ansys單元坐標(biāo)系
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys單元坐標(biāo)系的實(shí)例教程
ANSYS 坐標(biāo)系在建模時(shí)的活用---柱坐標(biāo)
采用柱坐標(biāo)極其方便地實(shí)現(xiàn)了圓周狀分布的多個(gè)圓孔.
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概要
在OpticStudio的序列模式下，坐標(biāo)間斷面（CB，Coordinate Break）用于根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)定義新的坐標(biāo)系。本文將介紹如何在OpticStudio中使用坐標(biāo)返回功能。
坐標(biāo)返回求解可以方便地自動(dòng)恢復(fù)到所需表面的坐標(biāo)系。
簡介
在OpticStudio的序列模式下，坐標(biāo)間斷面（CB，Coordinate Break）用于根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)定義新的坐標(biāo)系。這些面主要用于執(zhí)行定義在局部坐標(biāo)系中的面的傾斜和偏心。坐標(biāo)間斷為設(shè)計(jì)中表面/元件的定位和傾斜提供了極大的靈活性。
然而，當(dāng)鏡頭數(shù)據(jù)編輯中存在許多復(fù)雜的嵌套傾斜/偏心時(shí)，返回至先前表面的坐標(biāo)系可能會(huì)變得困難。OpticStudio的坐標(biāo)間斷返回功能可以極大地簡化這個(gè)問題。本文將通過一個(gè)示例展示如何使用坐標(biāo)返回功能。
坐標(biāo)返回功能
坐標(biāo)返回功能用于坐標(biāo)間斷面，如圖，位于“表面屬性”對(duì)話框的“傾斜/偏心”選項(xiàng)卡下：
圖 1：“傾斜/偏心”選項(xiàng)卡。
坐標(biāo)返回功能非常易于使用：先選擇“坐標(biāo)返回”的坐標(biāo)系的方式，再選擇“至表面”返回至期望表面的坐標(biāo)系。
“無”為禁用坐標(biāo)返回功能
其次還有三種恢復(fù)坐標(biāo)系的方式可供選擇：
“僅方向”：僅確定關(guān)于X、Y和Z軸的傾斜，以將坐標(biāo)系的方向恢復(fù)到前一個(gè)表面。不會(huì)調(diào)整表面頂點(diǎn)的位置偏移。
“XY方向”：確定關(guān)于X、Y和Z軸的傾斜以及在X和Y方向上的偏心，以恢復(fù)坐標(biāo)系的方向。這將使頂點(diǎn)偏移的X和Y分量與所選表面相匹配，但不會(huì)對(duì)Z位置進(jìn)行調(diào)整。
“XYZ方向”：這與“XY方向”相同，但考慮了Z偏移。Z偏心由坐標(biāo)間斷面的厚度參數(shù)設(shè)定，因此當(dāng)前表面的方向和位置都將與“至表面”所選的表面相同。
展開 <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(duì)該案例有疑問，可私信，謝謝！</p><p class="ql-align-justify"><br></p><p><br></p>
展開 殼單元是一種結(jié)構(gòu)單元，該結(jié)構(gòu)一個(gè)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(xiàng)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(jì)算結(jié)果時(shí)可能會(huì)無法準(zhǔn)確理解計(jì)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(duì)于一個(gè)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?yàn)?-2-4-3時(shí)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(shí)，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(huì)存在一種特殊情況，即整體1軸與殼單元垂直，則此時(shí)整體1軸投影到殼單元上會(huì)是一個(gè)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(gè)例子，來表明殼單元局部坐標(biāo)系確定的具體作用。
展開 第三種方法， 點(diǎn)擊FCOMP，進(jìn)入云圖顯示狀態(tài)Fringe，選擇相應(yīng)應(yīng)力/應(yīng)變分量，然后在下方的Glob按鈕中選擇local，則對(duì)應(yīng)云圖為單元坐標(biāo)系下云圖。
體單元和厚殼單元、梁單元
殼單元的應(yīng)力/應(yīng)變可以在全局坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換，那么其他單元呢？
默認(rèn)情況下，D3PLOT和 ELOUT結(jié)果文件中，體單元和厚殼單元的應(yīng)力和應(yīng)變是用全局坐標(biāo)系表示，梁單元應(yīng)力和合力用單元坐標(biāo)系表示。
如何在材料坐標(biāo)系下表示應(yīng)力/應(yīng)變？
對(duì)于由正交各向異性材料構(gòu)成的殼單元、體單元和厚殼單元，如果*DATABASE_EXTENT_BINARY關(guān)鍵字中的CMPFLG設(shè)置為1，那么單元的應(yīng)力和應(yīng)變是用材料坐標(biāo)系表示。而通常材料坐標(biāo)系在單個(gè)殼單元的積分點(diǎn)之間是不同，這是由于*SECTION_SHELL關(guān)鍵字中定義的beta角不同。
總結(jié)
那么，對(duì)于Ls-dyna中不同單元形式的應(yīng)力表示方式總結(jié)如下：
1 殼單元坐標(biāo)系
坐標(biāo)系x為N1到N2的方向；局部坐標(biāo)系z為殼單元法線方向；因此殼單元結(jié)果分析時(shí)保證局部坐標(biāo)系保持一致是非常重要的，這樣有利于后處理結(jié)果的解讀；
2 不同單元的應(yīng)力表示方法
（1）實(shí)體和厚殼的結(jié)果是基于整體坐標(biāo)系；
（2）梁單元的應(yīng)力和合力結(jié)果均基于單元局部坐標(biāo)系；
（3）殼單元的應(yīng)力/應(yīng)變在D3PLOT結(jié)果中是基于整體坐標(biāo)系，而在ELOUT中是基于單元坐標(biāo)系；
