Системы координат 421

метричным конструкциям прикладываются неосесимметричные нагрузки. В этом случае можно использовать специальный тип элемента, называемый осесиммет-ричным гармоническим элементом, который позволяет создавать двухмерную (2D) модель осесимметричной конструкции с неосесимметричной нагрузкой. Специальные требования.для осесимметричных моделей включают:

- ось симметрии должна совпадать с осью Y глобальной декартовой системы координат;

- отрицательные координаты узлов по оси X не допускаются;

- направление Y глобальной декартовой системы координат соответствует осевому направлению, направление X глобальной декартовой системы координат соответствует радиальному направлению, и направление Z глобальной декартовой системы координат соответствует окружному направлению.

Модель должна быть создана из элементов соответствующего типа:

- для осесимметричных моделей используются применяемые двухмерные (2D) твердотельные элементы со значением признака KEYOPT(3) = 1 и (или) осесимметричные оболочки. Кроме того, в модель, содержащую осесимметричные твердотельные элементы или оболочки, можно включать различные связи, контакты, комбинации и элементы поверхностных эффектов.

3.3. Системы координат

Комплекс ANSYS имеет несколько типов систем координат, используемых для разных целей:

- глобальные и локальные системы координат, использующиеся для указания места расположения объектов (узлов, точек и т. п.) в пространстве;

- дисплейные системы координат, использующиеся для просмотра объектов;

- узловые системы координат, использующиеся для определения направлений степеней свободы в узлах и направления узловых расчетных результатов;

- элементные системы координат, использующиеся для определения направления свойств материалов и направления элементных расчетных результатов;

- системы координат результатов, использующиеся для преобразования узловых и элементных результатов к виду, требующемуся для просмотра в текстовом и графическом вариантах, а также для иных операций в препроцессоре POST1.

Глобальные и локальные системы координат используются для определения положения геометрических объектов. По умолчанию координаты узла или точки считаются определенными в глобальной декартовой системе координат. Для ряда моделей удобнее определять координаты в системе координат, отличающейся от глобальной декартовой. Комплекс ANSYS позволяет использование

любой из трех предварительно определенных систем координат и любого числа систем координат, созданных пользователем (локальных).

Глобальные системы координат могут рассматриваться в качестве рекомендуемых систем координат. Комплекс ANSYS имеет три предварительно установленные системы координат - декартову, цилиндрическую и сферическую. Все три системы являются правыми и, по определению, имеют общую точку начала Системы координат различаются номерами: 0 - для декартовой, 1 - для цилиндрической и 2 - для сферической системы координат.

Во многих случаях может оказаться необходимым создание пользовательских систем координат, которые отличаются от глобальных систем координат точкой начала или направлением осей. Подобные системы координат, именуемые локальными, создаются перечисленными ниже командами.

Команда создания локальной системы координат

на основе глобальной декартовой системы координат LOCAL

Вызов из выпадающего меню:

Utility Menu => WorkPlane => Local Coordinate Systems => Create Local CS => At Specified Loc.

Команда создания локальной системы координат путем использования существующих узлов CS

Вызов из выпадающего меню:

Utility Menu => WorkPlane => Local Coordinate Systems => Create Local CS => By 3 Nodes.

Команда создания локальной системы координат путем использования существующих точек CSKP

Вызов из выпадающего меню:

Utility Menu => WorkPlane => Local Coordinate Systems => Create Local CS => By 3 Keypoints.

Команда создания локальной системы координат

с началом в начале существующей рабочей плоскости CSWPLA

Вызов из выпадающего меню:

Utility Menu => WorkPlane => Local Coordinate Systems => Create Local CS => At WP Origin.

Команда создания локальной системы координат на основе действующей системы координат CLOCAL. Изменю не вызывается.

После определения локальной системы координат она становится действующей (активной). Поскольку создается локальная система координат, она должна иметь номер (CS) 11 или больше. Создание и удаление локальной системы координат можно производить при работе с любым модулем ANSYS. Для удаления локальных систем координат применяется указанная ниже команда.

