彈托彈芯結構接觸靜力學分析

元計算

1、問題描述：
4 X# N8 h  U! j8 l# p彈托彈芯結構具有軸對稱性，取總體的四分之一進行分析，幾何模型如下圖所示。
共有兩種材料：外圍彈托為金屬鋁材料結構，內部彈芯為金屬鎢材料結構，兩種材料結構之間鋸齒狀嚙合緊密。
; Q$ v: L" q" a

: ]5 A& I+ Z: S' R  w圖1  計算模型剖面圖   （單位：mm）
# v5 C. i$ O/ |; [" s6 z7 r
  |! Q+ v! [) P8 Z) ~' _- a
圖2  計算模型側視圖
$ V! f9 f$ J& D8 P# w  ^# E2、材料參數(shù)：
/ m- U7 j2 L* T只有兩種材料：鋁和鎢。
表1  材料參數(shù)取值
參 數(shù)        彈性模量E        泊松比        密 度        X向加速度        Y向加速度        Z向加速度
單 位        N/mm2                g/cm3        mm/s2        mm/s2        mm/s2
金屬鋁        1.03×107        0.33        2.7        0        0        0
金屬鎢        3.6×105        0.346        17.6        0        0        0
3、邊界條件：
# Z$ v; |) \; k  ~# U8 P7 V' z由于結構的軸對稱性，因此在四分之一剖切面處施加法向位移約束，另外在金屬鋁結構外表面兩處位置（如下圖位移邊界條件所示中“黃色”面）施加沿軸向的位移約束邊界條件。
0 c0 J' y& K' M* P% ^. b! d
) P7 v2 q0 [; ~( E4 t' I- B


2 `& r" X1 Q1 m) \. \圖3  位移邊界條件
$ I* T8 b) \- j5 E

金屬鎢結構沿軸向的頂面和底面，以及金屬鋁結構外表面、金屬鎢結構外表面的局部位置施加應力邊界條件（如下圖應力邊界條件所示中“藍色”面）。


/ g2 l4 q. b: U" M# q3 L: `圖4  應力邊界條件
1 j% d6 l& x. u8 M4 E$ R8 J4、計算方案
設計了兩種計算方案，施加不同的應力邊界。
( V$ i* a. n, R: H, E對照圖4（本頁）中應力邊界條件的施加，兩種方案如下表：
. a; R7 ~7 c; ~" {表2  不同計算方案下的應力邊界
3 [( J2 N* s& o! F邊 界        應力邊界1        應力邊界2        應力邊界3
單 位        N/ mm 2        N/ mm 2        N/ mm 2
方案1        362        800        600
% Z8 ~: R$ C/ K方案2        362        200        362
7 T8 u- T4 c2 v# v0 g" h注：“應力邊界1”對應圖4中的“藍色”邊界“1”；
“應力邊界2”對應圖4中的“綠色”邊界“2”；
% a# F& r$ {/ M  K) G' G1 n+ x3 ?“應力邊界3”對應圖4中的“黃色”邊界“3”；
0 W, Q2 t. F# K7 @: c/ W應力邊界以正值“+”為“壓應力”，負值“-”為“拉應力”。
' |; C" S% F9 @4 O9 w: _% g5、網(wǎng)格離散
9 L* F" v  _5 K8 [7 a采用四節(jié)點四面體單元剖分三維網(wǎng)格。
' G9 x# `# R8 d5 f% y; D# r" v. {' ^剖分結果：節(jié)點總數(shù)：18,379；
6 L, o. v3 h0 }& k          單元總數(shù)：87,318。
網(wǎng)格質量良好。
   
6 v* \2 W9 n8 V/ q/ `8 P  b% k& b( r6 D
, ^: }. l% V5 e4 P圖5  三維網(wǎng)格圖
, O, k* }2 v3 w3 r, r2 u
. Y2 o2 [# E" o
6、計算結果
; O/ P& m4 u* v/ k$ N$ l位移：
( R! d% x& a# J  c* S2 S在應力邊界作用下，軸向最大位移為0.017 mm（如圖6中的“紅色”部位）。
, y: ]1 o3 e/ D

圖6  沿軸向變形云紋圖  （單位：mm）


) ]7 K' M: J! @9 ]% y& i7 n& Y圖7  剖面變形前后對照圖
2 f/ E. Q. o" u3 t應力
最大拉應力1552 MPa（如圖8中的“紅色”部位），最大壓應力3110 MPa（如圖9中的“藍色”部位）。

圖8  第一主應力云紋圖  （單位：N/mm2）
4 x, H8 }4 X  M7 K& L
- C% y9 D# W) q2 t, \
4 ]+ V9 k3 D; q% L
圖9  第三主應力云紋圖  （單位：N/mm2）
5 I0 q/ l6 I. r

9 g' Y; X+ {8 N& i圖10  剖面第三主應力云紋圖  （單位：N/mm2）
7、考慮部分接觸計算
前述兩方案中均假定彈托與彈芯之間鋸齒狀嚙合緊密，無相對變形。
本計算認為彈托與彈芯之間部分嚙合緊密，而部分則存在縫隙，如圖11，共在11處布置了寬度為0.01 mm的縫隙。
+ M+ N! w7 c) |" k7 V" F& T
' V4 X  [! M% M7 ]
# {! D4 ~9 Q- c+ X- U圖11  縫隙分布圖
計算位移結果：
在應力邊界作用下，軸向最大位移為0.005 mm（如圖12中的“藍色”部位）。



0 o' M% x6 N6 ?6 ^# E- L: o圖12 沿軸向變形云紋圖  （單位：mm）
計算應力結果：
9 M9 u  C* R1 q, @* t4 e最大拉應力681 MPa（如圖13中的“紅色”部位），最大壓應力3202 MPa（如圖14中的“藍色”部位）。
0 s; W7 o; ?( a7 w6 }7 u+ q
( p3 H+ c; q/ B; v5 N9 h8 @
# _5 j) Y: r3 G. P' }! x7 W
圖13  第一主應力云紋圖  （單位：N/mm2）



圖14  第三主應力云紋圖  （單位：N/mm2）


圖15  剖面第三主應力云紋圖  （單位：N/mm2）

馮霜杰

收藏慢慢研究學習！

yuguang2008

圖4，應力邊界條件怎么沒看到？

- A2 J* b3 G3 h0 d8 t  W) K: G: @( n

eddyzhang

不知道你用的材料是不是特殊材料。鋁合金能承受這么大的拉應力嗎？

mixin0756

穿甲彈

咪嗪

感覺能看懂了點，根據(jù)顏色不同，受力不同，呈現(xiàn)的效果最大應力不同計算材質和物體的形狀是否達到要求，LZ是不是這個意思。。

逍遙處士

超靜定配合，對精度的要求很高。只是樓主的結構，內芯不知道是怎么裝進去的？

eddyzhang

剛好有個例子，看看對你有什么啟發(fā)沒有。
; T1 @: J- L- C( `, f