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：
% N0 \) e+ Z  h9 w彈托彈芯結(jié)構(gòu)具有軸對(duì)稱(chēng)性，取總體的四分之一進(jìn)行分析，幾何模型如下圖所示。
, g9 W0 Y0 C* o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。
8 T1 i. G* z* `7 Q

; ]3 L4 u9 t) o圖1  計(jì)算模型剖面圖   （單位：mm）
* E$ W! s+ h2 q' x4 z/ \
/ b/ a( p7 ^5 [2 J2 {1 V  W; g  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。
表1  材料參數(shù)取值
5 S' v* f# t+ S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
: T7 I" u! w# K) ^. i金屬鎢        3.6×105        0.346        17.6        0        0        0
3、邊界條件：
. o3 ]: C  h* C# ~由于結(jié)構(gòu)的軸對(duì)稱(chēng)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。
' g+ j( R1 N0 {7 J/ _

1 p6 k" H" r/ |& {4 a# t: M: D
" x$ Q; }! r: u/ R6 ~
圖3  位移邊界條件
9 z/ d/ U4 ], [( L! N3 h$ H
. c+ Z# ^/ a: w/ f+ u
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）。


- _; }$ V3 l: J4 ?, \' o6 P/ c  t8 D圖4  應(yīng)力邊界條件
2 S4 |% l  Q' ~3 X9 n1 x4、計(jì)算方案
設(shè)計(jì)了兩種計(jì)算方案，施加不同的應(yīng)力邊界。
6 A/ y" O+ y% n9 c: M5 D4 S' e/ N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：
; K# g, ?" d. i2 }4 m表2  不同計(jì)算方案下的應(yīng)力邊界
7 O9 }) y! }/ y$ Z1 i" q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
注：“應(yīng)力邊界1”對(duì)應(yīng)圖4中的“藍(lán)色”邊界“1”；
“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”；
9 ]! ]. X9 H7 ~0 H應(yīng)力邊界以正值“+”為“壓應(yīng)力”，負(fù)值“-”為“拉應(yīng)力”。
5、網(wǎng)格離散
采用四節(jié)點(diǎn)四面體單元剖分三維網(wǎng)格。
+ I; h1 ?. \+ R: }1 n, E剖分結(jié)果：節(jié)點(diǎn)總數(shù)：18,379；
2 n7 C- |0 ^* j( l& g          單元總數(shù)：87,318。
網(wǎng)格質(zhì)量良好。
5 L; a" X9 g: W   
9 N4 N, @! |; o9 P
! w  _% [6 r' Q. X- S7 r圖5  三維網(wǎng)格圖


6、計(jì)算結(jié)果
位移：
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）。

- O3 e) Q7 E2 V5 H9 e
圖6  沿軸向變形云紋圖  （單位：mm）
9 [3 A. U# P; o& P, L

圖7  剖面變形前后對(duì)照?qǐng)D
% \, T0 E  ~4 j! L+ }應(yīng)力
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）。
. G( A: k2 ~+ |" N- R* O/ t  u
圖8  第一主應(yīng)力云紋圖  （單位：N/mm2）
6 A% l4 r7 G" c9 }
  B- s2 |" s* A8 I9 \; {% f

3 A/ ~1 H! P+ ?圖9  第三主應(yīng)力云紋圖  （單位：N/mm2）
4 d. _* X( B; B5 _

( g, i5 p5 _2 J* J圖10  剖面第三主應(yīng)力云紋圖  （單位：N/mm2）
3 m2 ]% C* d3 {- j1 O, Y6 X1 l6 A( _7、考慮部分接觸計(jì)算
! N* L% i+ i% j# G6 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。
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。

: u) Y; }+ H  S4 e5 c( z
圖11  縫隙分布圖
" d9 p& d" j' v  L( A計(jì)算位移結(jié)果：
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）。

$ v' X: c$ y$ a! }0 J- p; I

圖12 沿軸向變形云紋圖  （單位：mm）
計(jì)算應(yīng)力結(jié)果：
  D, ~/ h8 E) V0 _8 Q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）。

- d5 u3 y/ W8 j) H6 i

# W; }" `; f4 |/ m, @& r  \圖13  第一主應(yīng)力云紋圖  （單位：N/mm2）


- a: ~3 C3 G2 N6 ]/ z$ y& N+ I
圖14  第三主應(yīng)力云紋圖  （單位：N/mm2）


7 N" d; O7 A" q. D圖15  剖面第三主應(yīng)力云紋圖  （單位：N/mm2）
+ q( G8 q& Q! ^! X+ b7 t3 \
) ?' {" L7 s2 T- J, v

馮霜杰

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yuguang2008

圖4，應(yīng)力邊界條件怎么沒(méi)看到？

9 k; i& [" {0 B$ z! ^/ I& D

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。