Системы координат 423

Команда удаления локальной системы координат CSDELE

Вызов из выпадающего меню:

Utility Menu => WorkPlane => Local Coordinate Systems => Delete Local CS.

Для просмотра всех имеющихся глобальных и локальных систем координат применяется команда CSLIST

Вызов из выпадающего меню:

Utility Menu => List => Other => Local Coord Sys.

Локальные системы координат могут быть декартовыми, цилиндрическими или сферическими, аналогично трем предопределенным системам координат. Следует обратить внимание, что цилиндрические и сферические системы координат могут быть круговыми и эллиптическими. Дополнительно можно создать торовую систему координат.

Пользователь может определить неограниченное число систем координат, но действующей будет только одна из них. Выбор активной системы координат проводится описанным ниже образом. Первоначально, по умолчанию, активной является глобальная декартова система координат. Каждый раз при определении локальной системы активной становится последняя созданная система. Для активизации одной из глобальных или локальных систем координат используется описанная ниже команда.

Команда активизации системы координат CSYS

Вызов из выпадающего меню:

Utility Menu => Change Active CS to => Global Cartesian. Utility Menu => Change Active CS to Global Cylindrical. Utility Menu => Change Active CS to => Global Spherical. Utility Menu => Change Active CS to => Specified Coord Sys. Utility Menu => Change Active CS to => Working Plane.

Активизацию локальной системы координат можно производить при работе с любым модулем ANSYS. Однажды активизированная система координат продолжает оставаться активной до тех пор, пока не будет в явном виде активизирована другая.

В то время как глобальные и локальные системы координат способствуют созданию геометрических объектов, узловая система координат ориентирует направления степеней свобод в каждом узле. Каждый узел имеет свою собственную узловую систему координат, которая по умолчанию параллельна декартовой глобальной системе (независимо от активной системы координат, в которой узел был создан). Возможное вращение узловой системы координат в любом узле в требуемом направлении производится описанными ниже методами.

Вращение узловой системы координат в активную систему координат. В результате оси абсцисс (X), ординат (Y) и аппликат (Z) узловой системы координат становятся параллельными соответствующим осям активной системы координат.

Команда NROTAT

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Create => Nodes => -Rotate Node CS - To Active CS.

Main Menu => Preprocessor => Move/Modify => -Rotate Node CS - To Active CS.

Поворот узловой системы координат на углы, задаваемые пользователем. Поскольку в явном виде эти углы обычно неизвестны, применение команды NROTAT может оказаться удобнее. Углы поворота можно указывать во время создания узла (команда N) или для уже существующих узлов (команда NMODIF).

Команда N

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Create => Nodes => In Active CS.

Команда NMODIF

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Create > Nodes => -Rotate Node CS - By Angles. Main Menu => Preprocessor => Move/Modify => -Rotate Node CS - By Angles.

Команда вращения узловой системы координат

при помощи направляющих косинусов (косинусов углов между осями) NANG

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Create => Nodes => -Rotate Node CS - By Vectors. Main Menu Preprocessor => Move/Modify -Rotate Node CS - By Vectors.

Команда просмотра углов поворота узловой системы координат относительно осей глобальной координатной системы NLIST

Вызов из экранного меню:

Utility Menu => List => Nodes.

Utility Menu => List => Picked Entities => Nodes.

Каждый элемент имеет свою собственную систему координат - элементную систему координат, которая определяет направление осей свойств ортотропных материалов, приложенных давлений и результатов (напряжений и деформаций) для этого элемента. Все элементные системы являются правыми ортогональными системами координат.

