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1、问题描述：
% N9 O2 {* S- D" [: t5 E/ {) K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。
" t9 Z6 p/ I+ m* L C/ p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。, w2 S7 w( Q' [+ I, `- Q& M( U5 S
/ R( |$ a" u1 ^# B
4 C4 ~. v1 B' b9 p: Y
图1 计算模型剖面图 （单位：mm）
1 g4 M0 t2 O& Q, T
/ ^8 S! S2 y6 Y) t' u6 Q
: s4 S+ x; `9 |# h) V# ?! \图2 计算模型侧视图
: C# G1 w3 X% L9 `# p2 u2、材料参数：
2 H4 a* \$ T5 @5 C' E/ m8 Y8 t( l只有两种材料：铝和钨。
, ^2 T( ] w' P7 K9 y. j: g表1 材料参数取值
+ C6 h7 e4 T/ A9 ]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
5 D; \; D% |4 ]; M- A单 位 N/mm2 g/cm3 mm/s2 mm/s2 mm/s2
$ v7 ?+ J4 b/ \' |" o金属铝 1.03×107 0.33 2.7 0 0 0
! H4 A: M! u" z: z4 |. f% b金属钨 3.6×105 0.346 17.6 0 0 0
; r& H6 w! D& E: c& g# a3、边界条件： }8 h* X3 {: ~0 f m+ W0 I
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。
) `1 j' u- K" p0 i f/ L
: V$ v8 X" `5 x4 d" c% z ^ p3 Z8 M1 m1 F% b O9 n2 J
: [; j0 S; N( h* \1 Z. G
* |8 {4 [9 [7 A图3 位移边界条件
% ~3 E( @8 a* f4 d% i3 q& E
C/ i% `' ~0 c( P' Z: q* ?
, p4 I i) B: z; g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）。; e4 X* L d: v- S
6 k" B2 a: {" ]' N- ?' p7 o7 s9 @5 p3 S( X& x
图4 应力边界条件1 V9 [3 `! A, F* `
4、计算方案
% G. j/ ?, s0 o" X& L S设计了两种计算方案，施加不同的应力边界。: J) N; u5 i. \5 v
对照图4（本页）中应力边界条件的施加，两种方案如下表：
4 K% v- d4 S* _" z7 q- I8 h5 B表2 不同计算方案下的应力边界
+ E7 k/ O0 s' ?边 界 应力边界1 应力边界2 应力边界3
. [! w$ Q' g% E单 位 N/ mm 2 N/ mm 2 N/ mm 2
4 L6 s4 M+ v( t/ k0 i, t" o6 Z方案1 362 800 600
$ \$ K% D3 @$ c r# q5 N" j方案2 362 200 362
: P5 T# x& r8 T注：“应力边界1”对应图4中的“蓝色”边界“1”；
9 i3 M' \3 W4 Q* N- R% U9 y5 w“应力边界2”对应图4中的“绿色”边界“2”；
7 X" \0 e/ V2 x2 I8 r“应力边界3”对应图4中的“黄色”边界“3”；, c" M! A6 P2 }6 [
应力边界以正值“+”为“压应力”，负值“-”为“拉应力”。
# d/ S/ ^* v. y: e6 Q" h5、网格离散% J0 H+ ]4 M, G% P, U
采用四节点四面体单元剖分三维网格。
" l4 M9 b: H2 n. K1 f剖分结果：节点总数：18,379；" P( J' g& f; H. p1 B. h
单元总数：87,318。& ~" H9 |' ]; g" z7 M1 w
网格质量良好。
" ~& x4 h* c9 [- h% q( h
2 p; J% X8 K2 L& R
8 ~, n7 L w8 g2 t% C W
图5 三维网格图; p% w: e2 x* J) e7 i# ?
2 ]2 H) K" r, _9 _6 x9 p: `6 ~# I& c d& {% I
6、计算结果
9 ~! W b# m1 W! Y6 m- T位移：
% p6 { _, g; x% J2 Y @6 ^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）。
5 ^4 b( ?1 t. p( c! l1 Q4 h+ A% s& D2 S& r6 o
& P' j0 @& j* v% r# s4 l图6 沿轴向变形云纹图 （单位：mm）+ Y2 S, @, Y* p: B1 p t
# @: \: e* b, y& G( h; Y, k
8 a! @4 ?+ O5 \( }5 P图7 剖面变形前后对照图
# G+ B$ h* q- \' v应力$ g5 G9 }9 I2 g& j1 B
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）。
- U% q G3 k. i# Z! u
! r. ~% F0 }9 |1 R& ?! n* j图8 第一主应力云纹图 （单位：N/mm2）1 c/ @2 l- \/ E
" b4 p% U; B! N u3 }
" I; z: W* b: _: c( D
, H6 \, K3 ^4 x图9 第三主应力云纹图 （单位：N/mm2）3 z4 O; y6 ?. ]/ f
, W( `0 n/ v5 @: P L
6 N% J+ f m& F# g8 s8 E9 r) `6 w" n图10 剖面第三主应力云纹图 （单位：N/mm2）
5 k2 @" j' F6 V( b- _0 M' `( {7、考虑部分接触计算$ V' i2 n+ t/ I; Z
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 z7 E0 T5 O5 q, |" a" M- S2 i5 R3 n
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。
3 q3 F5 C* S& \, l! h9 t9 M
& n& e. l+ C) Q6 B
P1 c, P3 M, E1 O; P" W5 M" r图11 缝隙分布图( w; q) I( H- C
计算位移结果：
8 C' E8 Q* D+ m( X7 u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）。! @ p3 R* Q4 Z% t. e
4 t9 o' r- ?( E' v6 m, O9 A
! m4 E; L- h M# S. |% a
# S7 i! S) B( b6 e图12 沿轴向变形云纹图 （单位：mm）
, i% Z% N7 L+ K5 ?0 a& H+ {计算应力结果：
' h8 M# T" k% X3 e1 |, Q9 ^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）。$ v$ w* j5 A. U% k5 F
: a* j/ o# |& y
& n8 \6 y' _+ r$ ?# N. n
( Q3 S% U% l) Y7 U7 L
图13 第一主应力云纹图 （单位：N/mm2）8 ~' c& d& q) G$ a0 g
# z0 y& m2 @. g8 I; q+ C7 J+ f1 R) e+ K! }) a$ q
6 ?# j5 Y4 o, }图14 第三主应力云纹图 （单位：N/mm2）% H S* P; G3 s
! o" c3 i, s- s4 ?5 X8 t
0 o1 _9 w: x: M# ^ \图15 剖面第三主应力云纹图 （单位：N/mm2）1 U% W; B: |0 R3 j3 Z- _# q
- P' Z0 [1 E1 ]( M |
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发表于 2013-8-16 16:58:06
