弹托弹芯结构接触静力学分析

元计算

1、问题描述：
- @* g' u  B( N: c  p* F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。
: j& n+ j3 i, ^  g' e) ~% H, t  C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。


; h! U1 p! j9 A; o* u* V. i图1  计算模型剖面图   （单位：mm）


, Z  S9 f. ?& h+ y图2  计算模型侧视图
6 A& T3 l; n) h% h8 A2、材料参数：
只有两种材料：铝和钨。
- G, M' c, _4 t6 c* Z0 W* U; ?表1  材料参数取值
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
单 位        N/mm2                g/cm3        mm/s2        mm/s2        mm/s2
2 o% b3 ?& m' g/ G金属铝        1.03×107        0.33        2.7        0        0        0
7 Y+ z: c' M5 E9 E. b5 j金属钨        3.6×105        0.346        17.6        0        0        0
3、边界条件：
1 ]2 X: J0 E0 r1 H, y! ]4 o2 W* w7 O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。
6 W  s/ [; F% M. J# ~

7 [" |1 D- a5 w- R; t5 d5 S$ m
  F; g% L6 a8 ^
图3  位移边界条件

% h/ V( |/ G; K5 ^0 C
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）。
1 r, L  R7 {" ]6 N3 j8 p
4 Z  B# t7 `% k: A& ~$ {
图4  应力边界条件
& V4 ?$ K1 N# y. ^2 o4 J3 p4、计算方案
7 I( x$ t, [. Y" Q设计了两种计算方案，施加不同的应力边界。
' T4 G; R1 N5 W7 c% Q( w0 c! @对照图4（本页）中应力边界条件的施加，两种方案如下表：
2 P9 U4 Y0 M9 l7 X  Z2 B表2  不同计算方案下的应力边界
& H0 g9 W# Q; v边 界        应力边界1        应力边界2        应力边界3
单 位        N/ mm 2        N/ mm 2        N/ mm 2
* C0 c* ]1 X3 A8 X3 Q方案1        362        800        600
方案2        362        200        362
. T1 r9 A& M1 G2 u注：“应力边界1”对应图4中的“蓝色”边界“1”；
8 f7 |! L6 ~0 l, Q7 B  u$ b; O“应力边界2”对应图4中的“绿色”边界“2”；
“应力边界3”对应图4中的“黄色”边界“3”；
: _3 |5 |0 N' z5 }, q# M. A应力边界以正值“+”为“压应力”，负值“-”为“拉应力”。
5、网格离散
采用四节点四面体单元剖分三维网格。
0 M% Y: j. D5 @! S& Y; d剖分结果：节点总数：18,379；
/ ?# N8 j4 u3 R+ f          单元总数：87,318。
+ t8 k8 v# Z% d+ S7 Y8 Z4 ^网格质量良好。
   
0 e2 Y& E$ W7 A% _  s
7 n) E; {, ~- w1 M5 j8 \2 F图5  三维网格图


- h" Z" ~4 f: F. F6、计算结果
位移：
5 q( r+ m; {2 l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 F0 y0 ]+ w+ k8 L5 \

图6  沿轴向变形云纹图  （单位：mm）
# q3 {# J7 O9 F% A+ S! ~0 U
- i3 t8 {- D, h# k2 p, c
) {+ r2 e# g9 X  ~图7  剖面变形前后对照图
8 t6 L/ c2 Q& ?9 h" l2 Y$ t  x6 {9 h应力
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）。
( W/ W6 H( H4 g' I1 B- z0 M6 o
+ F1 t* a) b% A2 U, t/ k5 H" t" J图8  第一主应力云纹图  （单位：N/mm2）


$ N. E3 j0 g6 r6 H
图9  第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）
( t: v2 O* }* K, }$ I% m
) C( f" z+ Z1 P" K7 P
图10  剖面第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）
7、考虑部分接触计算
# t4 R/ `! Y2 F/ \9 t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。
3 \- E7 U) E4 D( ]) w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。


5 t& @8 C; m/ e) ]* K( L$ S图11  缝隙分布图
) A2 F; A5 p: ^5 J5 v6 t% D# ~计算位移结果：
4 A4 C  f4 U9 Y( i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）。
4 B' |9 v# t8 e9 \
" b8 O5 u! x' E% \. g3 Y" n4 H6 R9 U

  }8 ^# n0 p7 q+ Y: {2 ?% y图12 沿轴向变形云纹图  （单位：mm）
) B& ]3 T: r/ e4 d计算应力结果：
% I: R% G  [& W+ {- U7 x, C# d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）。



! g6 E; E0 I9 ~2 ?  L图13  第一主应力云纹图  （单位：N/mm2）



图14  第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）
# a1 g5 E; e# s  }: G* d
4 P; {, H. f# P0 D
. S% H2 W8 |# J% c5 L$ b图15  剖面第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）
+ @( p' x5 p9 w- g  m  F# g7 v
0 Z$ I1 e5 }# a1 Z

冯霜杰

收藏慢慢研究学习！

yuguang2008

图4，应力边界条件怎么没看到？
$ X0 B  _9 O5 v1 ~  h
1 c/ V" X- B9 B$ P9 R

eddyzhang

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？

mixin0756

穿甲弹

咪嗪

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。。

逍遥处士

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？

eddyzhang

刚好有个例子，看看对你有什么启发没有。
$ `' s  Z- m: {- L+ z+ o3 Q