Заданные по умолчанию направления для большинства элементных систем координат соответствуют следующим условиям:

- система координат элементов, создаваемых на линии, имеет ось X, направленную от узла I к узлу J;

- система координат элементов оболочки обычно имеет ось X, направленную от узла I к узлу J, ось Z, направленную по нормали к поверхности оболочки (положительное направление нормали определяется по правилу правой руки при обходе узлов от I через J к К), и ось Y, перпендикулярную к осям XhZ;

Системы координат 425

- для двухмерных (соответствующих плоскому напряженному и деформированному, а также осесимметричному НДС) и трехмерных конечных элементов элементная система координат обычно параллельна глобальной декартовой системе.

Существуют элементы, не соответствующие данным условиям. Подробности см. в описаниях элементов, в пунктах, посвященных заданной по умолчанию системе координат элементов.

Многие элементы имеют опции настройки свойств (KEYOPT, указываемые при выборе типа элемента командой ЕТ или особой командой KEYOPT), которые позволяют изменять заданное по умолчанию направление элементной системы координат. Для КЭ, создаваемых на поверхностях или в объеме, можно установить элементную систему координат параллельной предварительно созданной локальной системе координат.

Команда создания элементной системы координат ESYS

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => -Attributes-Define => Default Attribs.

Main Menu => Preprocessor => Create => Elements => Elem Attributes.

Если одновременно указаны настройки KEYOPT и применена команда ESYS, далее используются данные, указанные через ESYS. Для ряда элементов можно определить дальнейший поворот элементной системы координат относительно предыдущей ориентации путем указания угла поворота (см., например, описание параметра ТНЕТА для элемента SHELL63).

Выходные данные (результаты), вычисляемые в ходе решения, состоят из перемещений (UX, UY, ROTX и т. д.), градиентов (TGX, TGY и т. д.), напряжений (SX, SY, SZ и т. д.), деформаций (EPPLX, EPPLXY и т. д.) и т. п. Эти данные хранятся в базе данных и в файле результатов в узловой системе координат (первичные, или узловые, результаты) и в элементной системе координат (производные, или элементные, результаты). При представлении результатов они переводятся в активную систему координат результатов (которая является по умолчанию глобальной декартовой системой) для изображения, просмотра в текстовом виде и сохранения в элементных таблицах (команда ETABLE).

Допустимо изменение активной системы координат результатов на другой ее тип (например, на глобальную цилиндрическую систему, на локальную систему координат или на систему координат, используемую в ходе решения, - узловую или элементную). При просмотре, изображении или оперировании результатами таковые переводятся в используемую систему координат. Для изменения системы координат результатов используется указанная ниже команда.

Команда изменения системы координат результатов RSYS

Вызов из экранного меню:

Main Menu => General Postproc => Options for Output.

Вызов из выпадающего меню:

Utility Menu => List => Results => Options.

Подробности использования перевода результатов в различные системы координат см. в описании постпроцессора POST1.

3.4. Создание

геометрических моделей

Цель использования геометрической модели заключается в освобождении пользователя от трудоемкой операции создания сложной конечноэлементной модели путем прямой генерации элементов. Ниже приведен краткий обзор способов создания геометрических моделей и формирования сетки, который может использоваться для ускорения процесса генерации окончательной расчетной модели.

Создание модели снизу вверх: точки, определяющие углы и концы ребер модели, являются геометрическими объектами самого низкого уровня. При создании модели сначала создаются точки, которые далее используются для создания геометрических объектов более высокого порядка (то есть линии, поверхности и объемы), и этот процесс называется созданием модели снизу вверх. Следует учитывать, что модели, сформированные снизу вверх, определяются в текущей системе координат.

Создание модели сверху вниз: комплекс ANSYS предоставляет возможность создания модели путем использования геометрических объектов, которые полностью определяют создаваемые линии, поверхности и объемы. Поскольку создается примитив, комплекс автоматически формирует все объекты более низкого уровня, связанные с ним. Если моделирование начинается с создания примитивов, такой процесс называется созданием геометрической модели сверху вниз. Пользователь может комбинировать оба метода для создания любой модели. Следует помнить, что геометрические объекты можно создавать в рабочей плоскости, а при работе методом снизу вверх геометрические объекты создаются в активной системе координат. При одновременном использовании обоих методов следует использовать команды CSYS.WP или CSYS,4 для согласования рабочей плоскости и системы координат.

