基于XFEM法的拉殼鉤裂紋擴展分析研究

劉 杭，李 強，吳寶雙

（中北大學 機電工程學院，山西 太原 030051）

隨著自動武器的發展，為了滿足其高射速等一系列戰技指標，部分構件幾何尺寸日益極端化，作業環境復雜化，其中一個體現就是在自動武器射擊過程中，由于拉殼鉤反復抽殼，受到較大循環載荷作用，以及材料本身可能存在的缺陷，最終導致拉殼鉤失效甚至斷裂。產生這類事故的根本原因在于金屬疲勞引起裂紋的產生，當裂紋發展到一定程度的時候，構件斷裂。因此研究裂紋及其在一定程度下的擴展行為對提高武器可靠性意義重大。

目前，對于裂紋生成和擴展的研究已經有了很多成果，研究手段基本上分為兩種：試驗與統計相結合的方法和以斷裂力學為基礎進行數值分析的方法。隨著計算機技術的不斷發展，越來越多的學者開始采用數值分析的方法，但是傳統的有限元分析方法在建模方面比較困難且數學表達式相對繁瑣，因此不容易被廣泛使用。擴展有限元法（以下簡稱XFEM）是在傳統有限元法基礎之上發展起來的一種新型的裂紋計算方法，應用XFEM 方法簡化模型建模，不需要再對裂紋幾何進行網格劃分，提高計算精度，裂紋可以在單元邊的內部通過［1］。

筆者以有限元分析軟件ABAQUS為平臺，運用XFEM 法對拉殼鉤的裂紋生成擴展進行分析。

1 三維模型的建立

拉殼鉤作為自動機的一部分，需要在射擊之后及時將彈殼抽出。由于自動武器射速較高，抽殼阻力往往較大，對于小口徑自動武器而言，抽殼阻力大約為幾百牛頓［2］。……