弹托弹芯结构接触静力学分析
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/cm3mm/s2mm/s2mm/s2
金属铝1.03×1070.332.7000
金属钨3.6×1050.34617.6000
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 2N/ mm 2N/ mm 2
方案1362800600
方案2362200362
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0.01 mm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）。 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）
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