Использование булевских операций: имеются возможности формирования геометрической модели, используя пересечение, вычитание и другие булевы операции. Булевы операции позволяют работать непосредственно с геометрическими объектами высокого уровня для создания геометрии сложной формы. В булевых операциях можно использовать объекты, полученные как моделированием сверху вниз, так и снизу вверх.

Перемещение и вращение: булевы операции, несмотря на их удобство, могут оказаться требовательными к ресурсам или трудоемкими. Иногда модель с большим удобством может быть получена перемещением или вращением объектов.

Перемещение и копирование объектов геометрической модели: созданные поверхности или объемы сложной формы могут быть перенесены, повернуты и копированы в другое место модели. Расположение геометрических объектов в требуемых местах путем их перемещения может оказаться более удобным, чем изменение рабочих плоскостей.

Приложение нагрузок к геометрической модели: в комплексе ANSYS нагрузки обычно связаны с узлами и элементами. Однако при использовании геометрической модели приложение нагрузок к узлам и элементам может оказаться неудобным. Для удобства пользователя нагрузки могут прикладываться непосредственно к геометрической модели. После вызова процедуры расчета (команда SOLVE) комплекс автоматически передаст нагрузки с геометрической модели в расчетную модель.

3.4.1. Создание геометрической модели снизу вверх

Любая геометрическая модель, созданная как снизу вверх, так и сверху вниз, со-, стоит из точек, линий, поверхностей и объемов.

Точки являются вершинами и концами линий, линии - ребрами, поверхности - гранями, объемы - твердотельными геометрическими объектами. Следует обратить внимание, что у объектов имеется иерархия - объемы, объекты самого высокого уровня, ограничены поверхностями, поверхности ограничены линиями, линии основаны на конечных точках.

3.4.1.1. Точки

При создании геометрической модели снизу вверх формирование геометрических объектов начинается с объектов самого низкого уровня - точек. Точки создаются в активнбй (действующей в текущий момент) системе координат. Далее создаются линии, поверхности и объемы, включающие данные точки. Создание объектов исключительно снизу вверх во всех случаях необязательно. Создавать поверхности и объемы можно непосредственно по точкам, используя таковые для указания вершин. Промежуточные объекты будут созданы автоматически по мере необходимости. Например, при создании шестигранного объема на основе восьми угловых точек ограничивающие его поверхности и линии определяются автоматически.

Комплекс ANSYS обеспечивает различные способы создания точек.

Команда создания одной точки К

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Create => Keypoints => In Active CS. Main Menu => Preprocessor => Create => Keypoints => On Working Plane.

Команда создания точки в указанном месте существующей линии KL

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Create => Keypoints => On Line.

Main Menu => Preprocessor => Create => Keypoints => On Line w/Ratio.

После создания исходных точек дополнительные можно создавать путем использования перечисленных ниже методов. Многие булевы команды также создают дополнительные точки.

Команда создания новой точки в промежутке между двумя существующими точками KBETW

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Create => Keypoints КР between KPs.

Команда создания новых точек в промежутке между двумя существующими точками KFILL Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Create => Keypoints => Fill between KPs.

Команда создания новой точш в центре дуги, определенной по трем точкам KCENTER Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Create => Keypoints => КР at Center.

Команда создания новых точек на основе набора исходных точек (копирование) KGEN

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Copy => Keypoints.

Команда создания новых точек путем масштабирования существующих точек KSCALE

Вызов из меню: из меню не вызывается.

Команда создания новых точек путем зеркального отражения существующих точек KSYMM

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Reflect => Keypoints.

Команда переноса точек в другую систему координат KTRAN

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Move/Modify => Transfer Coord => Keypoin

Команда определения координатновой точки по умолчанию SOURCE Вызов из меню: из меню не вызывается.

