Alle Knotenlasten oder Abhängigkeiten, die entlang einer bestimmten Richtung angewendet werden, werden in einem Koordinatensystem angewendet. Vorgabemäßig werden alle Lasten und Abhängigkeiten im globalen Koordinatensystem angewendet. Manchmal ist dies nicht angebracht. Um beispielsweise die Translation von Knoten entlang eines bestimmten Vektors zu verhindern, der nicht parallel zu den globalen Achsen ist, können Sie nicht nur Begrenzungsbedingungen verwenden. In diesem Fall können Sie ein lokales Koordinatensystem erstellen und es auf Knoten im Modell anwenden. Das lokale Koordinatensystem hat lokale X-, Y- und Z-Richtungen. Alle Lasten und Abhängigkeiten, die auf diese Knoten angewendet werden, werden entlang der lokalen Richtungen angewendet.
Ergebnisse, die X-, Y- und Z-Komponenten haben, können auch in der Ergebnisanzeige mit einem lokalen Koordinatensystem angezeigt werden.
- Lasten werden in die richtige Richtung angewendet, wenn sie auf einem LKS basieren.
- In der Umgebung Ergebnisse sind Ergebnisse korrekt, die in nicht globalen Richtungen angezeigt werden, basierend auf einem definierten LKS.
- Die Abhängigkeiten folgen jedoch dem globalen Koordinatensystem für 2D-Elemente, auch wenn ein LKS definiert ist und auf die mit Abhängigkeiten versehenen Einheiten angewendet wird.
Die folgende Tabelle bietet eine Übersicht darüber, welche Analysetypen lokale Koordinatensysteme unterstützen:
| Analyseart | FEM-Editor-Umgebung | Ergebnisanzeige |
|---|---|---|
| Linear | ||
| Statische Spannung mit linearen Materialmodellen | Ja | Ja |
| Eigenfrequenz (Modal) | Ja | Ja |
| Eigenfrequenz (Modal) mit Lastversteifung | Nein | Ja |
| Antwortspektrum | Ja | Ja |
| Zufällige Schwingungen | Ja | Ja |
| Frequenzantwort | Ja | Ja |
| Transiente Spannung (Direktintegration) | Ja | Ja |
| Transiente Spannung (Modale Überlagerung) | Ja | Ja |
| Kritische Knicklast | Nein | Ja |
| Dynamic Design Analysis Method (DDAM) | Nein | Ja |
| Nichtlinear | ||
| MES mit nichtlinearen Materialmodellen | Ja | Ja |
| Statische Spannung mit nichtlinearen Materialmodellen | Ja | Ja |
| MES Riks Analyse | Ja | Ja |
| Eigenfrequenz (Modal) mit nichtlinearen Materialmodellen | Nein | Ja |
| Thermisch | ||
| Stationäre Wärmeübertragung | nicht zutreffend | Ja |
| Transiente Wärmeübertragung | nicht zutreffend | Ja |
| Elektrostatisch | ||
| Elektrostatischer Strom und Spannung | nicht zutreffend | Ja |
| Elektrostatische Feldstärke und Spannung | nicht zutreffend | Ja |
Erstellen des Koordinatensystems
Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Überschrift Koordinatensysteme im FEM-Editor oder der Strukturansicht der Ergebnisanzeige, und wählen Sie Neu, um das Dialogfeld zum Erstellen der Koordinatensystemdefinition zu öffnen.
- Wählen Sie den Typ des lokalen Koordinatensystems im Dropdown-Menü Koordinatensystemtyp aus. Die drei verfügbaren Optionen sind Rechteckig, Zylindrisch und Kugelförmig. Das Bild ändert sich, um darzustellen, wie die drei Koordinaten das Koordinatensystem definieren. In allen Fällen definieren die Punkte A und B die lokale Z-Achse. Punkte A, B und C definieren eine Ebene, die die lokale X-Achse enthält. Die lokale Y-Achse richtet sich nach der Rechte-Hand-Regel. (Siehe auch Tabelle 2).
