元计算pFEPG有限元分析软件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。

                              

图1  计算模型剖面图   （单位：mm）

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

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

3、边界条件：

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。

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）。

图4  应力边界条件

4、计算方案

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

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
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”；

“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。

剖分结果：节点总数：18,379；

          单元总数：87,318。

网格质量良好。

图5  三维网格图

6、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）。

图6  沿轴向变形云纹图  （单位：mm）

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）。

图8  第一主应力云纹图  （单位：N/mm2）

图9  第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）

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

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0.01mm的缝隙。

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）。

图12 沿轴向变形云纹图 （单位：mm）

计算应力结果：

最大拉应力681MPa（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）。

图13  第一主应力云纹图  （单位：N/mm2）

图14  第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）

图15  剖面第三主应力云纹图  （单位：N/mm2）

      pFEPG是元计算公司研发的并行有限元自动生成系统的简称（Parallel Finite Element Program Generator）。该系统的核心功能即可以处理和自动生成全部类型的有限元计算代码。并提供相应的集成环境完成编译、计算、前后处理等任务，构成完备的同时又是开源的CAE软件。元计算致力于研究并发展具有完全自主知识产权的科学与工程计算软件平台，为提升我国工程在设计制造领域的创新能力做出自己的贡献。同时元计算通过充分开放（源代码级）合作的模式，希望带领和整合国内相关领域的研发力量，分享创新成果，累积技术实力，将传统客户的概念转化为合作伙伴理念，为全体参与者打造一个共赢的环境和平台。

CAENET

谢谢了:hug::kiss:

minwell2008

碉堡了哈哈