Команда вычисления координат пересечения объектов и создания на пересечении точки KMOVE

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Move/Modify => To Intersect.

Команда создания точки с координатами существующего узла KNODE

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Create Keypoints => On Node.

Просмотр, выбор и уничтожение точек проводятся перечисленными ниже командами.

Команда просмотра точек в текстовом режиме KLIST

Вызов из выпадающего меню:

Utility Menu => List => Keypoints => Coordinates+Attributes. Utility Menu => List => Keypoints => Coordinates only. Utility Menu List => Keypoints => Hard Points.

Utility Menu => List Picked Entities => Keypoints => Coordinates Only. Utility Menu => List => Picked Entities => Keypoints => Coords +Attributes.

Команда просмотра точек в графическом режиме KPLOT

Вызов из выпадающего меню:

Utility Menu Plot Keypoints.

Utility Menu => Plot => Specified Entities => Keypoints.

Команда выбора точек (работа с активным набором) KSEL

Вызов из выпадающего меню:

Utility Menu => Select => Entities.

Команда удаления точек,

не содержащих узлов и элементов KDELE

Вызов из экранного меню:

Main Menu Preprocessor => Delete Keypoints.

При использовании команды /PNUM.KRl (или, из экранного меню, Utility Menu => PlotCtrls => Numbering) номера точек, входящих в состав объектов высшего уровня, будут отображаться при визуализации линий, поверхностей и объемов командами LPLOT, APLOT и VPLOT.

Комплекс ANSYS имеет следующие дополнительные возможности для работы с точками.

Команда вычисления расстояния между двумя точками KDIST

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => -Modeling-Check Geom => KP distances.

Команда изменения координат существующей точки (то есть перемещения точки в новое место)

Вызов этой команды приводит к очистке сетки на любых объектах, в состав которых входит указанная точка, и изменению формы объектов более высокого уровня, включающих точку. Точка также может быть заменена командой К, но эта команда распространяется на точки, не входящие в состав других геометрических объектов, не имеющих узлов и элементов.

Команда KMODIF

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Move/Modify => Set of KPs.

Main Menu => Preprocessor => Move/Modify => Single KP.

Твердые точки (подкрепления) являются специальным типом точек. Они могут применяться для приложения нагрузок или для просмотра результатов на линиях и поверхностях модели. Твердые точки не влияют на геометрию или топологию модели. Большинство команд, применяемых для точек, например FK, KLIST и KSEL, применяются и к твердым точкам. Кроме того, для твердых точек имеется набор команд и опций, применяемых при работе с меню.

Если применяются любые команды, модифицирующие геометрию объекта, типа булевых команд или команд упрощения геометрии, все твердые точки, связанные с объектом, удаляются. Поэтому твердые точки следует создавать после завершения формирования геометрической модели. При удалении исходного геометрического объекта связанные с ним твердые точки подвергаются следующим действиям:

- твердые точки удаляются вместе с объектами (если не связаны со смежными объектами);

- отделяются от удаленного объекта (если связаны со смежными объектами).

Твердые точки можно создавать на существующих линиях или поверхностях. В обоих случаях положение твердых точек производится следующим образом:

- прямым указанием мышью (не применяется для моделей, импортированных посредством файла IGES);

- определением относительного положения (применяется только для линий);

- указанием координат X,Y и Z в глобальной системе координат.

Для создания жестких точек используются перечисленные ниже способы.

Команда создания твердых точек на существующей линии HPTCREATE

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Create => Keypoints => Hard PT on Line => Hard PT by ratio

Main Menu => Preprocessor => Create => Keypoints => Hard PT on Line => Hard PT by coord.

Main Menu => Preprocessor => Create => Keypoints => Hard PT on Line => Hard PT by picking.

Команда создания твердых точек на существующей поверхности HPTCREATE

Вызов из экранного меню:

Main Menu => Preprocessor => Create => Keypoints => Hard PT on area => Hard PT by ratio