弹托弹芯结构接触静力学分析

元计算

1、问题描述：
; K/ f6 b" y/ z! ]2 [3 z# \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。

: D6 Z4 G% n7 H% @% S3 i# z
图1  计算模型剖面图   （单位：mm）
$ ~, k5 U# f- R$ W& N. z" ~# o

, E$ Y9 X& F: x& `$ G- D, o3 K+ y图2  计算模型侧视图
2、材料参数：
% W% V$ X9 `. r- e只有两种材料：铝和钨。
9 }. Y0 q1 L5 N$ C* ~8 k( S/ f! n$ S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
1 h$ K2 f& d3 x; g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
' [/ ^2 A: x# Z% a1 s6 q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。
+ |- ]8 _+ Q, B9 ]& X$ k$ e
2 Q' m/ ?1 g, R+ H  ~: [  g/ o
9 T" E! a# Y( \. G7 v

图3  位移边界条件
5 r+ \6 s( x6 [
* ]$ w, z! S6 g1 \( H
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
+ b" E7 P- R6 j2 j% ?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：
) Y! d) [1 F( v$ @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
( }& D, Y; M$ F% f- [4 {; v单 位        N/ mm 2        N/ mm 2        N/ mm 2
0 l; ?/ A7 R. {1 b( N8 t) ~方案1        362        800        600
) _4 K$ q( n9 h$ i2 B1 ]方案2        362        200        362
: c* {' s8 L. b+ @/ f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”。
6 Q* s; @/ b% F3 m# b4 U5、网格离散
( b* P' o: s$ a) a采用四节点四面体单元剖分三维网格。
7 A# z3 `1 h  Y% t+ m剖分结果：节点总数：18,379；
          单元总数：87,318。
0 u" b$ H6 _, }9 \! B8 q* D# W网格质量良好。
   
. j3 V. `, v; P9 A
图5  三维网格图
: w! I* r, y* Z+ K9 ^
& K: p; ]) A  D) X) o) t
" }( m/ l5 |1 r+ [. w; J1 j6、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）。

. i5 |# h- t+ i5 |, P4 j9 {0 i
图6  沿轴向变形云纹图  （单位：mm）
1 w" g& O- {& W% r" f  E
: p& Y5 m% V# R( O) K; `& D4 X& l
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）。
7 J5 [  A1 C  Y2 a! L8 j
5 Z+ @' i& v! {8 I图8  第一主应力云纹图  （单位：N/mm2）
4 `# f9 ?* f/ G

. }1 T) s% }+ `; x# X
7 _9 s+ t% b' B, O) X图9  第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）

, [$ O- X' d7 f! N+ i; u
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。
1 r3 m. h0 _4 a$ y7 @1 W! {
  m8 D( r7 p$ x/ r( V, I' H& |
& B4 _/ t5 C" n. z, p图11  缝隙分布图
4 v9 ]# ~- e  [( ]" W计算位移结果：
2 k8 _& d! G4 N8 E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）。
3 z8 O, Y( y* H! x


; m. U, Y( S( @( @+ K$ s3 T图12 沿轴向变形云纹图  （单位：mm）
) j0 |/ [+ e9 g  p' d; Z1 M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）。
) y' S7 y$ V8 o1 V3 u) V- t; L


% x1 u% B4 n1 v, `图13  第一主应力云纹图  （单位：N/mm2）

& X- U; f  W- W) z
: C5 Q. u5 a+ M" h+ N$ i+ Y+ i2 o- e
, _! ?/ s5 @- w4 U4 o; R$ q; B图14  第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）
) O9 t$ \& q$ j( q! ^% I# {" Z( ~  i- b

图15  剖面第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）

. ]. z' C4 g: H# }' D

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？
$ r- u8 p/ G1 j- c# A3 `$ t& x
) A  ~4 R  I8 R$ d( l' G

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。