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标题: 弹托弹芯结构接触静力学分析 [打印本页]
作者: 元计算    时间: 2013-8-16 16:58
标题: 弹托弹芯结构接触静力学分析
1、问题描述：
& T  o2 J/ M/ e% C( K/ V2 i( n! {/ {弹托弹芯结构具有轴对称性，取总体的四分之一进行分析，几何模型如下图所示。
( q- @+ k# U# U! V共有两种材料：外围弹托为金属铝材料结构，内部弹芯为金属钨材料结构，两种材料结构之间锯齿状啮合紧密。
4 G* T0 i, f4 M' E
9 X  j6 ^2 D2 U (, 下载次数: 110) ; [$ X2 A; W% \& n1 d  q
图1  计算模型剖面图   （单位：mm）- h0 v# r- R+ x1 ^1 j) Z

9 S% |. o* @0 v% \/ {( t (, 下载次数: 97) % R+ @# Y" a, c& @# r1 P
图2  计算模型侧视图
. o$ a5 N' V% ?3 X% g& A/ H2、材料参数：" y$ l6 @# C2 D( `: ~
只有两种材料：铝和钨。
9 d0 I( d3 m; ~! H- V$ f$ B' D表1  材料参数取值
$ q/ M8 N; ~6 g% L5 h& z2 q参 数        弹性模量E        泊松比        密 度        X向加速度        Y向加速度        Z向加速度# b0 h$ o! G* `. @$ N& ?3 g( l; {' l
单 位        N/mm2                g/cm3        mm/s2        mm/s2        mm/s27 N4 P, k2 e" v" e% o/ Q( O
金属铝        1.03×107        0.33        2.7        0        0        01 u  G! Q; `( x) ?2 m/ Y
金属钨        3.6×105        0.346        17.6        0        0        0
0 z6 _# ?# C& o; @3、边界条件：4 q( }3 C, M' l. H
由于结构的轴对称性，因此在四分之一剖切面处施加法向位移约束，另外在金属铝结构外表面两处位置（如下图位移边界条件所示中“黄色”面）施加沿轴向的位移约束边界条件。
# U5 ^/ U* R( H/ U
+ X3 W/ H' T6 Q% i" `0 q
8 _+ C& {& y2 ]2 S7 Y. u2 T# O! K
0 v( j, r! G+ Z6 I. f  |1 Z (, 下载次数: 104) ( k/ Y1 |! u$ H0 f6 s: b
图3  位移边界条件
5 i- M. S# k) a6 `* p: L( @9 F
* M4 T1 c  }) {3 ]
  t! ?1 f( ^( m5 J& L( |金属钨结构沿轴向的顶面和底面，以及金属铝结构外表面、金属钨结构外表面的局部位置施加应力边界条件（如下图应力边界条件所示中“蓝色”面）。
; n2 `6 r' g& T) ~0 y
6 K3 P0 p: ]) _1 S2 V/ {3 W$ k) I# \" B+ T# `% a
图4  应力边界条件
  a$ {, d+ `' f1 a- V4、计算方案
1 r6 F, \4 a8 e, }# V7 U设计了两种计算方案，施加不同的应力边界。6 _" v. p, @( I; H8 `+ q. C$ ?' m
对照图4（本页）中应力边界条件的施加，两种方案如下表：# X, b5 S+ w8 M4 L  y. G
表2  不同计算方案下的应力边界4 L, B- z/ z# w% x
边 界        应力边界1        应力边界2        应力边界3
6 h6 ?+ M0 G; V, n8 x单 位        N/ mm 2        N/ mm 2        N/ mm 2
# O1 Y7 \8 w$ H+ Y; F8 k方案1        362        800        600
3 r; D" E) ?  g& d6 k2 t方案2        362        200        362/ M1 J0 y8 o3 i- x
注：“应力边界1”对应图4中的“蓝色”边界“1”；3 B/ Q9 h9 e7 Z2 A4 R, e
“应力边界2”对应图4中的“绿色”边界“2”；9 k3 z# q1 b5 @8 w; X! C* V  r
“应力边界3”对应图4中的“黄色”边界“3”；
4 [3 k/ h4 D4 h" c应力边界以正值“+”为“压应力”，负值“-”为“拉应力”。
1 t; M2 h9 g( m: L3 Z# e& k" }5、网格离散/ a: X' K9 B9 x! [  ~5 r  g
采用四节点四面体单元剖分三维网格。
2 [6 H. S& _# H8 J8 N" u, l# X  B剖分结果：节点总数：18,379；" C9 m* H; p5 s- ~, S% \2 L
          单元总数：87,318。5 m, g: W; h3 J  p
网格质量良好。
8 L$ `4 f  ]& A8 ]. z3 N9 F    0 ^* o1 J6 s2 k
(, 下载次数: 111)
0 c+ p( ]7 R. \% ]- }图5  三维网格图
! ^% a& H( w6 N1 q; ?/ E# B0 q( U. ~* h; i( ^

