4．在ANSYS中如何旋转模型

问题：

在ANSYS中如何使模型绕指定轴线旋转一个角度。

答复：

办法有多种，基本方法是：首先选择（或创建）一个圆柱坐标系（可以是总体圆柱坐标系、局部圆柱坐标系或极坐标形式的工作平面坐标系），其z轴与指定轴线重合，然后对模型执行移动（MOVE）操作，“移动”方向为该圆柱坐标系的y轴，单位是角度（“度”或“弧度”，由角度单位确定-*afun命令）。

下面通过几个简单的例子来说明这一点。

例1

一个圆筒，其轴线与总体直角坐标系的x轴一致，现要求将模型旋转，使其轴线与总体直角坐标系的z轴一致，如图4-1所示。

图4-1 圆筒模型

为使圆筒的轴线与总体的z轴一致，需要将整个圆筒绕总体直角坐标系的y轴旋转90°。具体操作过程如下：

首先将当前坐标系设置为总体圆柱坐标系，在ANSYS中有两个总体圆柱坐标系，一个以z轴为轴线，坐标系编号为1，称为总体圆柱坐标系z；另一个以y轴为轴线，坐标系编号为5，称为总体圆柱坐标系y。

这里需要绕总体直角坐标系的y轴进行旋转，故应该将当前坐标系设置为以y轴为轴线的圆柱坐标系。在圆柱坐标系中，沿y方向的移动（Move），实际上就是绕坐标系轴线的旋转。所输入的移动距离即为旋转的角度，默认单位为“度”。

为此可以直接在命令小窗口输入：

        csys, 5

或者执行如下GUI操作（见图4-2）：

        Utility Menu > Workplane > Change Active CS to > Global Cylindrical Y

图4-2 将当前坐标系设置为总体圆柱坐标系y（csys,5）

查看图形窗口底部，可以看到csys=5，即当前坐标系已转换为5号坐标系——总体圆柱坐标系（轴线为总体y轴），如图4-3所示。

图4-3 检查GUI窗口底部显示的坐标系

然后进行模型的旋转，操作过程如下：

        Main Menu > Preprocessor > Modeling > Move / Modify > Areas > Areas > 在选择对话框中点击All >
    在Move … 对话框中，输入DY为 -90。

注：上述菜单路径中，Move/Modify之后的三项为选择要实施旋转的实体，本例的圆筒是Areas，且要旋转整个圆筒，故操作如上。如模型的具体情况不一样，需要根据自己的情况修改上述菜单路径。

GUI方式如图4-4所示。

图4-4 设置转动角度

查看旋转后的模型，可以看到：圆筒的轴线与总体直角坐标系的z轴一致，如图4-5所示。

图4-5 转动后的模型

例2：

圆筒轴线与总体直角坐标系的y轴一致，要求将其旋转到轴线与总体z轴一致。

首先输入以下命令流，创建所需的实体模型：

        fini
        /clear
        /prep7
        !＊
        k,1          ! 圆筒轴线上点 1
        k,2, ,100     ! 圆筒轴线上点 2
        l,1,2        ! 生成圆筒的轴线
        !＊
        WPSTYLE, , , , , , , ,1
        wpro, ,90.0,
        CYL4, , ,20
        VDRAG,       1, , , , , ,       1
        wpro, , -90.0,
        WPSTYLE, , , , , , , ,0
        Ldele, 1, , , 1
        lplot
        !＊

所生成实体模型如图4-6所示，其轴线与总体坐标系的y轴一致。

图4-6 初始模型

可以看到，为了将模型旋转为轴线与总体直角坐标系的z轴一致，需要将模型绕总体x轴旋转90°。

由于总体圆柱坐标系只有以总体z轴和总体y轴为轴线的圆柱坐标系，无法满足绕总体x轴旋转的要求。

为此，可以创建一个以总体x轴为局部z轴的局部圆柱坐标系，创建过程如下。

        Utility Menu > Workplane > Local Coodinate System > Create Local CS > By 3 Keypoints

菜单路径如图4-7所示。

图4-7 准备创建局部坐标系

对于实体选择对话框，选择如下3个KP点来生成一个局部坐标系，该坐标系的z轴与总体直角坐标系的x轴一致，如图4-8所示。

图4-8 使用3个关键点创建局部坐标系

在创建局部坐标系的对话框中，坐标系编号取默认值11，坐标系类型设置为Cylindrical（圆柱坐标系），如图4-9所示。

图4-9 设置局部坐标系的参数

然后，在局部坐标系11中对圆筒进行旋转（见图4-10）。

        Main Menu > Preprocessor > Modeling > Move/Modify > Volumes > 选择圆筒 > OK >弹出修改对话框

图4-10 在局部坐标系11中对圆筒进行旋转

在Move Volumes对话框中，输入DY为90（旋转90°，见图4-11）。

图4-11 设置旋转角度

旋转结果，圆筒的轴线与总体z轴一致（见图4-12）。

图4-12 旋转后的结构

例3

模型同例2（见图4-13），换一种做法——使用工作平面（WP）坐标系。

图4-13 原始模型

首先调出工作平面工具条（见图4-14）。

图4-14 调出工作平面工具条

显示工作平面坐标系：初始状态，工作平面坐标系是与总体直角坐标系一致的，如图4-15所示。

图4-15 显示工作平面坐标系

旋转工作平面坐标系，使其wz轴与总体x轴一致，如图4-16所示。

图4-16 旋转工作平面坐标系

为了看得清楚，可以修改窗口布局，将总体坐标系标志移到屏幕左下角，如图4-17所示。

图4-17 将总体坐标系标志移到屏幕左下角

执行Replot，可以清楚地看到wz与总体x轴一致，如图4-18所示。

图4-18 重新显示工作平面坐标系

为了在WP坐标系中进行模型的旋转，需要将WP坐标系改为极坐标系（对应三维情况为圆柱坐标系），如图4-19所示。

图4-19 将WP坐标系改为极坐标系

将WP坐标系设置为当前坐标系，如图4-20所示。

图4-20 将WP坐标系设置为当前坐标系

在WP坐标系中，选择圆筒进行旋转，如图4-21所示。

图4-21 在WP坐标系中旋转圆筒

在Move Volumes对话框中输入DY为90，即绕当前坐标系z轴旋转90°，如图4-22所示。

图4-22 设置旋转角度

旋转后的模型如图4-23所示。

图4-23 旋转后的模型

为看得清楚，关闭WP坐标系；将系统坐标系标志放回其原点，如图4-24所示。

图4-24 关闭WP坐标系并将系统坐标系标志放回原点

最终结果，圆筒的轴线与总体坐标系的z轴一致，如图4-25所示。

图4-25 关闭WP坐标系后的模型

多说几句：

（1）如果需要，也可以只旋转结构中的一部分实体，具体做法与前面类似，只是要求被旋转的实体不能与其他实体之间有公共的边界实体。例如，对于Volumes，不能有公共的Areas、Lines和Keypoints。

（2）如果被旋转的实体与其他实体之间有公共实体，不能直接进行旋转操作，此时可以用复制+删除来代替旋转操作：首先对需要旋转的实体进行复制操作，复制方式类似旋转操作，然后删除原来的实体。具体操作有一些技巧，感兴趣的用户不妨自己试试。