基于ANSYS引信體應(yīng)力分析

師平++白亞瓊

摘 要：以某彈引信體為研究對(duì)象，首先在SolidWorks里建立彈引信體的三維實(shí)體模型，而后在ANSYS軟件里建立有限元模型，再確定載荷及邊界條件，對(duì)其進(jìn)行爆破應(yīng)力分析，預(yù)測(cè)在工作載荷下危險(xiǎn)區(qū)域的裂紋，為進(jìn)一步研究提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：有限元 引信體 爆破應(yīng)力

中圖分類號(hào)：TJ410.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（b）-0078-02

由于加工及材料特性等原因，引信體表面及結(jié)構(gòu)內(nèi)部有可能會(huì)出現(xiàn)初始裂紋。本文中根據(jù)有限元法和線彈性斷裂力學(xué)的基本理論，，依據(jù)sliodworks和ANSYS軟件， 預(yù)測(cè)在引信體工作載荷下危險(xiǎn)區(qū)域的裂紋。

本文研究的某引信體為觸發(fā)式，彈藥的部位是在彈身引信。觸發(fā)引信，碰著物體即起爆。大都由擊針、火帽、雷管、傳爆藥和保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)等組成。

1 引信體的有限元模型

本文以某彈引信體為例，由于炸藥在引信體內(nèi)爆炸情況十分復(fù)雜，必須在實(shí)驗(yàn)的情況下對(duì)引信體受到的力進(jìn)行實(shí)測(cè)找出的受到的峰值壓力。但在缺乏相關(guān)的條件下，如假設(shè)將在炸藥爆炸瞬間到擊針脫離引信體著一過程中爆炸沒有變化，將子彈發(fā)射到離開引信體看作勻加速運(yùn)動(dòng)。由于為引信體軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)截面所受到的爆破應(yīng)力是相等，故進(jìn)行有限元計(jì)算時(shí)，取1/2引信體為計(jì)算區(qū)域，該結(jié)構(gòu)的尺寸為φ18（彈尾）×φ9.4（彈頭）×3.5（厚度）mm，其結(jié)構(gòu)見圖1所示。在有限元中采用solid45實(shí)體單元，自由網(wǎng)格劃分模型。

2 引信體的載荷及邊界條件的確定

2.1 定義材料的屬性

選擇彈性材料。引信體的材料為45號(hào)鋼冷拉圓鋼，HRC45-50。楊氏模量為2E11 泊松比為0.309。

2.2 確定載荷力

由于炸藥在引信體內(nèi)爆炸情況十分復(fù)雜，必須在實(shí)驗(yàn)的情況下對(duì)引信體受到的力進(jìn)行實(shí)測(cè)找出的受到的峰值壓力。在缺乏相關(guān)的條件下，假設(shè)將在炸藥爆炸瞬間到擊針脫離引信體著一過程中爆炸沒有變化，因此可以將擊針在引信體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)看做勻加速運(yùn)動(dòng)。

已知擊針變形時(shí)的壓力為160 kg，擊針最大速度大約為450 m/s。擊針在引信體中運(yùn)動(dòng)時(shí)受的阻力f等于其變形時(shí)受到的壓力。擊針材料為45號(hào)鋼，HRC40-45，質(zhì)量為0.11 g。

擊針在引信體中的加速度：a=[（vt）2-（v0）2]/2s=（vt）2/2s=18925000其中初始速度v0 為零；

引信體膛內(nèi)氣體壓力為：

F=ma=10500000 N

引信體膛內(nèi)最大氣體壓強(qiáng)為：

p=F/S=24 MPa

2.3選取模型

在不考慮溫度和氣候的影響，引信體的載荷是對(duì)稱的，可以取其結(jié)構(gòu)的1/2分析，由于要對(duì)其進(jìn)行有限元靜態(tài)分析，必須限制其自由度，所以引信體所受載荷的工作壓力為24 Mpa，施加與于引信體結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上。

3 引信體模型應(yīng)力分析

從這些圖中可以準(zhǔn)確地確定最大應(yīng)力的值和出現(xiàn)的位置，這些最大值顯示于表1。由圖2、圖3可以看出在引信體頸部區(qū)域應(yīng)力變形最大，但其并不影響擊針的正常發(fā)射；而引信體前端的變形十分小，此處為引信體的重要部分如果這個(gè)部分應(yīng)力超過許用應(yīng)力值就會(huì)產(chǎn)生斷裂，直接影響擊針的正常發(fā)射。

