彈托彈芯結構接觸靜力學分析

元計算

1、問題描述：
% {$ s! X' q( s  c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。
& _6 D7 B, ]- i
, g1 i" L: X4 t+ |' _
圖1  計算模型剖面圖   （單位：mm）
& W( m! E- P4 T$ C& G( A

/ \1 W8 G! L9 S圖2  計算模型側視圖
9 k! T# ?- o2 O- W2、材料參數：
' m7 ~& f5 s* X  _只有兩種材料：鋁和鎢。
7 B$ x' E' z2 O6 T4 ]: \$ A& N' H2 q/ Z表1  材料參數取值
參 數        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
( ~5 ~% J) }! \- T5 Z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：
2 I+ E; I2 |( r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。
% s' l/ T/ k/ l' [' g
+ H( F. n- j3 M) D" z2 G: i
. r; R# K% g- B9 }, @: `( H
& C, s! s2 D5 A& `: V) k3 x
. o% U* t/ O! m圖3  位移邊界條件


" m6 \* i9 j) s3 @" Y/ }! n3 {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）。

4 |) B, C! m/ u/ G
2 N) s( b  Z( R: ~: I' u圖4  應力邊界條件
9 j* Q. F. ~% p1 X( h+ {3 w; V1 g4、計算方案
設計了兩種計算方案，施加不同的應力邊界。
對照圖4（本頁）中應力邊界條件的施加，兩種方案如下表：
表2  不同計算方案下的應力邊界
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
# l- D+ f8 G; G# S方案2        362        200        362
注：“應力邊界1”對應圖4中的“藍色”邊界“1”；
) l) y; D$ R' r& G. j“應力邊界2”對應圖4中的“綠色”邊界“2”；
“應力邊界3”對應圖4中的“黃色”邊界“3”；
應力邊界以正值“+”為“壓應力”，負值“-”為“拉應力”。
/ S" L. i. {$ P! E+ D5、網格離散
  S# j( v9 B6 Y  E( \采用四節點四面體單元剖分三維網格。
剖分結果：節點總數：18,379；
          單元總數：87,318。
網格質量良好。
   

& U, t/ h" M5 y$ @" o' e/ {圖5  三維網格圖
" h" ~: T9 O2 S& F. S% s/ b5 ?

6、計算結果
位移：
! @5 m% {+ G5 y/ I) b* `% D1 }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）。


圖6  沿軸向變形云紋圖  （單位：mm）
! S% W! ^5 Q5 C5 A
4 K# Z& i3 e- y( v/ }& n
+ m1 N" s( ~/ j5 I1 m3 D圖7  剖面變形前后對照圖
- Q; y1 h, A6 f應力
# w% R5 K8 [  i* s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）

6 j% J- G9 c  _/ Y1 ~+ R' f

圖9  第三主應力云紋圖  （單位：N/mm2）
% T8 k: B; o0 J7 T2 r  F3 P

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
7 C- C3 |3 v1 R8 H9 N8 W  G( 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。
/ V1 W  ]; j& t
: m; i4 |3 O! ?" b& Y, d
1 u" `1 ]/ @. f' a7 }圖11  縫隙分布圖
! u7 y# Z! l. K1 F# O, ~% I3 H計算位移結果：
6 G* g0 M: W) y! y) k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）。


- {) Y! r8 e+ u  ]6 G
! v" Z# X2 G9 k. K  x( G圖12 沿軸向變形云紋圖  （單位：mm）
3 D$ \1 J8 |2 I計算應力結果：
* D: l- e  I: M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）。

' p  c! w, O$ `! }. m4 C
3 Y8 A/ R  l' s" l
圖13  第一主應力云紋圖  （單位：N/mm2）

& m# ~, U: _# g( ^. Z& Q
/ F! H$ _) V; }% n$ ~" o
% o: V- o. w1 T) D, F+ ]" }/ K圖14  第三主應力云紋圖  （單位：N/mm2）
3 Z' V5 u8 L2 n4 @2 q) Q" G

' b. F# z! u# p* i: V圖15  剖面第三主應力云紋圖  （單位：N/mm2）
, h0 ]; s8 n3 C5 h+ o
( q5 e1 s/ k8 E; Y7 x1 C1 X: Y) U

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？
2 L! s3 o$ }6 E" ~, m6 m% Q

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，根據顏色不同，受力不同，呈現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沒有。