弹托弹芯结构接触静力学分析

元计算

1、问题描述：
  V/ b( `: y' i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。
0 y& ?$ b; x8 u0 m, \& ^" P! @  ?9 w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。
$ C" {: v1 O4 z  k0 S/ c

图1  计算模型剖面图   （单位：mm）
! J  C8 Q- X" {$ A! A

图2  计算模型侧视图
7 `# m" n. _+ O; ?2、材料参数：
$ h" N. |# ?- ?! Q* t: a. m只有两种材料：铝和钨。
+ f6 h8 @8 H5 u表1  材料参数取值
6 j+ N  Q0 Y- _$ o5 ~! v6 V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
/ B6 P0 O1 n/ ?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
+ t' _) d+ Z; v. B% t* N3 A1 t1 `+ G金属钨        3.6×105        0.346        17.6        0        0        0
6 ^# [) z/ a. _; U* e* y3、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。
. K8 I5 \0 l8 k) W/ P. p5 c+ L


" n5 ~% I1 F) U4 f5 ~
图3  位移边界条件
2 p. X3 v# l5 `! o; V6 P

7 L- n; o$ Z3 @: i. p4 a% @! ?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）。
" y: o- R( x1 U% w- l  A

图4  应力边界条件
8 y: e& j3 k4 A4、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：
0 ?7 Y3 Z( I- I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
: y$ y8 ?/ y! k& \# y/ e方案1        362        800        600
) j  ]. X& X7 D" B/ `$ W" I. V# U方案2        362        200        362
: O' r) _- x! w3 a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”。
/ j7 L. z- g* Q( m8 R) w' n5、网格离散
5 S+ p" T8 v. K+ D. `& `% K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。
   
2 ]; U* H- |6 ^; ~8 b" m
图5  三维网格图
9 ~! Y" b; Z0 |$ N+ N0 q& g
, U- k5 O. ]: L' }- Z+ R. N' d
6、计算结果
位移：
" X( J5 a/ A& E6 }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）。
3 m% G* d" E. ?% Q3 h& d8 X8 r  p

图6  沿轴向变形云纹图  （单位：mm）


. Q2 {$ N8 p3 k! W" _图7  剖面变形前后对照图
应力
1 m! c# |& e9 f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）
1 ?& a" N8 l# J; E& e2 a& N
) \6 _; [, ?; }3 s& S( P# K
" S$ @2 w( C- ~2 s+ U
' o9 ~: m, \3 _( o8 B图9  第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）
- s$ N, b: O3 x/ T. E3 l
: z+ G; b0 W2 y2 ?' O' U- {5 r  `
- A( y! J- u, E9 f0 w7 C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
. l$ K0 ^; N' G/ i8 ]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。
2 P4 C2 h* I) `0 g% l1 \: \# B

图11  缝隙分布图
+ ?" ?4 O' W; O  K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）。

" T, q0 ^. N/ E
, V, y$ Y" e# r/ d# X
: B  [. f& D4 V( y7 t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）。
) ]. P" ?2 T' [4 ^( `

* l8 M, [/ c) w  e/ c+ S/ N$ e4 \
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）
9 d7 ], u, K& i; @) K( \1 @8 q

图15  剖面第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）
* a: m. v7 Z# s2 c6 A9 h
, |" V6 L: @+ }; L3 e1 P

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？
. X5 s& x) F) {/ ]1 |1 `

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。