局部坐标系

沿特定方向应用的任何节点载荷或约束均将在坐标系中应用。默认情况下,将在整体坐标系中应用所有载荷和约束。有时此方法不适用。例如,若要沿不平行于整体轴的特定矢量限制节点平动,则利用边界条件将无法达到此目的。在这种情况下,用户可以创建局部坐标系,并将其应用于模型中的节点。此局部坐标系将具有局部 X、Y 和 Z 方向。应用于这些节点的所有载荷和约束将沿局部方向应用。

具有 X、Y 和 Z 分量的结果也可以使用局部坐标系显示在“结果”环境中。

重要: 二维单元当前不完全支持局部坐标系 (LCS),与分析类型无关。对于二维模型,限制如下:

下表总结了哪些分析类型支持局部坐标系:

分析类型 “FEA 编辑器”环境 “结果”环境
线性
线性材料模型静态应力
固有频率(模态)
载荷刚化固有频率(模态)
响应谱
随机振动
频率响应
瞬态应力(直接积分)
瞬态应力(模态叠加)
临界屈曲载荷
动力设计分析方法 (DDAM)
非线性
非线性材料模型 MES
非线性材料模型静态应力
MES Riks 法分析
非线性材料模型固有频率(模态)
稳态热传递 不适用
瞬态热传递 不适用
静电
静电流和电压 不适用
静电场强度和电压 不适用

创建坐标系

在“FEA 编辑器”或“结果”环境树视图的“坐标系”标题上单击鼠标右键并选择“新建”打开“创建坐标系定义”对话框。

  1. “坐标系类型”下拉菜单选择局部坐标系类型。三个可用选项分别是“直角坐标”、“柱坐标”和“球坐标”。图像将发生变化,以表现这三个坐标如何定义坐标系。点 A 和 B 将始终用于定义局部 Z 轴。点 A、B 和 C 用于定义包含局部 X 轴的平面。局部 Y 通过右手法则确定。(另请参见表 2。)
  2. 定义 A、B 和 C 三个点有三种方法。
    • 在对应的字段中输入每个点的整体 X、Y 和 Z 坐标。
    • 为相应的点单击“选择 A”“选择 B”“选择 C”,然后在显示区域中单击一个节点。所选节点的坐标将显示在对应的字段中。
    • 单击“交互”,然后在显示区域中单击三个节点。选择节点时将显示轴,以表现当前定义的局部轴。

为坐标系指定节点

在定义局部坐标系后,可以将其应用于节点,方法是在“FEA 编辑器”中选择顶点(或平面、部件等)并在显示区域中单击鼠标右键。从“坐标系”下拉菜单选择相应的坐标系。局部轴将出现在节点上(在“FEA 编辑器”和“结果”环境中)。

可将不同的节点指定给不同的坐标系,但无法将同一节点指定给多个坐标系。

提示: 若要在“FEA 编辑器”中更改局部轴图标的显示,请在树视图中的坐标系条目上单击鼠标右键,选中或清除“可见性”。在“坐标系”上单击鼠标右键,可以选中或清除“所有对象的可见性”坐标系图标。

为局部坐标系指定载荷和约束

向已指定给局部坐标系的节点添加载荷(例如节点力或边界条件)时,对话框将指示向哪个坐标系指定节点。显示在对话框上的 XY Z 方向是指局部坐标系方向。

坐标系   输入方向  
    X Y Z
整体(默认)
整体 X 轴 整体 Y 轴 整体 Z 轴
矩形 2(a) 局部 X 轴 局部 Y 轴 局部 Z 轴
柱坐标 2(b) 径向 切向 (ϑ) 轴向(局部 Z 轴)
球坐标 2(c) 径向 极化 (ϑ) 切向 (φ)

(a) 直角坐标系

(b) 柱坐标系

(c) 球坐标系

图 2:坐标系的局部方向

在各图中,局部 X、局部 Y 和局部 Z 的方向显示在从左上到右下的三个半球上。仅在右下半球中显示局部轴。(所有半球均通过中心处的局部坐标定义。)定义局部坐标系的三个点 A、B、C 将使用整体 X、Y、Z 坐标输入。然后,将显示带局部坐标的任意点 P。尽管无法使用局部坐标输入点的坐标,但是将坐标延伸到该点将显示载荷的方向和约束,如三个半球中的节点力所示。

注:
  • 请注意,柱坐标系轴 (AB) 上的节点的径向和切向方向不是唯一定义的。同样,球标系轴 (AB) 上的节点的径向、极化和切向方向也不是唯一定义的。软件是随意选择方向来表示这些方向的。因此,在轴的节点处应避免这些方向的载荷和边界条件。
  • 此外,请设想表示整个圆盘 1/8 部分的楔形模型(如下图的背景部分)。边指定给柱坐标系,对称边界条件添加到边,以使节点无法在切向方向(图中的红色箭头)移动。根据对称条件要求,位于中心点的节点在两个切向方向不受限制;该节点仅在一个方向受限制(请参见图中的插图,它显示了所有节点的切向方向)。必须在此节点放置径向和切向约束。
  • 在“FEA 编辑器”中,将在两个部件之间的连接处分别创建独立的顶点。因此,理论上可以在每个顶点处创建不同的坐标系,即使它们位于相同的坐标也是如此。同样,可将不同的节点载荷应用于位于不同坐标系的两个顶点。
  • 如果部件处于粘合状态,则使用“运行仿真”“检查模型”时,将仅在部件之间创建一个节点。一个节点不能具有两个不同的坐标系。因此,合并到一起形成一个节点的多个顶点将使用具有最大坐标系 ID 的顶点的坐标系和载荷。将放弃分析其他坐标系和载荷。整体坐标系的 ID 将被视为 0,因此是最小的。

在坐标系中查看结果

具有 X、Y 和 Z 分量的结果(如位移、反作用力和应力张量)也可以使用局部坐标系显示在“结果”环境中。如果坐标系尚不存在,则可以如上所述进行创建。之后,若要在局部坐标系中查看结果,

  1. 请在树视图的坐标系上单击鼠标右键,并选择“应用”
  2. 查看具有 X、Y 和 Z 分量的结果,如位移。图例将指明如何在新坐标系中解释所选结果(柱系统中的径向对应于“结果:位移:X”等等)。
  3. 整个模型的结果将显示在应用的坐标系中,与该节点指定给哪个坐标系无关。
提示: 载荷和约束显示后,指定给局部坐标系的节点将在“结果”环境中显示局部轴图标。若要更改局部轴图标的显示,请转到 “选项”“结果”选项卡。单击“单个有限元对象设置”,然后滚动浏览列表选择“局部坐标系”。可以切换“当前: 显示”复选框以隐藏或显示图标。