在LS-Prepost進(jìn)行D3PLOT后處理時(shí)，有三種設(shè)置方法，可以將殼單元的結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)榛?em>單元坐標(biāo)系：（a）Toggle---Local axes；（b）在Fcomp底部設(shè)置為Local；（c）在History中設(shè)置E-axes為Local。
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概要
在OpticStudio的序列模式下，坐標(biāo)間斷面（CB，Coordinate Break）用于根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)定義新的坐標(biāo)系。本文將介紹如何在OpticStudio中使用坐標(biāo)返回功能。
坐標(biāo)返回求解可以方便地自動(dòng)恢復(fù)到所需表面的坐標(biāo)系。
簡介
在OpticStudio的序列模式下，坐標(biāo)間斷面（CB，Coordinate Break）用于根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)定義新的坐標(biāo)系
問題：
在有限元仿真中有時(shí)需要提取某些結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)角度。Ansys workbench的結(jié)果后處理中可以設(shè)定圓柱坐標(biāo)系，然后按圓柱坐標(biāo)讀取Y軸的變形結(jié)果，再進(jìn)行扭轉(zhuǎn)角度的換算。
本文這里將該過程利用APDL命令進(jìn)行處理，避免一下步驟重復(fù)操作。
? 每次要單獨(dú)記錄變形量，
? 還要測量關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)到坐標(biāo)系原點(diǎn)的距離，
? 將變形量和距離進(jìn)行角度換算（弧度）
? 弧度角轉(zhuǎn)角度
最近突然遇到一個(gè)有意思的問題，一時(shí)不知道如何操作，想著Ansys 應(yīng)該比較容易實(shí)現(xiàn)，但是用了很長時(shí)間才找到一種方案(lll￢ω￢)。不知道大家是如何操作的。
已知：X坐標(biāo)系和Y坐標(biāo)系，和A點(diǎn) 相對(duì)Y坐標(biāo)系的位置。查看A點(diǎn)相對(duì)X坐標(biāo)系的位置，A點(diǎn)可以不是幾何點(diǎn)或網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)。
<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(duì)該案例有疑問，可私信，謝謝！</
殼單元是一種結(jié)構(gòu)單元，該結(jié)構(gòu)一個(gè)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(xiàng)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(jì)算結(jié)果時(shí)可能會(huì)無法準(zhǔn)確理解計(jì)算結(jié)果
LS-dyna中常用的單元形式有殼單元、體單元、梁單元和厚殼單元，而針對(duì)不同的單元形式，其結(jié)果中的應(yīng)力/應(yīng)變分量表示也不盡相同。接下來一一陳述。
殼單元
首先說常見的殼單元，這種單元是Ls-dyna中應(yīng)用最為廣泛的單元，而且單元庫種類繁多。
殼單元的應(yīng)力通常是根據(jù)厚度方向的積分點(diǎn)給出。而這些積分點(diǎn)的位置和數(shù)量是根據(jù)一些積分規(guī)則確定的，如Gaussian, Lobatto,
需注意的是，ANSYS初應(yīng)力基于單元坐標(biāo)系。另外，如果結(jié)構(gòu)中每種材料具有同樣的初應(yīng)力，則可以直接用命令I(lǐng)STRESS完成初應(yīng)力施加，如果每種材料具有不同的初應(yīng)力，則需要通過初應(yīng)力文件來施加，可以通過命令流自動(dòng)生成初應(yīng)力文件。具體參見后面的算例命令流。
2.4．打開大變形效應(yīng)，進(jìn)行計(jì)算。通常初設(shè)形態(tài)下預(yù)應(yīng)力不會(huì)平衡，會(huì)產(chǎn)生位移，預(yù)應(yīng)力會(huì)由于位移而釋放。
1.命令格式
LTRAN, KCNTO, NL1, NL2, NINC, KINC, NOELEM, IMOVE
把激活坐標(biāo)系中某一位置的一組線復(fù)制/移動(dòng)到任意坐標(biāo)系中的相同參考位置。其中，
KCNTO：坐標(biāo)系編號(hào)。把線的參考坐標(biāo)系由激活坐標(biāo)系變?yōu)榫幪?hào)為KCNTO的坐標(biāo)系。KCNTO坐標(biāo)系的類型和參數(shù)要與激活坐標(biāo)系相同。
NL1, NL2, NINC：需要改變線的線號(hào)。改變線號(hào)從
一、工作平面(Working Plane)
工作平面是創(chuàng)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(wǎng)格)
二、總體坐標(biāo)系
在每開始進(jìn)行一個(gè)新的ANSYS分析時(shí)，已經(jīng)有三個(gè)坐標(biāo)系預(yù)先定義了。它們位于模型的總體原點(diǎn)。三種類型為:
CS,0: 總體笛卡爾坐標(biāo)系
CS,1: 總體柱坐標(biāo)系
CS,2: 總體球坐標(biāo)系
數(shù)據(jù)庫中節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)總是以總體笛卡爾坐標(biāo)系，無論節(jié)點(diǎn)是在什么坐標(biāo)系中創(chuàng)建的。
ANSYS坐標(biāo)系總結(jié)
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直角坐標(biāo)系
在平面內(nèi)畫兩條互相垂直，并且有公共原點(diǎn)的數(shù)軸。其中橫軸為X軸，縱軸為Y軸。這樣就說在平面上建立了平面直角坐標(biāo)系，簡稱直角坐標(biāo)系。
坐標(biāo)系的一種。在平面上取一定點(diǎn)o，稱為極點(diǎn)，由o出發(fā)的一條射線ox，稱為極軸。對(duì)于平面上任意一點(diǎn)p，用ρ表示線段op的長度，稱為點(diǎn)p的極徑或矢徑，從ox到op的角度θε［0，2π
