弹托弹芯结构接触静力学分析

元计算

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。
! w& l* h2 E' ~( [: Z# Q' |/ a' g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。
; o$ X/ [+ i  C5 `

图1  计算模型剖面图   （单位：mm）
) ]! D7 o; O0 ]6 ?7 O- H
0 C+ j% l) \- U3 M/ C9 p3 K  g
图2  计算模型侧视图
2、材料参数：
2 M+ t* y) k. V& ?! \5 ~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
, r8 D9 g8 v/ L0 `& C. ^# D8 C5 T单 位        N/mm2                g/cm3        mm/s2        mm/s2        mm/s2
" U0 ?' }3 f! N/ e$ ]6 y+ ?- ]0 k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：
: A# H' \. ^: v  d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 r, V4 e% g$ V5 i

8 l7 E2 ^: ^. A4 s4 S- s图3  位移边界条件


$ h. _# |. d. I( x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）。
8 r' f' ?( L! H% t

图4  应力边界条件
/ O* ^9 B0 |1 z+ d4、计算方案
) h8 R' a, u* d! f3 c' X& J设计了两种计算方案，施加不同的应力边界。
- S) D, E& l% I& l) C9 c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
, c$ f" W, \& t5 K5 q6 ], C* _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
! D0 ]) h3 |" i方案1        362        800        600
: I2 `% a; c. h  v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”。
! N* I2 F' h' @: N% G$ t5、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；
& j2 b4 k! O( Y. @! U+ z          单元总数：87,318。
网格质量良好。
   
$ Z/ a2 G) {8 H8 s6 l( ~7 @
图5  三维网格图


! Y" R+ V' {! e5 l% T; e2 X( H( U6、计算结果
( r( K1 D8 _4 h, g7 {" G; ~3 ?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）。
2 h) ~) N0 @+ Q
9 |" z% V) S4 k. P
图6  沿轴向变形云纹图  （单位：mm）
7 q/ _5 q/ ~6 [3 \% y/ @

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）。
4 f( X) f2 x- }; y& t: M
图8  第一主应力云纹图  （单位：N/mm2）
1 r. s$ j+ |/ L% Y7 ~5 H

8 Z* B$ G$ `# U! K% u( Q- H+ N
图9  第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）
* c  i4 ]+ G3 z3 m
  o# A  W4 V2 u; k5 _; o
图10  剖面第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）
3 n/ m8 I4 J" T# Q1 R: ?6 f0 l% K7、考虑部分接触计算
/ F+ b* R8 _4 Q* U# D* z% @, C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。
' B) _, c; ?; t' e7 {: L5 Z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。
& x% P0 `9 a) m6 U5 [
2 ?/ u! n2 T. ]
$ y/ ^5 A' d5 U" t图11  缝隙分布图
计算位移结果：
% [$ U/ t; ^! r  _% J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 h* X' c: Y+ ^$ @6 X$ n

! x; G; i- j/ W
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）。
* ?" u  q0 z- C  J! I- }
5 a0 T4 [. t6 Z0 e
+ n" Y/ J0 L* |5 B
; ^6 R( t% g/ ~  u% J/ d图13  第一主应力云纹图  （单位：N/mm2）
  f* d3 ~# j( h9 X4 C0 O  Z

. o% r, V  S. z, w; d: E/ U
图14  第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）

/ l  q3 c* J- I3 P' r1 x' g
, M* N1 j+ p/ o# l5 `9 \+ L, ^( y. T/ Y图15  剖面第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）
; T* W, ~$ g3 V$ s

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？
+ Q$ s7 `7 @! `
' i  ?; c3 u8 m1 I

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。
6 C: r8 I8 v0 \. b. u: h4 W6 w( H