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1、LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS*通用有限元程序ANSYS及其应用1硕士研究生学位课程讲义（2013）第2章 几何建模技术与技巧2.1 坐标系和工作平面 2.2 创建几何模型 2.3 几何模型的布尔运算 2.4 几何建模的其它常用命令 2.5 几何建模技巧 2.6 几何建模实例LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS*通用有限元程序ANSYS及其应用2硕士研究生学位课程讲义（2013）ANSYS中的模型可分：几何模型(也称实体模型)有限元模型 ANSYS求解必须使用有限元模型。几何模型通过定义各种属性和网格 划分转成有限元模型，从而才能进
2、行计算分析。ANSYS的建模方法：直接建模：直接在ANSYS中建立有限元模型，而不必先建几何模型。先对结构进行 节点和单元编号，然后输入节点坐标建立节点，再输入每个单元的节点编号，从 而建立有限元模型。该方法缺点是大量输入数据令人无法忍受，且对于复杂的3D 实体靠人工去划分网格极易出错。几何建模：在ANSYS软件中建立模型和从其它CAD软件导入模型。如建模软件如 AutoCAD、Pro/E、SolidWork、UG、SolidEdge等。混合建模：在几何建模并网分后，再增加其它单元或特征的方法。该法基本是在有 限元模型生成后，再建立少量的单元，例如接触单元、约束方程、耦合自由度等 。LECTU
3、RE ON INTRODUCTION TO ANSYS*通用有限元程序ANSYS及其应用3硕士研究生学位课程讲义（2013）2.1 坐标系和工作平面 2.1.1 坐标系类型6类坐标系：总体坐标系、局部坐标系、节点坐标系、单元坐标系、显示坐标系与结果坐标系。1. 总体坐标系用于确定空间几何结构的位置，是一个绝对的参考系 。原点相同，右手系；坐标系号: 0-直角坐标系，1-柱坐标系，2-球坐标系可使用任意坐标系，但某时刻只能激活一个。总体坐标系均用X、Y、Z表示，当激活的不是直角坐标系时，应理解为柱坐标系的R、Z或球坐标系的R、 、。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS
4、*通用有限元程序ANSYS及其应用4硕士研究生学位课程讲义（2013）2.局部坐标系对于复杂的几何模型，仅使用总体坐标系不够方 便，这时可建立自己的坐标系，即局部坐标系。局部坐标系的原点和坐标轴方向可与总体坐标系不同有4种坐标系，即直角坐标系、柱坐标系、球坐标系、 环坐标系。局部坐标系的编号必须11，且为整数号码。总体坐标系和局部坐标系主要用于几何建模。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS*通用有限元程序ANSYS及其应用5硕士研究生学位课程讲义（2013）3.节点坐标系节点坐标系主要用于定义节点自由度的方向。每个节点都有自己的节点坐标系，缺省的节点坐标系的方向平行
5、 于总体直角坐标系，而与建立节点时所用的坐标系无关。当施加不同于总体坐标系方向的约束或荷载时，需要旋转节点坐 标系到需要的方向，然后再施加约束或荷载。在时程后处理（POST26）中，节点结果如节点位移、节点荷载和 支座反力等都是以节点坐标系方向表示。在通用后处理（POST1）中，节点结果数据均以结果坐标系表示 。ANSYS帮助文件nrotatvm27LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS*通用有限元程序ANSYS及其应用6硕士研究生学位课程讲义（2013）4.单元坐标系每个单元都有自己的单元坐标系，用于定义单元材料性质、面荷载 和单元结果的方向。单元坐标系的缺省方向遵