- Definieren Sie die drei Punkte, A, B und C. Es stehen drei Methoden zur Auswahl.
- Geben Sie die globalen X-, Y- und Z-Koordinaten für jeden Punkt in die entsprechenden Felder ein.
- Klicken Sie auf A auswählen, B auswählen oder C auswählen für den entsprechenden Punkt, und klicken Sie dann auf einen Knoten in der Anzeige. Die Koordinaten des ausgewählten Knotens werden in die entsprechenden Felder eingetragen.
- Klicken Sie auf Interaktiv, und klicken Sie dann auf drei Knoten im Anzeigebereich. Achsen werden angezeigt, wenn Sie die Knoten auswählen, um die lokalen Achsen, die Sie definieren, darzustellen.
Zuweisen von Knoten zum Koordinatensystem
Nachdem Sie ein lokales Koordinatensystem definiert haben, können Sie es auf Knoten im FEM-Editor anwenden, indem Sie die Punkte (oder eine Fläche, ein Bauteil usw.) anklicken und mit der rechten Maustaste in den Anzeigebereich klicken. Wählen Sie das gewünschte Koordinatensystem aus dem Pullout-Menü Koordinatensysteme. Die lokale Achse wird auf den Knoten angezeigt (sowohl in FEM-Editor als auch in der Ergebnisanzeige).
Verschiedene Knoten können unterschiedlichen Koordinatensystemen zugewiesen werden, aber derselbe Knoten kann nicht mehr als einem Koordinatensystem zugewiesen werden.
Zuweisen von Lasten und Abhängigkeiten zu lokalen Koordinatensystemen
Wenn eine Last, wie z. B. eine Knotenkraft oder Randbedingung, einem Knoten hinzugefügt wird, der einem lokalen Koordinatensystem zugewiesen ist, gibt das Dialogfeld an, welchem Koordinatensystem der Knoten zugewiesen ist. Die Richtungen X, Y und Z im Dialogfeld beziehen sich auf die lokalen Richtungen des Koordinatensystems.
| Koordinatensystem | Abbildung | Eingaberichtung | ||
|---|---|---|---|---|
| X | Y | Z | ||
| Global (Standard) |
– |
Global X | Global Y | Global Z |
| Rechteckig | 2(a) | Lokal X | Lokal Y | Lokal Z |
| Zylindrisch | 2(b) | Radius | Tangential (ϑ) | Axial (Lokal Z) |
| Kugelförmig | 2(c) | Radius | Polar (ϑ) | Tangential (φ) |
|
(a) Rechteckiges Koordinatensystem |
|
(b) Zylindrisches Koordinatensystem |
|
(c) Kugelkoordinatensystem |
| Abbildung 2: Lokale Richtungen für Koordinatensysteme |
In jeder Abbildung wird die Richtung von Lokal X, Lokal Y und Lokal Z auf den drei Halbkugeln von oben links nach unten rechts angezeigt. Die lokalen Achsen werden nur in der rechten unteren Halbkugel angezeigt. (Alle Halbkugeln sind mit den lokalen Koordinaten in der Mitte definiert.) Die drei Punkte A, B, C für die Definition des lokalen Koordinatensystems werden mit globalen X-, Y-, Z-Koordinaten eingegeben. Dann wird ein beliebiger Punkt P mit seinen lokalen Koordinaten angezeigt. Obwohl die Koordinaten der Punkte nicht mit Hilfe von lokalen Koordinaten eingegeben werden können, wird durch Erweiterung der Koordinaten bis zum Punkt die Richtung der Lasten und Abhängigkeiten angezeigt, wie durch die Knotenkräfte in jeder der drei Halbkugeln dargestellt.
