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基于Cosmosworks的曲折槽筒的有限元分析

发布于:2020-08-26 17:59
有限元分析
 

       曲折槽机构早在第二次世界大战时期就得到了应用。在曲折槽机构的运行过程中,碰撞及其变形对其有着不可忽略的影响,碰撞会延缓曲折槽机构解除保险的时间,碰撞后的惯性筒壁及制动销均会产生变形,惯性筒壁的变形有多大以及凹坑是否会影响保险机构的正常解除都十分重要。前人已经对曲折槽机构运行过程中的碰撞变形问题进行过理论分析,对碰撞恢复系数、修正系数、能量损失等问题进行过研究圈,但未对碰撞变形问题进行过有限元分析。本文将Cosmosworks有限元分析方法引入曲折槽碰撞变形分析中。
       曲折槽机构是在惯性筒壁上开有曲折槽并靠插入该槽的制动销约束,使惯性筒在惯性力作用下边向下平动边转动,以延缓解除保险过程的引信保险机构的运动。
       在机构运行过程中,惯性筒与曲折槽筒会在台阶处发生一次碰撞,而制动销与曲折槽筒会在曲折槽筒的槽壁上发生多次碰撞,这些都将导致速度的改变以及能量的损失,本文主要讨论的是曲折槽筒与制动销之间的碰撞问题。
       物体碰撞的基本原则是碰撞前后入射角等于出射角团,故可根据这一规律找出制动销与曲折槽筒之间的碰撞点。曲折槽筒在惯性力的作用下边向下运动边转动,制动销固定不动。现为研究简便起见,按照相对运动的原理,认为曲折槽筒固定不动,而制动销边向上运动边转动,在其运动的过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维模型,材料为铝合金(1060合金),生成线性静态分析算例,选择Cosmosworks下的网格类型为实体网格。接着对其进行网格划分,网格参数采用系统默认的最优值,同时利用应用网格控制命令,选择制动销与曲折槽壁相碰撞的曲面,将其网格进一步细化。此两点可以保证有限元模型建立的质量,既对重点位置进行细化,又可避免网格数过大导致计算量过大。最后,对曲折槽筒进行加载与约束。
       为比较不同材料状态下的曲折槽筒的变形情况,分别对发射过程的过载曲线作用下的铜制、钢制的曲折槽筒进行有限元分析,可得到铜制与钢制的曲折槽筒的变形情况。
       (1)曲折槽筒与制动销相碰撞时,曲折槽筒的最大应力大于屈服力,为塑性变形,这样就会在曲折槽壁表面产生一凹坑,可能会使得制动销卡在曲折槽壁的凹陷变形处,而导致曲折槽机构无法运行,这一问题常常出现在实际过程中,由此结果可证明此有限元分析方法正确可行,与实际相符。
       (2)通过对发射过程的过载曲线、跌落木墩过载曲线以及迫击炮发射的过载曲线作用下的曲折槽筒的动力学分析可知,随着惯性力曲线的改变,曲折槽筒与制动销碰撞前后的速度也随之改变,这将导致曲折槽筒的变形量发生变化,这一点同时也在对曲折槽筒的有限元分析结果中得到证实,其中跌落木墩过载曲线作用下的曲折槽筒变形量最大为0.2 mm。
       (3)通过分别对铝制、钢制、铜制的曲折槽筒的动力学分析可知,材料不同时碰撞力不同,从而将导致碰撞后的变形量的改变,这一点在对曲折槽筒的有限元线性静态分析中得到证实。


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