圖2中X方向上引信體頸部的內(nèi)膛壁受到的應(yīng)力最大，其值在-0.415E+08與 0.847E+08之間。圖3中Y方向上引信體頸部與放置擊針處之間受到的應(yīng)力最大，其值在-0.310E+08與0.860E+08之間。如果引信體在此處發(fā)生斷裂，Y方向的應(yīng)力起主要的作用。

4 結(jié)論

運(yùn)用ANSYS對(duì)引信體進(jìn)行爆破應(yīng)力分析可知引信體頸部與放置擊針處之間所受到的等效應(yīng)力最大，發(fā)生斷裂處從這里開始。要避免引信體發(fā)生斷裂就必須減少此處的應(yīng)力集中情況，可以通過增大引信體壁厚或調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圓角大小，可以使引信體受到的爆破應(yīng)力少一些，但這些措施只是初級(jí)階段，還需進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 尹柏生.有限元分析系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].計(jì)算機(jī)世界，2000（3）：1-2.

[2] 董方晴.引信設(shè)計(jì)原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1973，10.

[3] 曹萬有，張文柱，王道宏.高膛壓火炮技術(shù)[M]北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1989.

[4] 王世軍.有限元分析軟件ANSYS在結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用[M].西安：西安理工大學(xué)出版，1999.

[5] R.D.庫(kù)克.有限元分析的概念和應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.endprint

摘 要：以某彈引信體為研究對(duì)象，首先在SolidWorks里建立彈引信體的三維實(shí)體模型，而后在ANSYS軟件里建立有限元模型，再確定載荷及邊界條件，對(duì)其進(jìn)行爆破應(yīng)力分析，預(yù)測(cè)在工作載荷下危險(xiǎn)區(qū)域的裂紋，為進(jìn)一步研究提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：有限元 引信體 爆破應(yīng)力

中圖分類號(hào)：TJ410.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（b）-0078-02

由于加工及材料特性等原因，引信體表面及結(jié)構(gòu)內(nèi)部有可能會(huì)出現(xiàn)初始裂紋。本文中根據(jù)有限元法和線彈性斷裂力學(xué)的基本理論，，依據(jù)sliodworks和ANSYS軟件， 預(yù)測(cè)在引信體工作載荷下危險(xiǎn)區(qū)域的裂紋。

本文研究的某引信體為觸發(fā)式，彈藥的部位是在彈身引信。觸發(fā)引信，碰著物體即起爆。大都由擊針、火帽、雷管、傳爆藥和保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)等組成。

1 引信體的有限元模型

本文以某彈引信體為例，由于炸藥在引信體內(nèi)爆炸情況十分復(fù)雜，必須在實(shí)驗(yàn)的情況下對(duì)引信體受到的力進(jìn)行實(shí)測(cè)找出的受到的峰值壓力。但在缺乏相關(guān)的條件下，如假設(shè)將在炸藥爆炸瞬間到擊針脫離引信體著一過程中爆炸沒有變化，將子彈發(fā)射到離開引信體看作勻加速運(yùn)動(dòng)。由于為引信體軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)截面所受到的爆破應(yīng)力是相等，故進(jìn)行有限元計(jì)算時(shí)，取1/2引信體為計(jì)算區(qū)域，該結(jié)構(gòu)的尺寸為φ18（彈尾）×φ9.4（彈頭）×3.5（厚度）mm，其結(jié)構(gòu)見圖1所示。在有限元中采用solid45實(shí)體單元，自由網(wǎng)格劃分模型。

2 引信體的載荷及邊界條件的確定

2.1 定義材料的屬性

選擇彈性材料。引信體的材料為45號(hào)鋼冷拉圓鋼，HRC45-50。楊氏模量為2E11 泊松比為0.309。

2.2 確定載荷力

由于炸藥在引信體內(nèi)爆炸情況十分復(fù)雜，必須在實(shí)驗(yàn)的情況下對(duì)引信體受到的力進(jìn)行實(shí)測(cè)找出的受到的峰值壓力。在缺乏相關(guān)的條件下，假設(shè)將在炸藥爆炸瞬間到擊針脫離引信體著一過程中爆炸沒有變化，因此可以將擊針在引信體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)看做勻加速運(yùn)動(dòng)。

