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基于Cosmosworks的曲折槽筒的有限元分析

發(fā)布于:2020-08-26 17:59
有限元分析
 

       曲折槽機(jī)構(gòu)早在第二次世界大戰(zhàn)時期就得到了應(yīng)用。在曲折槽機(jī)構(gòu)的運(yùn)行過程中,碰撞及其變形對其有著不可忽略的影響,碰撞會延緩曲折槽機(jī)構(gòu)解除保險(xiǎn)的時間,碰撞后的慣性筒壁及制動銷均會產(chǎn)生變形,慣性筒壁的變形有多大以及凹坑是否會影響保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)的正常解除都十分重要。前人已經(jīng)對曲折槽機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程中的碰撞變形問題進(jìn)行過理論分析,對碰撞恢復(fù)系數(shù)、修正系數(shù)、能量損失等問題進(jìn)行過研究圈,但未對碰撞變形問題進(jìn)行過有限元分析。本文將Cosmosworks有限元分析方法引入曲折槽碰撞變形分析中。
       曲折槽機(jī)構(gòu)是在慣性筒壁上開有曲折槽并靠插入該槽的制動銷約束,使慣性筒在慣性力作用下邊向下平動邊轉(zhuǎn)動,以延緩解除保險(xiǎn)過程的引信保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動。
       在機(jī)構(gòu)運(yùn)行過程中,慣性筒與曲折槽筒會在臺階處發(fā)生一次碰撞,而制動銷與曲折槽筒會在曲折槽筒的槽壁上發(fā)生多次碰撞,這些都將導(dǎo)致速度的改變以及能量的損失,本文主要討論的是曲折槽筒與制動銷之間的碰撞問題。
       物體碰撞的基本原則是碰撞前后入射角等于出射角團(tuán),故可根據(jù)這一規(guī)律找出制動銷與曲折槽筒之間的碰撞點(diǎn)。曲折槽筒在慣性力的作用下邊向下運(yùn)動邊轉(zhuǎn)動,制動銷固定不動�,F(xiàn)為研究簡便起見,按照相對運(yùn)動的原理,認(rèn)為曲折槽筒固定不動,而制動銷邊向上運(yùn)動邊轉(zhuǎn)動,在其運(yùn)動的過程中碰撞到了曲折槽的筒壁。
       首先在SolidWorks中建立曲折槽筒的三維模型,材料為鋁合金(1060合金),生成線性靜態(tài)分析算例,選擇Cosmosworks下的網(wǎng)格類型為實(shí)體網(wǎng)格。接著對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分,網(wǎng)格參數(shù)采用系統(tǒng)默認(rèn)的最優(yōu)值,同時利用應(yīng)用網(wǎng)格控制命令,選擇制動銷與曲折槽壁相碰撞的曲面,將其網(wǎng)格進(jìn)一步細(xì)化。此兩點(diǎn)可以保證有限元模型建立的質(zhì)量,既對重點(diǎn)位置進(jìn)行細(xì)化,又可避免網(wǎng)格數(shù)過大導(dǎo)致計(jì)算量過大。最后,對曲折槽筒進(jìn)行加載與約束。
       為比較不同材料狀態(tài)下的曲折槽筒的變形情況,分別對發(fā)射過程的過載曲線作用下的銅制、鋼制的曲折槽筒進(jìn)行有限元分析,可得到銅制與鋼制的曲折槽筒的變形情況。
       (1)曲折槽筒與制動銷相碰撞時,曲折槽筒的最大應(yīng)力大于屈服力,為塑性變形,這樣就會在曲折槽壁表面產(chǎn)生一凹坑,可能會使得制動銷卡在曲折槽壁的凹陷變形處,而導(dǎo)致曲折槽機(jī)構(gòu)無法運(yùn)行,這一問題常常出現(xiàn)在實(shí)際過程中,由此結(jié)果可證明此有限元分析方法正確可行,與實(shí)際相符。
       (2)通過對發(fā)射過程的過載曲線、跌落木墩過載曲線以及迫擊炮發(fā)射的過載曲線作用下的曲折槽筒的動力學(xué)分析可知,隨著慣性力曲線的改變,曲折槽筒與制動銷碰撞前后的速度也隨之改變,這將導(dǎo)致曲折槽筒的變形量發(fā)生變化,這一點(diǎn)同時也在對曲折槽筒的有限元分析結(jié)果中得到證實(shí),其中跌落木墩過載曲線作用下的曲折槽筒變形量最大為0.2 mm。
       (3)通過分別對鋁制、鋼制、銅制的曲折槽筒的動力學(xué)分析可知,材料不同時碰撞力不同,從而將導(dǎo)致碰撞后的變形量的改變,這一點(diǎn)在對曲折槽筒的有限元線性靜態(tài)分析中得到證實(shí)。


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