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1、问题描述：
+ B8 k$ b: }/ C' X @* @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。
& K( w" t8 R6 j) u( Q. u; L6 u& b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。2 j- S- r1 u: r9 A3 O, h
9 c. D$ J A `4 {" c& W
) T9 s5 s5 k: }- C5 i: m' q图1 计算模型剖面图 （单位：mm）
0 B/ ?' [) b% Y! s2 E, g6 b; {0 h2 x0 e) I$ Q3 H, J* ^
0 z% R& X/ i& i" P- a- r
图2 计算模型侧视图
4 U- x# l8 a& q- o, z8 B) K2、材料参数：$ @$ }* L3 B* @; `- T
只有两种材料：铝和钨。
3 h" M& E5 ~0 d q5 J$ x: [# a表1 材料参数取值( ~' z) s" P5 V# F/ `0 Z
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8 w* z& k3 U: S9 {* @1 \$ X# i1 Y
单 位 N/mm2 g/cm3 mm/s2 mm/s2 mm/s2+ G& Z5 R8 b2 e2 C- _1 N3 d
金属铝 1.03×107 0.33 2.7 0 0 0
# ^3 q- F+ r# t5 d; P, F# M( c金属钨 3.6×105 0.346 17.6 0 0 05 r9 P# i) `, }( a+ ~% |# t N- t
3、边界条件：
7 G s+ {' W0 J; a' w; [- {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。
* P$ h' ` P+ X, c G& I; G5 v& s2 ?$ M% q% D9 m+ a5 ]- N
; `1 }) d& S7 s& _4 u3 m1 n
) m( i# J$ m- W) l5 z4 P; n& v- v
" g5 C& _8 Q7 K3 P, e图3 位移边界条件
7 S' D* s7 F; F( K: O$ b M- y8 W( W# }- J3 `- {* T: ]( k/ G
; M c/ T8 m- d7 {, ?( ]
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）。
' L; |2 V3 y" Q, L( V( g3 T" ?( E m U2 B9 A) `$ o2 a
; f: {. c5 M7 s. l* ?, Z: C图4 应力边界条件% ?( s7 h) J7 ^& U9 G E
4、计算方案1 Y! r" k' V8 p; k7 M- Q
设计了两种计算方案，施加不同的应力边界。
( d0 z* |: W, a8 ]; o对照图4（本页）中应力边界条件的施加，两种方案如下表：/ p" Q, r2 I; x9 |# N, I* g) W
表2 不同计算方案下的应力边界2 }6 ^4 q( M2 e' e: } p( e' a
边 界 应力边界1 应力边界2 应力边界3
% t5 G$ M z6 J/ {3 a单 位 N/ mm 2 N/ mm 2 N/ mm 2
: j6 X8 ?# r: F) V. A+ G0 Z方案1 362 800 600& ~3 N' N+ [; `7 D
方案2 362 200 3629 j4 l+ b5 \1 N* {+ x5 E% D- v4 @
注：“应力边界1”对应图4中的“蓝色”边界“1”；
8 u! D( i# y% H* k( \5 B“应力边界2”对应图4中的“绿色”边界“2”；6 U4 L2 J# Q4 T. }! e9 `% a
“应力边界3”对应图4中的“黄色”边界“3”；0 A( \! m7 j- s2 _, O- W, M3 T
应力边界以正值“+”为“压应力”，负值“-”为“拉应力”。
, A9 p" n( ^1 ], u5、网格离散. a, e: y S* a7 q+ h0 r# q0 }
采用四节点四面体单元剖分三维网格。
' S1 {8 X8 q U* ]剖分结果：节点总数：18,379；; q- U8 U, \* h3 ?/ D3 _9 x+ p, r7 x
单元总数：87,318。2 {# ~8 W& H3 j! J/ |7 ?
网格质量良好。
+ B" w) ]. g9 m5 R5 P* O3 J
2 y* P: ]2 i5 @3 g
/ m, w7 j, I& C$ k s6 W, Q% K3 h! U7 V图5 三维网格图
# D# P' E' ^2 U2 w/ A
$ z7 @* P! I4 v4 @5 }& p/ V3 Y1 u' ~# |4 I3 i$ B! }
6、计算结果( B. H. R% q) {4 o8 Q
位移：# u3 X$ Y7 g7 _. c8 c1 [
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）。" D6 J4 g; X: M
/ e& W/ x7 q4 H1 Z" B( `- o; v1 U
c+ W, ^: J: q3 P- I! t L( X/ Y图6 沿轴向变形云纹图 （单位：mm）0 b: j$ Y! w& D& C# ~, F. o
( `/ D$ b7 b6 C
' u/ {( ]8 n# n- k v8 I* v图7 剖面变形前后对照图
& n" x9 `- w7 f% A7 f2 F2 F9 W应力
- v* |# Q x- f# G9 M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）。9 ]; f; N- W. U7 r, R
9 S$ V E( R8 _) c1 c
图8 第一主应力云纹图 （单位：N/mm2）
! j, l$ o2 i0 d4 R; [9 }* x" w% q
( Z0 z; J# P3 k' [' }
' F0 j& o9 t0 d7 R8 G* ?3 [
! g# H/ _, \, E4 c x% V( w1 ]图9 第三主应力云纹图 （单位：N/mm2）
3 L( V& j* q+ N* \ s+ p
% R4 Q# S2 S* g! K
! |2 f+ c$ U0 B- Q+ c
图10 剖面第三主应力云纹图 （单位：N/mm2）. ]; k0 p& q- m5 R
7、考虑部分接触计算
) @* X: r3 p' h) t# o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。
5 f( ?7 u- X7 l `3 y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。2 _( n H- g+ D* L" o
$ W" J d+ M$ H/ [* W/ \3 a
3 n# ?4 K( D3 B1 Y( v
图11 缝隙分布图; |8 v4 j) e5 ~- Q; T; t2 k
计算位移结果：
5 Z: A8 P& u A9 |% B) ^/ w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）。$ T8 H) r2 q6 o0 F2 k
/ z+ g, E' c5 w7 j. s
2 c% S/ n5 ~$ N2 V! E% q
& C; L6 D( F* {! j8 Z- f
图12 沿轴向变形云纹图 （单位：mm）5 I# i' |$ Z: d: K& v# R2 j: c
计算应力结果：9 q/ r2 G3 N6 E, T" {# s
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）。7 R |8 w) @% C) R
) Z" Z0 X- B3 S( P& Y G% a _
; t5 E% _8 A( C) ~& a* y B& l
4 _: Q! o Y K图13 第一主应力云纹图 （单位：N/mm2）: r* F8 P1 G; }0 h8 U
' {9 Q3 ^7 I0 j+ ]" l8 T& Q/ g
4 t& B! Y, ~ E6 ]2 A: q图14 第三主应力云纹图 （单位：N/mm2）: m; X" A, \6 a7 U
# ^* j2 R9 \( G5 |, A* O% h
( r! s' x# u0 x: r' X9 y& |图15 剖面第三主应力云纹图 （单位：N/mm2）
6 A. `. |) X" B- P4 O @
0 E1 [0 z2 O$ [/ N6 k, v |
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发表于 2013-8-16 16:58:06