6、循以下规则：线单元（杆、梁单元）的X轴通常从I节点指向J节点，Y和Z轴可由 节点K或确定；当节点K省略且=0时，单元的Y轴总是平行于总 体坐标系的XY平面；当单元的X轴平面于总体坐标系的Z轴时， 单元的Y轴与总体坐标系的Y轴相同。壳单元的X轴通常也从I节点指向J节点，Z轴通过I节点且与壳面垂 直，其正方向由单元的I、J、K节点按右手规则确定。2D/3D实体单元坐标系的方向总是平行于总体直角坐标系。ANSYS帮助文件Beam188VM217LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS*通用有限元程序ANSYS及其应用7硕士研究生学位课程讲义（2013）5.显示坐标系显示坐标系
7、用来定义几何元素被列表或显示的坐 标系。缺省时几何元素列表总是显示为总体直角坐标 系，而不管它们是在何种坐标系下生成的。显示坐标系的改变会影响到图形显示和列表，无 论是几何图素或有限元模型都将受到影响。但是边界 条件符号、向量箭头和单元坐标系的三角符号都不会 转换到显示坐标系下。显示坐标系的方向是X轴水平向 右，Y轴垂直向上，Z轴垂直屏幕向外。当DSYS0时 ，将不显示线和面的方向。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS*通用有限元程序ANSYS及其应用8硕士研究生学位课程讲义（2013）6.结果坐标系结果坐标系用于列表、显示或在通用后处理中将 节点或单元结果旋转到一
8、个特定坐标系中。求解结果如节点位移、单元应力或应变等，以节 点坐标系或单元坐标系保存在文件中，在显示或列表 时，均按当前激活的结果坐标系。缺省时结果坐标系与总体直角坐标系平行。ANSYS帮助文件 vm191Genral post options for outputLECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS*通用有限元程序ANSYS及其应用9硕士研究生学位课程讲义（2013）2.1.2 坐标系的定义与激活缺省情况下总是激活总体直角坐标系，用户每定义一个局部坐标 系则该坐标系自动被激活。如果要激活一个总体坐标系或以前定 义的局部坐标系则要通过菜单或命令。1. 激活总体和局部
9、坐标系命令：CSYS,KCN其中KCN表示坐标系号码，0-直角坐标系（缺省），1-柱坐标系 ，2-球坐标系，4-以工作平面为坐标系，5-柱坐标系（以Y轴为转 轴），11-局部坐标系。由于工作平面可不断移动和旋转，因此 当采用CSYS,4时也相当于不断定义了局部直角坐标，在很多情 况下应用非常方便。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS*通用有限元程序ANSYS及其应用10硕士研究生学位课程讲义（2013）2.定义局部坐标系 根据总体坐标系定义局部坐标系命令：LOCAL, KCN, KCS, XC, YC, ZC, THXY, THYZ, THZX, PAR1, PAR
10、2其中： KCN-局部坐标系编号，此编号必须大于10，如果与既有编号相同，则将重新定义KCS-坐标系类型，0或CART为直角坐标系，1或CYLIN为柱坐标系，2或SPHE为球坐标系，3 或TORO为环坐标系。XC,YC,ZC-新坐标系原点在总体直角坐标系中的坐标。THXY,THYZ,THZX-新坐标系绕Z,X,Y轴的旋转角度，其正方向为：XY,YZ,ZX。PAR1-适用于椭圆、类似球体或环形系统，当KCS=1或2时，其值为椭圆Y轴半径与X轴半径之 比，缺省为1即圆。当KCS=3时，其值为环面的主半径。PAR2-仅适用于类似球体的系统，当KCS=2时，其值为椭球体Z轴半径与X轴半径之比，缺省为
11、1。例如：LOCAL,11,0,3,4,5,10,15,20-定义了局部坐标系号为11，原点为总体直角坐标系下的点（ 3,4,5），绕Z、X、Y轴旋转角度分别为10、15、20的直角坐标系。例如：LOCAL,12,1,0.8-定义了局部坐标系号为12，原点和方位与总体坐标系相同的柱坐标 系，但Y轴半径与X轴半径之比为0.8，用于定义椭圆。当KCN=2时，PAR2为Z轴半径与X轴 半径之比，用于椭球的定义。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS*通用有限元程序ANSYS及其应用11硕士研究生学位课程讲义（2013） 根据已有的三个节点定义局部坐标系命令：CS, KCN,
