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1、问题描述：0 w9 T# N, ~) E5 D7 u0 s5 r
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。
* j# U: n6 H; e0 S0 l! o) G, T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。9 n6 i( w# c& C
0 C6 W9 S# h& {. F* E- n) S7 ~1 @
4 w5 M* R$ {3 ^" ?图1 计算模型剖面图 （单位：mm）3 ~' v0 g" E1 ~
`% ]& I2 j) p
; h- A+ [- {, Z8 J8 J3 v, V图2 计算模型侧视图
7 m$ L% V- [% Z7 ?, n2、材料参数：
! K4 @3 G2 ^) k0 c/ }8 T6 k: C4 a只有两种材料：铝和钨。
. m$ g$ K/ y w3 N3 q+ |" O# J表1 材料参数取值
. _5 O4 E" H# i# W1 l' ~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 \4 C% G5 Q: |! S! a1 }$ }. m7 R
单 位 N/mm2 g/cm3 mm/s2 mm/s2 mm/s26 Q0 @ S! ~+ o P* d. T% d" O
金属铝 1.03×107 0.33 2.7 0 0 0
X! l9 u4 l, F4 z$ N ]) }/ h) H金属钨 3.6×105 0.346 17.6 0 0 04 E/ B" m+ z% W4 [0 u# [# n
3、边界条件：
/ ~; W; f0 L! t% d0 b% [! t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。3 r- p* E: K1 K7 m( n) a0 z+ m
2 C. `& r7 d# P4 a# u2 p+ D6 \& {3 |3 w. U) d
: A% w8 k& H8 H
, `. L8 \4 m+ o3 U8 U# E
图3 位移边界条件
& S. v$ e7 m5 Q3 a4 \# J+ X1 {3 a/ ~- M6 K
. w" h+ C0 u" a5 i6 ~* _. n5 x/ 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）。: ^. |; k; B4 O( b9 N: e! u
4 W6 b) W* t5 m3 b4 p
- Q* f9 o \$ x6 X( Y6 l& M0 O图4 应力边界条件
( S M$ U! y1 ~ v9 {4、计算方案5 g; ?2 y+ D o. i5 q9 L
设计了两种计算方案，施加不同的应力边界。
( E& K6 I: G, d) a8 W- R- R对照图4（本页）中应力边界条件的施加，两种方案如下表：
7 w. B! W6 a/ b3 e9 C3 l) F表2 不同计算方案下的应力边界
) Y$ p& {% r! m | v边 界 应力边界1 应力边界2 应力边界3
+ i+ D- S# u) l H6 @单 位 N/ mm 2 N/ mm 2 N/ mm 2
% T, M7 S6 e& f$ O5 R5 z7 \: [# G( M方案1 362 800 600
$ `) E* p4 L$ Y r方案2 362 200 3626 h8 v1 a9 D# q8 \, Q! Q
注：“应力边界1”对应图4中的“蓝色”边界“1”；
3 J0 A9 \7 m4 \, H) h# q“应力边界2”对应图4中的“绿色”边界“2”；' Q R! }* ~ J q3 \$ C* n
“应力边界3”对应图4中的“黄色”边界“3”；2 D3 [8 c3 }, u4 i
应力边界以正值“+”为“压应力”，负值“-”为“拉应力”。
7 t+ b6 e7 Z$ m9 c" y7 j5、网格离散3 C" R v+ } g
采用四节点四面体单元剖分三维网格。1 U+ r* j2 M" ]( O
剖分结果：节点总数：18,379；
8 r G1 ?2 v6 V" Y 单元总数：87,318。
" b' n$ } D2 B( o3 t9 W/ s: \网格质量良好。, H( }5 Y4 m3 c+ W
% s3 s6 E; t5 t' V' R5 v
& w8 q, q# f$ \图5 三维网格图* H2 j0 X4 R& V9 L+ P- P/ I6 M
- G. f2 d- m3 R1 B# G' ]6 k" N7 K" l1 J& W0 p
6、计算结果; @" K3 T8 w8 y3 P" N% ~% h8 l
位移：
4 r; Q6 e. H# _: b* e2 U3 B, Y% Y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）。" ~& o8 }1 R! \0 _- a: t
! V) ~3 ~) {& Q- M7 P' J; ?) H
3 ^# a% \0 t! p3 E4 ]+ w
图6 沿轴向变形云纹图 （单位：mm）
6 B+ Q$ C2 }8 u% k8 y+ H1 r: y1 n8 x1 ^1 c8 m' e! A5 \) y
\: `0 b7 w& W ?" y, o& t$ A图7 剖面变形前后对照图# h$ x7 g8 \0 @" @ q# n% h
应力
( m% L9 A; y4 ^5 C" ^0 @' G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 H z. C& |: z4 g- ~& s/ E- m: ]
2 _5 ^+ D' ?, G: E7 P% [9 {# K
图8 第一主应力云纹图 （单位：N/mm2）* j7 i6 y/ D5 l7 w
. l% V, t% ~8 h& R3 u7 B' P6 c5 f- N1 `* u* _
# p6 t% j$ B, d2 d. n
图9 第三主应力云纹图 （单位：N/mm2）8 w ~7 f: {& \1 L) G
) J1 O; n5 ~: @( u$ E! |5 V2 q
! f+ p" c& s$ J( J图10 剖面第三主应力云纹图 （单位：N/mm2）
2 N9 F" ]) I8 D7、考虑部分接触计算3 b' L% ?/ b, g/ W" C+ L" ?6 n% ~: `
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。
8 S! x1 z9 B& `* O1 T1 D9 {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 u( x$ t0 j; w I M9 K0 W. U% v
0 X1 S* P5 C; O5 Q- _, a% A+ o
# |9 j! m2 j% J, K; r z: z
图11 缝隙分布图
4 m, G0 d3 I$ f2 r" D: F: C计算位移结果：
" i: I- v& ]3 p! b+ R1 Z" A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）。
: L$ P# t1 j1 b9 q! N# M/ c" _3 c- D( g2 z: i/ i, c% x$ v! e
4 C, j$ Y2 ]4 H2 ~
+ n! X: C+ i( r$ D0 R- \7 {
图12 沿轴向变形云纹图 （单位：mm）# Y% M2 v1 u4 r( p) \9 {
计算应力结果：/ s0 }4 H3 T% g/ {3 t& t, I! x
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）。9 I* ?% K+ E" q+ z" b
, ]/ N3 k5 m$ a$ u- \! {
8 l1 w" n, q! x0 m$ z+ C3 b
0 G' ?; `, {$ L1 {) h图13 第一主应力云纹图 （单位：N/mm2）! m2 L7 |6 Y2 b% a/ v: p% S0 C) i
- \+ u3 U N* ^8 m2 B
" n7 L9 ^6 N1 A* o4 n5 v+ U
# p+ d: L2 b B- [9 U! y) s- o" F图14 第三主应力云纹图 （单位：N/mm2）
+ x* ` G8 y" F, a* p
5 v$ ~* p r+ {* |4 O4 Y4 _
0 r6 Z0 | r% [
图15 剖面第三主应力云纹图 （单位：N/mm2）
9 j. t; v! N4 d2 Q
; J% z8 c/ s) y P+ _& J |
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发表于 2013-8-16 16:58:06
