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彈丸的主要裝填物是炸藥，發(fā)射時，在炸藥中作用有慣性力和相應的壓力，并使炸藥內部產(chǎn)生一定的變形，或者發(fā)生顆粒間的相對移動和摩擦，從而導致熱現(xiàn)象。如果炸藥應力過大，就有可能引起炸藥早炸，為了確保發(fā)射時的安全，必須限制發(fā)射時炸藥內的最大應力值。對榴彈的彈丸強度分析進行研究，使用ANSYS參數(shù)化設計語言進行二次開發(fā)，研制了榴彈強度分析軟件。該系統(tǒng)從參數(shù)文件中讀取彈丸強度分析參數(shù)，對導入的彈體和裝填物模型進行非線性分析，得出彈丸上各結點應力、應變信息，輸出位移圖、等效應力圖.輸出的分析結果可供專家系統(tǒng)使用。
軟件先首先從參數(shù)文件中讀取強度分析參數(shù)，然后創(chuàng)建有限元模型、施加載荷并求解，最后輸出計算結果，系統(tǒng)流程圖如圖所示。使用VC語言開發(fā)強度分析軟件的主界面，該界面左側的按鈕用于輸入強度分析參數(shù)、導入彈體和裝添物模型、定義約束和加載、定義接觸面然后計算求解，右側按鈕用于查看分析的結果。從參數(shù)文件讀取榴彈設計專家系統(tǒng)將用于榴彈強度分析的參數(shù)數(shù)據(jù)保存在參數(shù)文件中，在軟件運行時，用戶可選從參數(shù)文件中讀取參數(shù)。讀取出的參數(shù)顯示在輸入對話框。施加載荷并求解根據(jù)施加載荷和約束條件，進行求解運算，計算出彈丸上各結點應力、應變信息。
由于彈丸在炮膛內處于運動狀態(tài)，添加的邊界條件如下：(1)平面加一個與此平面相垂直的位移約束，z方向位移為零，(2)YZ平面加一個與此平面相垂直的位移約束，X方向位移為零，(3)根據(jù)榴彈設計經(jīng)驗，上定心部下緣線軸向位移為零。當彈體受到的膛壓火藥氣體壓力達到最大時，加速度也達到最大，因而慣性力、裝填物壓力等均達到最大值。相比之下，彈帶壓力下降很多，故可將彈帶壓力略去。另外此時期彈丸的旋轉角速度尚很小，在應力計算中可以略去由旋轉產(chǎn)生的應力。因此選擇施加的載荷有：火藥氣體壓力、軸向慣性力、引信作用力。輸出分析結果輸出彈丸徑向位移圖、軸向位移圖、綜合位移圖、彈體等效應力圖和裝填物等效應力圖。輸出的結果可被榴彈設計專家系統(tǒng)調用，提供榴彈設計參考。
實例分析以某榴彈為例運行軟件，檢驗軟件運行情況。輸入?yún)?shù)，輸出綜合位移圖和彈體等效應力圖如圖所示。有限元分析計算出的變形情況與實際情況比較吻合，發(fā)射時彈體屈服面積較小，根據(jù)彈丸設計準則，強度滿足要求。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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