高嵐

（慶安集團(tuán)有限公司，陜西西安710077）

某型彈射裝置內(nèi)埋接頭接觸強(qiáng)度研究

高嵐

（慶安集團(tuán)有限公司，陜西西安710077）

某型彈射裝置內(nèi)埋接頭是一種新型的懸掛物接口形式，由內(nèi)筒、外筒、拉桿和鋼珠組成。為滿足重量級(jí)懸掛物懸掛、運(yùn)載、發(fā)射狀態(tài)強(qiáng)度要求，本文針對(duì)影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)建立五種典型接觸有限元模型，進(jìn)行非線性分析。最后，對(duì)不同結(jié)構(gòu)接觸強(qiáng)度結(jié)果進(jìn)行分析找出最優(yōu)結(jié)構(gòu)。

內(nèi)埋接頭；非線性分析；有限元模型；接觸強(qiáng)度

現(xiàn)有裝備空中發(fā)射武器中各類炸彈和重型導(dǎo)彈機(jī)械接口多采用吊耳或滑塊形式，這種凸出形式的接口對(duì)導(dǎo)彈或炸彈的氣動(dòng)阻力有一定的影響，因此結(jié)合作戰(zhàn)需求從懸掛物的懸掛、運(yùn)載、發(fā)射及使用維護(hù)等方面設(shè)計(jì)了某型彈射裝置內(nèi)埋式接頭。本文針對(duì)五種典型內(nèi)埋接頭進(jìn)行強(qiáng)度分析，找出相對(duì)最優(yōu)結(jié)構(gòu)。

接觸問題是機(jī)械工程中普遍存在的問題，如法蘭盤連接、齒輪嚙合等，這些接觸對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度起著關(guān)鍵作用。經(jīng)典的接觸理論一般只針對(duì)簡單形狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，例如圓柱與平面、球與平面等。隨著CAE技術(shù)的發(fā)展及有限元方法的成熟使用，有限元分析軟件可以輔助分析復(fù)雜接觸問題。

1　計(jì)算模型與方法

內(nèi)埋接頭如圖1所示。外筒連接懸掛物，內(nèi)筒固定在懸掛裝置上。結(jié)構(gòu)懸掛時(shí)鋼珠位于內(nèi)筒圓孔位置處，拉桿對(duì)鋼珠施加徑向壓力，將鋼珠壓在內(nèi)筒的環(huán)形凹槽里，由于鋼珠的支撐，外筒包括懸掛物能夠懸掛在懸掛裝置下面。當(dāng)拉桿向上運(yùn)動(dòng)時(shí)鋼球向內(nèi)側(cè)移動(dòng)，內(nèi)筒和外筒分離。

圖1　內(nèi)埋接頭模型

選取拉桿、內(nèi)筒、外筒及鋼珠不同尺寸共五種典型結(jié)構(gòu)，分別建立對(duì)應(yīng)的有限元模型。

機(jī)構(gòu)懸掛靜止時(shí)，鋼珠與拉桿、內(nèi)筒、外筒同時(shí)接觸。接觸處的有限元網(wǎng)格劃分需要細(xì)化，因此整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元計(jì)算量較大。基于整個(gè)內(nèi)埋接頭的近似對(duì)稱結(jié)構(gòu)，載荷也基本對(duì)稱的特點(diǎn)，建立內(nèi)埋接頭的局部網(wǎng)格細(xì)化，取一組鋼珠及對(duì)應(yīng)的內(nèi)筒、外筒、拉桿接觸區(qū)域進(jìn)行六面體網(wǎng)格劃分，如圖2所示，保證局部網(wǎng)格質(zhì)量，遠(yuǎn)離該接觸區(qū)域的網(wǎng)格以簡單實(shí)用為原則進(jìn)行網(wǎng)格粗畫，在接觸處進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，如圖2所示。

圖2　網(wǎng)格細(xì)化區(qū)域

根據(jù)接觸向?qū)Ы⒔佑|對(duì)，內(nèi)筒、外筒、拉桿兩兩設(shè)置接觸，設(shè)置摩擦系數(shù)為0.15.各部分材料參數(shù)見表1.

表1　材料特性

將內(nèi)筒頂端各節(jié)點(diǎn)的自由度完全約束。機(jī)構(gòu)平衡時(shí)，拉桿底面節(jié)點(diǎn)軸向自由度被約束，鋼珠則不受約束，可以自由移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。

為了有效地建立接觸狀態(tài)保證接觸收斂性，將載荷分為五個(gè)載荷步施加，每個(gè)載荷步按20%遞增，既能保證在小載荷下接觸狀態(tài)的穩(wěn)定性，又能提高接觸的收斂性。

2　結(jié)算結(jié)果

以模型1為例，內(nèi)埋接頭外筒、內(nèi)筒、拉桿、鋼珠的有限元分析結(jié)果如圖3所示。外筒和鋼珠在接觸區(qū)域局部接觸應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度，非接觸區(qū)域接觸應(yīng)力均未超過材料的抗拉強(qiáng)度。

圖3　內(nèi)埋接頭有限元分析結(jié)果

5種結(jié)構(gòu)有限元分析結(jié)果如表2所示。

表2　計(jì)算結(jié)果

3　結(jié)束語

（1）鋼珠與外筒、內(nèi)筒、拉桿之間初始接觸為點(diǎn)接觸，接觸區(qū)域受外載荷產(chǎn)生彈塑性變形，導(dǎo)致接觸面積增大，接觸形式變?yōu)槊娼佑|。

（2）鋼珠與外筒、內(nèi)筒及拉桿之間主要作用為接觸壓力，鋼珠接觸應(yīng)力局部超過材料抗拉強(qiáng)度，在給定載荷下鋼珠在接觸區(qū)域局部產(chǎn)生壓痕。

（3）內(nèi)埋接頭結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與鋼球數(shù)量、鋼球直徑、拉桿截面等有關(guān)，通過有限元分析可知直徑16 mm，排列10個(gè)鋼珠結(jié)構(gòu)最優(yōu)。

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[2]陳萬吉，胡志強(qiáng).三維摩擦接觸問題算法精度和手鏈性研究[J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，43（5）：1-7.

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Study on Contact Strength of the Joint in a Certain Type of Ejection Device

GAO Lan
（Qing’an Group Co.，Ltd.，Xi’an Shaanxi 710077，China）

In a certain type of ejection device embedded joint is a new suspension interface form，composed of inner cylinder and outer cylinder，a pull rod and a steel ball.In order to satisfy the requirement of the heavy weight of the suspension，the carrying and the launch condition，this paper establishes five kinds of typical contact finite element models for the different structural parameters affecting the structural strength.Finally，the results of different structural contact strength are analyzed to find out the optimal structure.

internal joint；nonlinear analysis；finite element model；contact strength

TJ410

A

1672-545X（2016）10-0046-02

2016-07-15

高嵐（1983-）女，碩士研究生，工程師，主要研究方向：結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。