弹托弹芯结构接触静力学分析

元计算

1、问题描述：
8 m: H4 {8 {* j/ {% h8 L7 \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。
$ P2 h8 n( W6 y0 B/ f
1 r2 M" ?: }. m  S
3 u; K: r" _# i& t! M! U图1  计算模型剖面图   （单位：mm）

* s6 e2 g1 c4 a
) m+ l3 g6 b- F1 M" L! c! {; T图2  计算模型侧视图
2、材料参数：
只有两种材料：铝和钨。
6 e8 ]5 s$ y  u2 l9 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
单 位        N/mm2                g/cm3        mm/s2        mm/s2        mm/s2
/ `9 w& h/ ?6 Q" o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：
  @$ u6 B! R+ A- @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。
; Z; a7 U% ^0 E6 Y% }: D. {



: ?9 b' v/ E7 n图3  位移边界条件
0 I# Z! E# Y/ `5 R
* Z) G6 ]" i6 C* ]/ i% V' [/ }" Q
$ U2 c9 l! _& G6 Q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）。

2 ~7 _  H+ G0 K. F/ p9 }* t" O- P
# x; S, s: q3 `' w1 e图4  应力边界条件
4、计算方案
4 A/ r9 Z3 v2 X) h  Q5 b: F$ P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：
表2  不同计算方案下的应力边界
1 O7 r/ X/ _/ ]' S9 M边 界        应力边界1        应力边界2        应力边界3
8 T8 [& c  M. t6 d# u& `: o单 位        N/ mm 2        N/ mm 2        N/ mm 2
方案1        362        800        600
/ C8 W0 G/ |0 z2 {9 c* _' j方案2        362        200        362
9 Z$ L1 b1 r  y( N, _$ e注：“应力边界1”对应图4中的“蓝色”边界“1”；
0 T( A% g1 `1 g) G+ f“应力边界2”对应图4中的“绿色”边界“2”；
: r! A  C$ R( x! G“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”。
; C6 D) ?% t$ r, \4 {) p3 ]; ~; O5、网格离散
. M9 |% p3 L5 ]# h7 S+ L9 L% k% p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。
9 f/ `$ s! ?* {6 ?网格质量良好。
   

+ L& f3 s. x3 q  Y4 G图5  三维网格图


8 a- U9 D' I7 O1 f, V6、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）。
3 U5 c2 Q. Z; Y! s3 m) \
% M7 q, y; x8 }. k1 ^
0 a9 _! D8 Y# {( H, }图6  沿轴向变形云纹图  （单位：mm）
$ g2 ]9 L( l  U& R; N1 c* d9 [
9 U) T: Z5 ]$ Y* ]7 Y; R/ S% L( M& p
图7  剖面变形前后对照图
# M' A1 y% }& m7 [5 N4 k5 D* t- p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 j/ e' \" H9 n/ m1 `图8  第一主应力云纹图  （单位：N/mm2）



( w; P: N9 R$ E& f7 ?( a8 t1 x; ~; i图9  第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）
; M& ~* e8 U* \7 @- @& J

% w4 K3 L" K! }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
. V& P% z1 Q/ q2 {) N- [( M: [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。
7 z$ T+ w/ E% d# W$ M: ?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。
" e) m* H) A8 V* z- x. c+ z& j
8 N  ]+ F' K  X, S' Q) w
图11  缝隙分布图
1 L3 D% r; c+ N8 ]1 Y& [计算位移结果：
- |4 p7 S( C7 ?4 `) s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）。

% L9 x+ Y5 a7 s7 }1 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）。


: g$ D9 p0 A0 J) Z2 t# R  `
图13  第一主应力云纹图  （单位：N/mm2）


- s) A! w4 T4 w" A% q
. u( p& w, q7 V; j* _% v& ]) u3 H图14  第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）


: o0 u. i( R9 `4 e) k图15  剖面第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）

- k7 G7 f- e* {) u! H+ @* E

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？

/ {7 v6 p# }: J+ C- O+ g5 n, {5 [

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。
! j7 M5 ^& Y/ F5 _  V. u