二個點(diǎn)為Z軸上一點(diǎn)，第三個點(diǎn)為XZ平面上一點(diǎn)。
方式二：通過輸入節(jié)點(diǎn)號或坐標(biāo)來定義
model create coord fixed {cyl / rect / sph} <id of new coord.sys.> <Origin (type either
a node id or coordinates)> <Enter z point (type either a node id or coordinates)> <type xz point
(type either a node id or coordinates)>
例如在命令窗口輸入如下命令，如圖-3所示，創(chuàng)建一個ID為40的直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)系如圖-4所示，原點(diǎn)節(jié)點(diǎn)號為38，Z方向節(jié)點(diǎn)號為78，XZ面上節(jié)點(diǎn)號為22。
Command: model: create: coord: fixed: rect: 40: 38: 78: 22
meta中創(chuàng)建局部坐標(biāo)系.pdf
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單元局部坐標(biāo)系的最新內(nèi)容
在競爭白熱化的汽車制造業(yè)，車身外觀品質(zhì)和嚴(yán)絲合縫的裝配間隙已成為消費(fèi)者感知產(chǎn)品質(zhì)量最直觀的窗口。傳統(tǒng)“單點(diǎn)合格率”的質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)，雖能保證零件在理論上的合規(guī)性，卻常常在面對復(fù)雜的裝配問題時束手無策。
那么，如何跨越從“零件合格”到“裝配完美”的鴻溝？答案在于兩個核心工程理念的深度應(yīng)用：功能尺寸與局部坐標(biāo)系。它們共同構(gòu)成了一套精準(zhǔn)診斷和預(yù)測裝配問題的“工程語言”，而如?？怂箍礶MMA這樣的先進(jìn)質(zhì)量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)
局部坐標(biāo)系定義：在 CSS8 單元中，局部坐標(biāo)系的 3 方向需垂直于單元中面。在橫向剪切變形顯著時，該方向可能偏離法線方向，需在建模時預(yù)先考慮。值得注意的是，在幾何非線性分析中，局部方向?qū)㈦S著每個材料點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。
后期將詳細(xì)為大家解析該類單元，敬請期待！
形函數(shù)的作用是將每個單元的局部坐標(biāo)系（如節(jié)點(diǎn)位移）映射到全局坐標(biāo)系（整個結(jié)構(gòu)的位移場），通過這種映射，能夠描述單元內(nèi)部任意位置的物理量（如位移、應(yīng)力等）在有限元模型中的變化。
形函數(shù)的作用
表示節(jié)點(diǎn)間的位移關(guān)系：
形函數(shù)用來表示單元內(nèi)的任意點(diǎn)的位移、應(yīng)變等物理量如何與單元節(jié)點(diǎn)的位移、應(yīng)變等相關(guān)。形函數(shù)通過節(jié)點(diǎn)位移的線性或高次插值，表示單元內(nèi)部不同位置的位移、應(yīng)變或應(yīng)力。
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<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202412/attachment/5c35638c685b400f81f6ac65fdb2fe14.png" style="text-align: center">
<img
<p class="ql-align-justify"> 本案例是基于tcl語言實(shí)現(xiàn)用戶自定義的單元，并獲取單元的中心點(diǎn)，并依據(jù)單元中心點(diǎn)及單元節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建坐標(biāo)系。具體實(shí)現(xiàn)過程見本案例的程序部分。</p><p class="ql-align-justify"> 詳情見收費(fèi)的程序部分，凡購買本案例的朋友針對該案例有疑問，可私信，謝謝！</
面板analysis --system創(chuàng)建好局部坐標(biāo)系，然后把需要添加約束的節(jié)點(diǎn)assign當(dāng)前坐標(biāo)系。
坐標(biāo)系的關(guān)聯(lián)方式有set reference和set displacement兩種，set reference是指定位置參考坐標(biāo)系，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)會轉(zhuǎn)變至參考坐標(biāo)系下；set displacement是指定節(jié)點(diǎn)自由度坐標(biāo)系，一般用于約束節(jié)點(diǎn)的自由度，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)不變。
通過生成的MESH200單元的局部單元參考坐標(biāo)系（local）定義增強(qiáng)纖維的局部方向。
根據(jù)MESH200單元和現(xiàn)有SOLID185單元，最終定義鋼筋（EREINF）將生成指定鋼筋265截面的涂抹鋼筋。
z方向上的附加鋼筋以相同的方式定義。
在定義僅網(wǎng)格單元（MESH200）后，將自動為兩個增強(qiáng)方向生成涂抹的增強(qiáng)單元（EREINF）。
要想約束被合適地施加，必須在連接單元節(jié)點(diǎn)處定義局部坐標(biāo)系，在APDL中，約束通過拉格朗日乘子法施加。
連接能力提供了下列特點(diǎn)：
1. 停止和鎖定了連接副的自由自由度
2. 連接副中的剛度、阻尼和摩擦行為
3.
#（由全局坐標(biāo)系的向量（$x1 $x2 $x3）定義局部坐標(biāo)系的x軸），同理，由全局坐標(biāo)系的向量（$yp1 $yp2 $yp3）定義局部坐標(biāo)系y軸 ,
element zeroLengthSection 1 1 2 $ColSecTagFiberBond -orient 0 1 0 1 0 0; # 通過此處定義后，零長度單元的局部坐標(biāo)系與柱單元完全相同了
5PushOver
實(shí)際的加載是多個力的組合，譬如下方采用手輪加載的力、彎矩和扭矩外載荷
但梁的有限元中可以把這個線單元受力關(guān)系分為：
（1） 軸向拉伸力
（2） 軸向扭轉(zhuǎn)
（3） 橫向彎曲力，可以加力載荷或者彎矩
三部分，此時每部分都有簡單的位移和外力的公式，也就是存在一個局部坐標(biāo)系，簡化梁理論總是先求出梁單元局部坐標(biāo)系的剛度和質(zhì)量陣，然后再用三維變換直接轉(zhuǎn)到全局坐標(biāo)系下
