彈托彈芯結(jié)構(gòu)接觸靜力學(xué)分析

元計(jì)算

1、問(wèn)題描述：
' O+ h5 v2 K' W. w! \1 b彈托彈芯結(jié)構(gòu)具有軸對(duì)稱性，取總體的四分之一進(jìn)行分析，幾何模型如下圖所示。
4 u! A1 v$ I1 n7 U共有兩種材料：外圍彈托為金屬鋁材料結(jié)構(gòu)，內(nèi)部彈芯為金屬鎢材料結(jié)構(gòu)，兩種材料結(jié)構(gòu)之間鋸齒狀嚙合緊密。
, @: u" L( y% H( A9 s& E, ^( w
0 f% |4 {) T" d: m
: _& q* v8 {9 M8 W圖1  計(jì)算模型剖面圖   （單位：mm）
+ l, l4 X, A# L, J$ c
5 h2 b' J! O5 V, j) I- C
( g+ F: J7 S- X0 _6 ^1 Q$ D- c圖2  計(jì)算模型側(cè)視圖
2、材料參數(shù)：
只有兩種材料：鋁和鎢。
% J. D6 X, E. O' P4 N5 S/ \表1  材料參數(shù)取值
7 o+ B8 V5 }1 I+ V5 Z2 I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
  b0 t+ I2 ]+ h/ z5 Y金屬鎢        3.6×105        0.346        17.6        0        0        0
8 _" d) v, z2 D& c' M9 H5 _3、邊界條件：
' L' C$ b% p" g% A% j, d+ {6 W  V% s由于結(jié)構(gòu)的軸對(duì)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(jié)構(gòu)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。


9 x. ]: W) A, n5 E& V+ |
4 I9 M' `/ i& g6 V+ k$ E/ {$ O, H9 N0 h$ c
, _. B, a) |4 v! }+ l1 I- `& V+ Z( e圖3  位移邊界條件


金屬鎢結(jié)構(gòu)沿軸向的頂面和底面，以及金屬鋁結(jié)構(gòu)外表面、金屬鎢結(jié)構(gòu)外表面的局部位置施加應(yīng)力邊界條件（如下圖應(yīng)力邊界條件所示中“藍(lán)色”面）。

$ w( n7 H* I0 e. E- K3 C: N
圖4  應(yīng)力邊界條件
4、計(jì)算方案
" Y4 f% v6 B! w0 ~5 y" S設(shè)計(jì)了兩種計(jì)算方案，施加不同的應(yīng)力邊界。
對(duì)照?qǐng)D4（本頁(yè)）中應(yīng)力邊界條件的施加，兩種方案如下表：
表2  不同計(jì)算方案下的應(yīng)力邊界
; `. O* [# U; {邊 界        應(yīng)力邊界1        應(yīng)力邊界2        應(yīng)力邊界3
單 位        N/ mm 2        N/ mm 2        N/ mm 2
方案1        362        800        600
方案2        362        200        362
1 S" T2 A8 t/ w8 Z注：“應(yīng)力邊界1”對(duì)應(yīng)圖4中的“藍(lán)色”邊界“1”；
0 V8 M4 R, ]* B“應(yīng)力邊界2”對(duì)應(yīng)圖4中的“綠色”邊界“2”；
“應(yīng)力邊界3”對(duì)應(yīng)圖4中的“黃色”邊界“3”；
應(yīng)力邊界以正值“+”為“壓應(yīng)力”，負(fù)值“-”為“拉應(yīng)力”。
, i4 D0 G. x% `; D1 o& D: g5、網(wǎng)格離散
采用四節(jié)點(diǎn)四面體單元剖分三維網(wǎng)格。
剖分結(jié)果：節(jié)點(diǎn)總數(shù)：18,379；
4 |: o, ~# c& j! d# A5 z          單元總數(shù)：87,318。
網(wǎng)格質(zhì)量良好。
* D. z, g: J  e5 p/ l. o   

