弹托弹芯结构接触静力学分析

元计算

1、问题描述：
: ^. C6 e2 J$ j4 J, |0 v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。

4 k8 x* E5 A0 u- A2 m/ }  e
- ?! M! S5 {! J, G& A图1  计算模型剖面图   （单位：mm）
4 I$ W" @8 S3 x9 T6 q, T  n4 [7 H

- X% R, l" |+ w7 d1 M图2  计算模型侧视图
2、材料参数：
只有两种材料：铝和钨。
表1  材料参数取值
5 {; V+ A3 `# S! v; |* c9 [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
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
/ H8 [& x: r9 g5 m( D& O3、边界条件：
6 e0 e2 ^5 B" Q" w0 U; k7 |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。
2 q0 k8 |2 O7 D& o



4 _" E" H$ q( K1 z. _图3  位移边界条件


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 W/ H9 R- O% J
3 f0 w- L9 @' @; G
: T0 {: R" |* [4 l. f7 o图4  应力边界条件
# v7 N9 m: X, _- |; Z: K1 t4、计算方案
, _8 G3 |# W  @4 }! D0 m设计了两种计算方案，施加不同的应力边界。
7 I: n* f* c/ W  D8 S) [' x4 I对照图4（本页）中应力边界条件的施加，两种方案如下表：
! G; r4 o2 k7 p# u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
3 H  S& @0 k. g$ L/ B单 位        N/ mm 2        N/ mm 2        N/ mm 2
" A* a/ u4 W' ^" z) `方案1        362        800        600
4 Z# Y1 B4 J. S方案2        362        200        362
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”；
) k9 R+ L! X9 T. O. I“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”。
8 e+ X- b/ |- R  t4 J3 w5、网格离散
+ N# A! U* Q4 O2 `# {* k$ S/ g" O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。
- U3 q% O# k- h! }7 {1 m2 D网格质量良好。
   

图5  三维网格图
  k! O, ?+ |% |5 m7 Z4 W: Z( t
# g$ ^# v- Q; Q; j
6、计算结果
) t0 d- d( M& _% M+ m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）。


( ]# Y( ?; p& Q3 d4 l图6  沿轴向变形云纹图  （单位：mm）


1 e6 ?! d( Q9 a, e2 u% U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）。
1 L' Y; D" I' }
; |: I% B+ Z# ?. ~# i. K, A1 c3 k: @图8  第一主应力云纹图  （单位：N/mm2）
3 V  Q5 g) X  Q' f


图9  第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）
# n( y+ h, M  v; _
! A- s: C7 p  X9 ]5 i& n" o: m' B! C
* m2 \* b, V6 c. [图10  剖面第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）
: ^- l$ ?$ T" V- F6 @7、考虑部分接触计算
. w, _% q' a3 Y7 d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。
& [# Z; R3 i+ j; W% [+ V. h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。


- w+ a2 g  M( Z. d$ A" o- }图11  缝隙分布图
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）。
- H. |' I; a5 A8 j' p


% E" o' B) ]/ q图12 沿轴向变形云纹图  （单位：mm）
计算应力结果：
- X" p# A! _1 P4 L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）。
1 O  J; w2 R$ S, c
+ u! I; t  t( l) u/ O& J- b7 R+ K
( Q$ K( s+ v! [% ]
; h" i$ x+ Q9 _/ u8 h9 n" s6 U图13  第一主应力云纹图  （单位：N/mm2）
1 [  R3 [' b; O8 }. W% E7 C
; \; y( J6 U- K! q9 k  J, O  E
% a2 l: c+ y7 l) k) S( n2 n
. ?* t( G5 O. r% w- B图14  第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）
) U, b: X  e1 l5 R$ g
% M8 J* }0 C5 b: w1 r2 K1 i
图15  剖面第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）
/ b- k. I$ N% w- J) e& T# q7 m
  i/ c) U0 g% 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？

" Y: c: w1 y4 G3 v% P

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。
. M4 i6 p. [6 v& X2 Q0 \# N6 |- C