弹托弹芯结构接触静力学分析

元计算

1、问题描述：
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。
* N8 w6 i0 J- y
1 c" ?  k, x: i; w8 f
2 A2 ]4 o/ O2 w图1  计算模型剖面图   （单位：mm）
6 ~/ M8 Q1 I- F2 T' |
9 z  W- I( {8 [) T5 `' e
图2  计算模型侧视图
2、材料参数：
: K/ A; D  N4 E7 N1 Y; V5 e只有两种材料：铝和钨。
表1  材料参数取值
9 K4 f: k  a+ i2 M! }/ F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
5 L  P; t* x5 s7 x! B, S! G金属铝        1.03×107        0.33        2.7        0        0        0
3 v9 H# v$ x# \2 B2 s! C- @" [金属钨        3.6×105        0.346        17.6        0        0        0
3、边界条件：
  E' g. `% h% f/ [$ C$ ^' l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。
% a3 S3 p; }4 h# S
4 p! Y* |3 H; _: {$ y, U, n9 `


; C1 o/ D) C$ l9 x+ ^1 S图3  位移边界条件

/ E/ A( b  L9 ]  K" O
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）。


3 N$ C, Z% T# e) g图4  应力边界条件
' A( V; x, X4 z* L# d4、计算方案
1 z; S2 y. g  _+ t6 B设计了两种计算方案，施加不同的应力边界。
+ \4 G; a" l* u对照图4（本页）中应力边界条件的施加，两种方案如下表：
7 @5 y- @# x; _% A" \, B( }( l: f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
/ R1 S, ~+ x( m/ S方案1        362        800        600
方案2        362        200        362
注：“应力边界1”对应图4中的“蓝色”边界“1”；
. ~8 h2 F4 d7 j  |1 [5 j! a8 c“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”。
5、网格离散
采用四节点四面体单元剖分三维网格。
# W5 g9 M, e# r0 G/ Z; k) J# [/ g剖分结果：节点总数：18,379；
5 `3 q+ B% D2 ^$ H& x: l. G& z% K. O          单元总数：87,318。
3 m. h1 C; C- I/ I' A网格质量良好。
   
0 _9 r" C# E7 Q/ l3 Y. L/ [
5 ?' e- e) d" e6 K3 D  e; t2 F图5  三维网格图
# T; k' n# ?8 r' x9 \- F. J
- U" t: ^: Q: `; O+ W$ L
  M$ Q$ I$ }" {. G2 y! N6、计算结果
1 r9 z; |) O" t% ?* E, V. v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）。


图6  沿轴向变形云纹图  （单位：mm）
3 |3 X4 _$ _0 s3 X7 b- W1 Y# O) ~& ]

图7  剖面变形前后对照图
# k- X; w- d- ^. X7 ?, |应力
* S$ k& O" e# i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）。
5 ?# J2 I/ k  W$ F4 C& X) v
. [7 L' _3 F: {, m图8  第一主应力云纹图  （单位：N/mm2）
/ a: r6 N, E3 V% D* x) U


9 r5 f( x4 K; {9 S3 X; X7 S2 G5 ^图9  第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）


, d  U2 M; ?/ Z& ?图10  剖面第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）
8 [# Z6 H( {& y/ b: I" l2 O! m. N% q9 ]7、考虑部分接触计算
! E# v* e" _# u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。
4 U/ m! G3 E' h! Q6 k
5 w& r/ J/ _% H& c% h; E) d. J8 s
图11  缝隙分布图
, n; B9 r  k3 p) Z' d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）。
( b, A4 b6 \, T( j9 h! Y+ _- @

5 {; c% K4 w8 S- v( s
图12 沿轴向变形云纹图  （单位：mm）
计算应力结果：
; V% B) x, @0 Y+ N( G$ s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）。


6 D: w2 I/ B+ B) b4 [
图13  第一主应力云纹图  （单位：N/mm2）
0 J0 P4 ?1 K2 R  v- u. _3 N" L
7 k( ^3 L! |4 U% m
$ {% v$ D3 r% a' f
图14  第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）

! y' ?; B/ H% c" Z: [! |
图15  剖面第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）

5 q& t+ Z# d3 j8 q/ P% B( n

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？
  o! J0 [$ h& u! ^, \% V1 a

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。