已知擊針變形時(shí)的壓力為160 kg，擊針最大速度大約為450 m/s。擊針在引信體中運(yùn)動(dòng)時(shí)受的阻力f等于其變形時(shí)受到的壓力。擊針材料為45號(hào)鋼，HRC40-45，質(zhì)量為0.11 g。

擊針在引信體中的加速度：a=[（vt）2-（v0）2]/2s=（vt）2/2s=18925000其中初始速度v0 為零；

引信體膛內(nèi)氣體壓力為：

F=ma=10500000 N

引信體膛內(nèi)最大氣體壓強(qiáng)為：

p=F/S=24 MPa

2.3選取模型

在不考慮溫度和氣候的影響，引信體的載荷是對(duì)稱的，可以取其結(jié)構(gòu)的1/2分析，由于要對(duì)其進(jìn)行有限元靜態(tài)分析，必須限制其自由度，所以引信體所受載荷的工作壓力為24 Mpa，施加與于引信體結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上。

3 引信體模型應(yīng)力分析

從這些圖中可以準(zhǔn)確地確定最大應(yīng)力的值和出現(xiàn)的位置，這些最大值顯示于表1。由圖2、圖3可以看出在引信體頸部區(qū)域應(yīng)力變形最大，但其并不影響擊針的正常發(fā)射；而引信體前端的變形十分小，此處為引信體的重要部分如果這個(gè)部分應(yīng)力超過許用應(yīng)力值就會(huì)產(chǎn)生斷裂，直接影響擊針的正常發(fā)射。

圖2中X方向上引信體頸部的內(nèi)膛壁受到的應(yīng)力最大，其值在-0.415E+08與 0.847E+08之間。圖3中Y方向上引信體頸部與放置擊針處之間受到的應(yīng)力最大，其值在-0.310E+08與0.860E+08之間。如果引信體在此處發(fā)生斷裂，Y方向的應(yīng)力起主要的作用。

4 結(jié)論

運(yùn)用ANSYS對(duì)引信體進(jìn)行爆破應(yīng)力分析可知引信體頸部與放置擊針處之間所受到的等效應(yīng)力最大，發(fā)生斷裂處從這里開始。要避免引信體發(fā)生斷裂就必須減少此處的應(yīng)力集中情況，可以通過增大引信體壁厚或調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圓角大小，可以使引信體受到的爆破應(yīng)力少一些，但這些措施只是初級(jí)階段，還需進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 尹柏生.有限元分析系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].計(jì)算機(jī)世界，2000（3）：1-2.

[2] 董方晴.引信設(shè)計(jì)原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1973，10.

[3] 曹萬有，張文柱，王道宏.高膛壓火炮技術(shù)[M]北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1989.

[4] 王世軍.有限元分析軟件ANSYS在結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用[M].西安：西安理工大學(xué)出版，1999.

[5] R.D.庫(kù)克.有限元分析的概念和應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.endprint

摘 要：以某彈引信體為研究對(duì)象，首先在SolidWorks里建立彈引信體的三維實(shí)體模型，而后在ANSYS軟件里建立有限元模型，再確定載荷及邊界條件，對(duì)其進(jìn)行爆破應(yīng)力分析，預(yù)測(cè)在工作載荷下危險(xiǎn)區(qū)域的裂紋，為進(jìn)一步研究提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：有限元 引信體 爆破應(yīng)力

中圖分類號(hào)：TJ410.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（b）-0078-02

由于加工及材料特性等原因，引信體表面及結(jié)構(gòu)內(nèi)部有可能會(huì)出現(xiàn)初始裂紋。本文中根據(jù)有限元法和線彈性斷裂力學(xué)的基本理論，，依據(jù)sliodworks和ANSYS軟件， 預(yù)測(cè)在引信體工作載荷下危險(xiǎn)區(qū)域的裂紋。

本文研究的某引信體為觸發(fā)式，彈藥的部位是在彈身引信。觸發(fā)引信，碰著物體即起爆。大都由擊針、火帽、雷管、傳爆藥和保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)等組成。