12、 KCS, NORIG, NXAX, NXYPL, PAR1, PAR2 根据已有的三个关键点定义局部坐标系命令：CSKP, KCN, KCS, PORIG, PXAXS, PXYPL, PAR1, PAR2 根据当前工作平面定义局部坐标系命令：CSWPLA, KCN, KCS, PAR1, PAR2例如：CSWPLA,12,1-定义的局部坐标系号为12，原点在工作平面 的坐标原点，其XY平面与工作平面相同，为柱坐标系。 根据激活的坐标系定义局部坐标系命令：CLOCAL, KCN, KCS, XL, YL, ZL, THXY, THYZ, THZX, PAR1, PAR2LECTURE ON
13、INTRODUCTION TO ANSYS*通用有限元程序ANSYS及其应用12硕士研究生学位课程讲义（2013） 删除局部坐标系命令：CSDELE, KCN1, KCN2, KCINC其中：KCN1-为要删除的局部坐标系的起始编号，如果KCN1=ALL，则其后参数 将忽略。KCN2-为要删除的局部坐标系的最终编号。KCINC-为编号的递增数值，缺省为1。例如：CSDELE,ALL-则删除了所有的局部坐标系。CSDELE,11,15,2-则 删除了11、13、15号局部坐标系。 查看激活坐标系和局部坐标系命令：CSLIST, KCN1, KCN2, KCINC例如：CSLIST,ALL-则列表
14、显示所有坐标系，并列出相关信息。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS*通用有限元程序ANSYS及其应用13硕士研究生学位课程讲义（2013）3.节点坐标系的旋转与修改 将某些节点的坐标系旋转到与当前激活坐标系（简称“当前坐标系”）方 向一致命令：NROTAT, NODE1, NODE2, NINC其中NODE1、NODE2、NINC -要旋转节点的起始号、末编号（缺省为 NODE1）及递增值（缺省值为1）。如NODE1=ALL则其后参数将被忽 略，NODE1也可为元件名。例如：NROTAT,3,6-使3,4,5,6节点的节点坐标系方向与当前坐标系方向相 同。 将既有
15、节点的节点坐标系旋转某个角度 命令：NMODIF, NODE, X, Y, Z, THXY, THYZ, THZXNODE-节点号、ALL或元件名称。X, Y, Z-该节 点的新坐标值。其余参数意义同前。例如：NMODIF,8,15-修改节点8的节点坐标系方向，使之绕Z轴旋转15 。LECTURE ON INTRODUCTION TO ANSYS*通用有限元程序ANSYS及其应用14硕士研究生学位课程讲义（2013）在创建节点时直接定义其坐标系的旋转角度命令：N, NODE, X, Y, Z, THXY, THYZ, THZX例如：N,4,1,2,4,10,15,30-表示新建4号节点在当前坐
16、标系中的坐标为1,2,4，其节点 坐标系绕Z,X,Y轴的角度分为10、15和30。 按方向余弦旋转节点坐标系 命令：NANG, NODE, X1, X2, X3, Y1, Y2, Y3, Z1, Z2, Z3 节点坐标系列表 命令：NLIST, NODE1, NODE2, NINC, Lcoord, SORT1, SORT2,SORT3Lcoord-坐标列表信息，缺省为全部信息，=COORD时仅列XYZ坐标。SORT1-用 于排序的第1项内容，可以是NODE,X,Y,Z,THXY,THYZ,THXZ。SORT2,SORT3- -用于排序的第2项和第3项内容，其内容同SORT1。例如：NLIST,3,9,3, THXY,THYZ,THXZ-列出节点3,6,9相对总体直角坐标系的旋转 角度。NLIST,3,9,3-则列出节点3,6,9所有信息。LECTU