, L; Y6 s4 @& V7 T- B! g" g& z6、计算结果
, L5 O! a7 r0 d6 h7 O; G2 x& ]位移：& [* N/ Z. B+ J+ g6 G% A
在应力边界作用下，轴向最大位移为0.017 mm（如图6中的“红色”部位）。
5 E* w' I! z, l2 n
5 Z, U* g; ~+ p. T (, 下载次数: 104) & |4 r6 t; j. F$ c( T
图6  沿轴向变形云纹图  （单位：mm）
- P' ?* u/ g! {
& h- \2 K; N8 h- c& b (, 下载次数: 96)
9 k' q  |) w# C$ r0 G5 o图7  剖面变形前后对照图9 s/ r) w; A# x* n! ^
应力0 m# e! O8 e( g4 O5 q; h
最大拉应力1552 MPa（如图8中的“红色”部位），最大压应力3110 MPa（如图9中的“蓝色”部位）。
  {* E4 w9 P6 @; D* c
( o3 N$ V& X$ n6 ?( x  `图8  第一主应力云纹图  （单位：N/mm2）
  c4 b: ]/ C2 P) ]' a8 C, Q# I" P) h. K+ N" K8 T5 [3 x& `
# D  s/ _/ k+ ^& L0 g) T; }5 [
(, 下载次数: 100)
1 X1 f0 P" t4 @7 p8 V% E9 ]图9  第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）7 l# h3 g* r- N' X; `. @4 F

+ t2 b0 A8 X( d9 g# c/ `' q (, 下载次数: 94)
% O, q$ b$ E' H4 Z图10  剖面第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）1 z8 G8 r3 a# ]
7、考虑部分接触计算" U. W- I* w% V3 o+ S3 a' N; X
前述两方案中均假定弹托与弹芯之间锯齿状啮合紧密，无相对变形。2 d& w9 H9 x: L$ J. Z: N% S
本计算认为弹托与弹芯之间部分啮合紧密，而部分则存在缝隙，如图11，共在11处布置了宽度为0.01 mm的缝隙。
$ k/ M; j6 B; X8 m4 ~  l9 K% J7 v! c! z+ \
(, 下载次数: 108) $ e1 j0 r7 z7 T  C+ ~; f1 _$ B5 n$ ]
图11  缝隙分布图6 e/ m4 ~9 }" U2 B
计算位移结果：9 I& c5 [7 `1 R  l6 u
在应力边界作用下，轴向最大位移为0.005 mm（如图12中的“蓝色”部位）。' w+ I- c7 |( X' _# l) I. I
8 ^  T  ]& U" Y5 K' q
  q+ R7 r! A7 T- D; z: f7 g
(, 下载次数: 100) 6 v8 o8 n7 a6 F8 Q2 j: y
图12 沿轴向变形云纹图  （单位：mm）3 E! b* K& ~6 D3 v
计算应力结果：; f9 ~. A2 y5 O7 H# m
最大拉应力681 MPa（如图13中的“红色”部位），最大压应力3202 MPa（如图14中的“蓝色”部位）。1 ~' B. r& z( L6 N6 e
9 p0 N8 T% [+ j+ D) H* q7 r- j
! @' f1 R9 P* W2 b0 h8 u) T
(, 下载次数: 93)
. @4 _; A' J" R& Q2 L% j$ q# b# p; t; u图13  第一主应力云纹图  （单位：N/mm2）
2 a0 j8 ~% z  r  e
( U* B2 E6 f; a) T0 w% {- h. m
! I& a$ K' }, N7 W (, 下载次数: 111) ( Q( o9 L' G& q# d
图14  第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）
* N3 G9 Q* n1 Y7 V
- p: Z; e3 v9 H. {! n (, 下载次数: 107) 1 h$ O) A) D0 ~
图15  剖面第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）5 F: F, S) a; @9 p: s& A; z) x8 Q( N4 P
5 @- B) D  u. c
作者: 冯霜杰    时间: 2013-8-16 17:27
收藏慢慢研究学习！
作者: yuguang2008    时间: 2013-8-16 17:30
图4，应力边界条件怎么没看到？" X- x$ E' k+ F
5 }- u7 c# X6 \: T& Z
作者: eddyzhang    时间: 2013-8-16 17:36
不知道你用的材料是不是特殊材料。铝合金能承受这么大的拉应力吗？
作者: mixin0756    时间: 2013-8-16 17:48
穿甲弹
作者: 咪嗪    时间: 2013-8-16 17:56
感觉能看懂了点，根据颜色不同，受力不同，呈现的效果最大应力不同计算材质和物体的形状是否达到要求，LZ是不是这个意思。。
作者: 逍遥处士    时间: 2013-8-17 08:24
超静定配合，对精度的要求很高。只是楼主的结构，内芯不知道是怎么装进去的？
作者: eddyzhang    时间: 2013-8-17 09:17
刚好有个例子，看看对你有什么启发没有。
1 u0 X& @" B' W8 x' o" Z; D- n



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