- Beachten Sie, dass die radialen und Tangentialrichtungen für Knoten auf der Achse (AB) eines zylindrischen Koordinatensystems nicht eindeutig definiert sind. Genauso gilt, dass die radialen, polaren und Tangentialrichtungen für Knoten auf der Achse (AB) eines kugelförmigen Koordinatensystems nicht eindeutig definiert sind. Die Richtung, die die Software zur Darstellung dieser Richtungen verwendet, ist willkürlich. Daher sollten Lasten und Randbedingungen in dieser Richtung an den Knoten auf der Achse vermieden werden.
- Stellen Sie sich ein keilförmiges Modell für einen 1/8-Abschnitt einer vollständigen Scheibe vor (Hintergrundteil der Abbildung unten). Die Kanten werden einem zylindrischen Koordinatensystem zugewiesen, und Symmetrierandbedingungen werden zu den Kanten hinzugefügt, sodass die Knoten nicht in tangentialer Richtung verschoben werden können (rote Pfeile in Abbildung). Der Knoten am Mittelpunkt ist nicht in zwei tangentiale Richtungen eingeschränkt, wie es für die Symmetriebedingung erforderlich ist; er wird nur in eine Richtung eingeschränkt (siehe Einfügung in der Abbildung, die die tangentiale Richtung an allen Knoten zeigt). Sie müssen eine radiale und tangentiale Abhängigkeit auf diesem Knoten platzieren.
- Im FEM-Editor werden separate und unabhängige Knoten an der Verbindung zwischen zwei Bauteilen erstellt. Es ist also theoretisch möglich, ein anderes Koordinatensystem an jedem Knoten zu erstellen, auch wenn sie sich an den gleichen Koordinaten befinden. Gleichermaßen kann eine andere Knotenlast auf die beiden Knoten angewendet werden, jeweils in einem anderen Koordinatensystem.
- Wenn die Bauteile verbunden sind, dann wird nur ein Knoten zwischen den Bauteilen erstellt, wenn Simulation ausführen oder Modell prüfen verwendet wird. Ein Knoten kann nicht über zwei unterschiedliche Koordinatensysteme verfügen. Daher verwenden die Knoten, die zusammengeführt wurden, um einen Knoten zu bilden, das Koordinatensystem und die Last vom Knoten mit der höchsten Koordinatensystem-ID. Die anderen Koordinatensysteme und Lasten werden aus der Analyse entfernt. Das globale Koordinatensystem wird als ID 0 betrachtet, daher ist es am niedrigsten.
Anzeigen von Ergebnissen im Koordinatensystem
Ergebnisse, die X-, Y- und Z-Komponenten haben (wie Verschiebungen, Reaktionskräfte und Spannungstensoren), können auch in der Ergebnisanzeige mit einem lokalen Koordinatensystem angezeigt werden. Wenn das Koordinatensystem nicht bereits vorhanden ist, kann es wie oben beschrieben erstellt werden. Um die Ergebnisse im lokalen Koordinatensystem anzuzeigen,
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Koordinatensystem in der Strukturansicht, und wählen Sie Anwenden.
- Zeigen Sie ein Ergebnis an, das X-, Y- und Z-Komponenten hat, wie z. B. Verschiebungen. Die Legende gibt an, wie das ausgewählte Ergebnis im neuen Koordinatensystem interpretiert wird (radial in einem zylindrischen System, entspricht Ergebnisse: Verschiebung: X usw.).
- Die Ergebnisse des gesamten Modells werden im angewendeten Koordinatensystem angezeigt, unabhängig davon, welchem Koordinatensystem die Knoten zugewiesen sind.
OptionenErgebnisse. Klicken Sie auf Individuelle FEM-Objekt Voreinstellungen, und blättern Sie durch die Liste, um Lokale Koordinatensysteme auszuwählen. Das Kontrollkästchen Aktuell: Anzeigen kann zum Ein- oder Ausblenden der Symbole umgeschaltet werden.