弹托弹芯结构接触静力学分析

元计算 · 发表于 2013-8-16 16:58:06

1、问题描述：
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。
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。

图1 计算模型剖面图（单位：mm）

图2  计算模型侧视图
2、材料参数：
只有两种材料：铝和钨。
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
金属铝       1.03×107       0.33       2.7       0       0       0
金属钨       3.6×105       0.346       17.6       0       0       0
3、边界条件：
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。

图3  位移边界条件

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）。

图4  应力边界条件
4、计算方案
设计了两种计算方案，施加不同的应力边界。
对照图4（本页）中应力边界条件的施加，两种方案如下表：
表2  不同计算方案下的应力边界
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
方案1       362       800       600
方案2       362       200       362
注：“应力边界1”对应图4中的“蓝色”边界“1”；
“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”；
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。
剖分结果：节点总数：18,379；
      单元总数：87,318。
网格质量良好。

图5 三维网格图

6、计算结果
位移：
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）。

图6 沿轴向变形云纹图（单位：mm）

图7 剖面变形前后对照图
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）。

图8 第一主应力云纹图（单位：N/mm2）

图9 第三主应力云纹图（单位：N/mm2）

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
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。
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。

图11 缝隙分布图
计算位移结果：
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）。

图12 沿轴向变形云纹图（单位：mm）
计算应力结果：
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）。

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）

图15 剖面第三主应力云纹图（单位：N/mm2）

冯霜杰 · 发表于 2013-8-16 17:27:08

收藏慢慢研究学习！

yuguang2008 · 发表于 2013-8-16 17:30:00

图4，应力边界条件怎么没看到？

eddyzhang · 发表于 2013-8-16 17:36:21

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 · 发表于 2013-8-16 17:48:00

穿甲弹

咪嗪 · 发表于 2013-8-16 17:56:15

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 · 发表于 2013-8-17 08:24:16

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 · 发表于 2013-8-17 09:17:39

刚好有个例子，看看对你有什么启发没有。

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