Abaqus 常见问题(14) - 旋转问题(3) - 速度与位移边界条件的区别

模拟复合旋转的另一种更为简便的方法是使用速度边界条件。因为施加速度边界条件时，不需要叠加先前分析步中施加的边界条件。接下来使用速度边界条件模拟上一文《Abaqus 常见问题(13) - 旋转问题(2) - 复合旋转》中的复合旋转问题。

1. 问题描述

如图所示，梁初始沿X轴放置，端点A与原点重合，固定其平移自由度；端点 B 绕不同的轴旋转三次：

1.端点B绕Z轴旋转 𝜙1=π/3；

2.端点B绕梁轴旋转 𝜙2=π/2；

3.端点B绕垂直于梁轴线的轴A旋转 𝜙3=π/2，使得最终梁与Z轴重合。

该问题在 Abaqus 中需要使用三个分析步来模拟。

2. 解决方法：使用全局坐标系指定速度边界条件

同样，需先正确地将旋转轴转换为以全局坐标轴表示的单位向量。

第一个旋转轴，使用全局坐标表示为

第二个旋转的梁轴线，使用全局坐标轴表示为

第三个旋转的轴 A，使用全局坐标轴表示为

则有，每一步的旋转可表示为：

因此，速度边界设置如下所示。

需要注意的是，此处的参考幅值是“Instantaneous”，即分析开始时，速度即为指定值。旋转量=速度*分析步总时间。

3. 结果

使用速度与位移边界条件模拟复合旋转的每个分析步结果对比如下所示，左图为速度结果，可以看到，所得结果是一致的。但显然施加速度边界条件更为方便。

动画显示：速度（左）和位移（右）

因此对于复合旋转，强烈建议使用速度边界条件，这比位移边界条件简单得多。