圖5  三維網(wǎng)格圖
  U; L9 r) E; L. d$ z
( Q1 c1 a9 v! J3 N4 \$ i
: ]- D; l; K2 V8 }" k4 e+ b6、計(jì)算結(jié)果
位移：
2 G: F, K8 `4 x3 K在應(yīng)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）。
0 g. L& h1 s+ p

9 l. R% V4 k1 a. u+ p! J6 c- \( f圖6  沿軸向變形云紋圖  （單位：mm）


$ h* e% X) i7 p  j* p圖7  剖面變形前后對(duì)照?qǐng)D
# d3 r2 Q3 M0 `: v應(yīng)力
8 n$ s) ?; o/ c# |$ N4 d7 q) T最大拉應(yīng)力1552 MPa（如圖8中的“紅色”部位），最大壓應(yīng)力3110 MPa（如圖9中的“藍(lán)色”部位）。

圖8  第一主應(yīng)力云紋圖  （單位：N/mm2）
# P; I" Z: b: p# ]0 E7 O4 D. ~
4 ?( E$ O0 y, a2 f9 Z
3 [2 ^. w) }3 }# [) V- c+ D- b/ t
圖9  第三主應(yīng)力云紋圖  （單位：N/mm2）
" u1 S8 G$ P4 v: v

圖10  剖面第三主應(yīng)力云紋圖  （單位：N/mm2）
3 A# K: F3 O" e0 B0 b7、考慮部分接觸計(jì)算
! C& P4 Y, T0 o/ ?2 W前述兩方案中均假定彈托與彈芯之間鋸齒狀嚙合緊密，無(wú)相對(duì)變形。
2 r4 v" o, e( q) s0 U: Q2 P, {& \/ k本計(jì)算認(rèn)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。


圖11  縫隙分布圖
5 {( I$ t. s  w# [% m計(jì)算位移結(jié)果：
1 ~" r; U/ _6 N; p3 g在應(yīng)力邊界作用下，軸向最大位移為0.005 mm（如圖12中的“藍(lán)色”部位）。
2 `% I/ {. O& \9 w8 k4 f7 d
# ]7 k6 N3 ~7 [( n
. v  U# G2 b9 f7 x2 F
圖12 沿軸向變形云紋圖  （單位：mm）
計(jì)算應(yīng)力結(jié)果：
: J2 q8 j: V3 @$ H( l最大拉應(yīng)力681 MPa（如圖13中的“紅色”部位），最大壓應(yīng)力3202 MPa（如圖14中的“藍(lán)色”部位）。


& p- w- K5 j( ~. f+ T
& i) p1 V$ k2 e) J, G! V: p: Q8 E圖13  第一主應(yīng)力云紋圖  （單位：N/mm2）



" a3 g( o6 [, {  ~圖14  第三主應(yīng)力云紋圖  （單位：N/mm2）

2 h/ ^* z- J# O* W
圖15  剖面第三主應(yīng)力云紋圖  （單位：N/mm2）
( I. t$ u% m% t. T% |

馮霜杰

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yuguang2008

圖4，應(yīng)力邊界條件怎么沒(méi)看到？
3 e5 l# s5 q* ?8 c

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(yīng)力嗎？

mixin0756

穿甲彈

咪嗪

感覺(jué)能看懂了點(diǎn)，根據(jù)顏色不同，受力不同，呈現(xiàn)的效果最大應(yīng)力不同計(jì)算材質(zhì)和物體的形狀是否達(dá)到要求，LZ是不是這個(gè)意思。。

逍遙處士

超靜定配合，對(duì)精度的要求很高。只是樓主的結(jié)構(gòu)，內(nèi)芯不知道是怎么裝進(jìn)去的？

eddyzhang

剛好有個(gè)例子，看看對(duì)你有什么啟發(fā)沒(méi)有。