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基于Cosmosworks的曲折槽筒的有限元分析

發布于:2020-08-26 17:59
有限元分析
 

       曲折槽機構早在第二次世界大戰時期就得到了應用。在曲折槽機構的運行過程中,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構解除保險的時間,碰撞后的慣性筒壁及制動銷均會產生變形,慣性筒壁的變形有多大以及凹坑是否會影響保險機構的正常解除都十分重要。前人已經對曲折槽機構運行過程中的碰撞變形問題進行過理論分析,對碰撞恢復系數、修正系數、能量損失等問題進行過研究圈,但未對碰撞變形問題進行過有限元分析。本文將Cosmosworks有限元分析方法引入曲折槽碰撞變形分析中。
       曲折槽機構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動,以延緩解除保險過程的引信保險機構的運動。
       在機構運行過程中,慣性筒與曲折槽筒會在臺階處發生一次碰撞,而制動銷與曲折槽筒會在曲折槽筒的槽壁上發生多次碰撞,這些都將導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,故可根據這一規律找出制動銷與曲折槽筒之間的碰撞點。曲折槽筒在慣性力的作用下邊向下運動邊轉動,制動銷固定不動,F為研究簡便起見,按照相對運動的原理,認為曲折槽筒固定不動,而制動銷邊向上運動邊轉動,在其運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),生成線性靜態分析算例,選擇Cosmosworks下的網格類型為實體網格。接著對其進行網格劃分,網格參數采用系統默認的最優值,同時利用應用網格控制命令,選擇制動銷與曲折槽壁相碰撞的曲面,將其網格進一步細化。此兩點可以保證有限元模型建立的質量,既對重點位置進行細化,又可避免網格數過大導致計算量過大。最后,對曲折槽筒進行加載與約束。
       為比較不同材料狀態下的曲折槽筒的變形情況,分別對發射過程的過載曲線作用下的銅制、鋼制的曲折槽筒進行有限元分析,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,曲折槽筒的最大應力大于屈服力,為塑性變形,這樣就會在曲折槽壁表面產生一凹坑,可能會使得制動銷卡在曲折槽壁的凹陷變形處,而導致曲折槽機構無法運行,這一問題常常出現在實際過程中,由此結果可證明此有限元分析方法正確可行,與實際相符。
       (2)通過對發射過程的過載曲線、跌落木墩過載曲線以及迫擊炮發射的過載曲線作用下的曲折槽筒的動力學分析可知,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,這將導致曲折槽筒的變形量發生變化,這一點同時也在對曲折槽筒的有限元分析結果中得到證實,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分析可知,材料不同時碰撞力不同,從而將導致碰撞后的變形量的改變,這一點在對曲折槽筒的有限元線性靜態分析中得到證實。


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