1 引信體的有限元模型

本文以某彈引信體為例，由于炸藥在引信體內(nèi)爆炸情況十分復(fù)雜，必須在實(shí)驗(yàn)的情況下對(duì)引信體受到的力進(jìn)行實(shí)測(cè)找出的受到的峰值壓力。但在缺乏相關(guān)的條件下，如假設(shè)將在炸藥爆炸瞬間到擊針脫離引信體著一過程中爆炸沒有變化，將子彈發(fā)射到離開引信體看作勻加速運(yùn)動(dòng)。由于為引信體軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)截面所受到的爆破應(yīng)力是相等，故進(jìn)行有限元計(jì)算時(shí)，取1/2引信體為計(jì)算區(qū)域，該結(jié)構(gòu)的尺寸為φ18（彈尾）×φ9.4（彈頭）×3.5（厚度）mm，其結(jié)構(gòu)見圖1所示。在有限元中采用solid45實(shí)體單元，自由網(wǎng)格劃分模型。

2 引信體的載荷及邊界條件的確定

2.1 定義材料的屬性

選擇彈性材料。引信體的材料為45號(hào)鋼冷拉圓鋼，HRC45-50。楊氏模量為2E11 泊松比為0.309。

2.2 確定載荷力

由于炸藥在引信體內(nèi)爆炸情況十分復(fù)雜，必須在實(shí)驗(yàn)的情況下對(duì)引信體受到的力進(jìn)行實(shí)測(cè)找出的受到的峰值壓力。在缺乏相關(guān)的條件下，假設(shè)將在炸藥爆炸瞬間到擊針脫離引信體著一過程中爆炸沒有變化，因此可以將擊針在引信體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)看做勻加速運(yùn)動(dòng)。

已知擊針變形時(shí)的壓力為160 kg，擊針最大速度大約為450 m/s。擊針在引信體中運(yùn)動(dòng)時(shí)受的阻力f等于其變形時(shí)受到的壓力。擊針材料為45號(hào)鋼，HRC40-45，質(zhì)量為0.11 g。

擊針在引信體中的加速度：a=[（vt）2-（v0）2]/2s=（vt）2/2s=18925000其中初始速度v0 為零；

引信體膛內(nèi)氣體壓力為：

F=ma=10500000 N

引信體膛內(nèi)最大氣體壓強(qiáng)為：

p=F/S=24 MPa

2.3選取模型

在不考慮溫度和氣候的影響，引信體的載荷是對(duì)稱的，可以取其結(jié)構(gòu)的1/2分析，由于要對(duì)其進(jìn)行有限元靜態(tài)分析，必須限制其自由度，所以引信體所受載荷的工作壓力為24 Mpa，施加與于引信體結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上。

3 引信體模型應(yīng)力分析

從這些圖中可以準(zhǔn)確地確定最大應(yīng)力的值和出現(xiàn)的位置，這些最大值顯示于表1。由圖2、圖3可以看出在引信體頸部區(qū)域應(yīng)力變形最大，但其并不影響擊針的正常發(fā)射；而引信體前端的變形十分小，此處為引信體的重要部分如果這個(gè)部分應(yīng)力超過許用應(yīng)力值就會(huì)產(chǎn)生斷裂，直接影響擊針的正常發(fā)射。

圖2中X方向上引信體頸部的內(nèi)膛壁受到的應(yīng)力最大，其值在-0.415E+08與 0.847E+08之間。圖3中Y方向上引信體頸部與放置擊針處之間受到的應(yīng)力最大，其值在-0.310E+08與0.860E+08之間。如果引信體在此處發(fā)生斷裂，Y方向的應(yīng)力起主要的作用。

4 結(jié)論

運(yùn)用ANSYS對(duì)引信體進(jìn)行爆破應(yīng)力分析可知引信體頸部與放置擊針處之間所受到的等效應(yīng)力最大，發(fā)生斷裂處從這里開始。要避免引信體發(fā)生斷裂就必須減少此處的應(yīng)力集中情況，可以通過增大引信體壁厚或調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圓角大小，可以使引信體受到的爆破應(yīng)力少一些，但這些措施只是初級(jí)階段，還需進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 尹柏生.有限元分析系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].計(jì)算機(jī)世界，2000（3）：1-2.

[2] 董方晴.引信設(shè)計(jì)原理[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1973，10.

[3] 曹萬有，張文柱，王道宏.高膛壓火炮技術(shù)[M]北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1989.

[4] 王世軍.有限元分析軟件ANSYS在結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用[M].西安：西安理工大學(xué)出版，1999.

[5] R.D.庫(kù)克.有限元分析的概念和應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.endprint