白亞瓊　師平

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)在引信工作載荷下危險(xiǎn)區(qū)域的裂紋，為進(jìn)一步研究提供了依據(jù)并給設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)思路。

關(guān)鍵詞：有限元；引信體；爆破應(yīng)力

前言

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。文章中根據(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。

爆竹的火藥捻子即是最早的引信。引信的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括：發(fā)火控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、傳爆序列、和能源裝置四個(gè)基本部分。按作用原理，分為：觸發(fā)引信、非觸發(fā)引信、和時(shí)間引信三種類型。文章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

文章以某彈引信體為例，由于炸藥在引信體結(jié)構(gòu)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(guò)程中爆炸沒(méi)有變化，將子彈發(fā)射到離開(kāi)引信體看作勻加速運(yùn)動(dòng)，引信體的材料為45號(hào)冷拉圓鋼，HRC45-50，泊松比為0.309。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)，取二分之一引信體為計(jì)算區(qū)域，該結(jié)構(gòu)的尺寸為？準(zhǔn)18（彈尾）×？準(zhǔn)9.4（彈頭）×3.5（厚度）mm，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)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，劃分后的引信體如圖2所示。

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)的二分之一分析，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24Mpa，施加與于引信體結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上。

2 引信體模型應(yīng)力分析

通過(guò)對(duì)圖3和圖4所示的分析，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3和圖4可以看出在引信體頸部與放置擊針處之間（圖1標(biāo)注的薄弱區(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(guò)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。

根據(jù)圖4引信體頸部與放置擊針處之間（圖1標(biāo)注的薄弱區(qū)域）所受到的等效應(yīng)力最大，其值在157154與.145E+09之間，此處為引信體的應(yīng)力集中地帶。查閱《合金鋼手冊(cè)》得45號(hào)鋼的強(qiáng)度極限為608MPa，很明顯引信體等效應(yīng)力大于極限應(yīng)力，因此引信體在爆破應(yīng)力作用下十分容易發(fā)生斷裂。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(guò)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。

3 結(jié)束語(yǔ)

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（圖1標(biāo)注的薄弱區(qū)域）所受到的等效應(yīng)力最大，發(fā)生斷裂處從這里開(kāi)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(guò)增大引信體壁厚或調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圓角大小。

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(wàn)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)出版社，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.

作者簡(jiǎn)介：白亞瓊（1983-），女，云南昆明，碩士，助教。研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論。

師平（1982-），男，陜西咸陽(yáng)，碩士，助教。研究方向：先進(jìn)制造技術(shù)。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)在引信工作載荷下危險(xiǎn)區(qū)域的裂紋，為進(jìn)一步研究提供了依據(jù)并給設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)思路。

關(guān)鍵詞：有限元；引信體；爆破應(yīng)力

前言

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。文章中根據(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。

爆竹的火藥捻子即是最早的引信。引信的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括：發(fā)火控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、傳爆序列、和能源裝置四個(gè)基本部分。按作用原理，分為：觸發(fā)引信、非觸發(fā)引信、和時(shí)間引信三種類型。文章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

文章以某彈引信體為例，由于炸藥在引信體結(jié)構(gòu)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(guò)程中爆炸沒(méi)有變化，將子彈發(fā)射到離開(kāi)引信體看作勻加速運(yùn)動(dòng)，引信體的材料為45號(hào)冷拉圓鋼，HRC45-50，泊松比為0.309。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)，取二分之一引信體為計(jì)算區(qū)域，該結(jié)構(gòu)的尺寸為？準(zhǔn)18（彈尾）×？準(zhǔn)9.4（彈頭）×3.5（厚度）mm，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)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，劃分后的引信體如圖2所示。

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)的二分之一分析，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24Mpa，施加與于引信體結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上。

2 引信體模型應(yīng)力分析

通過(guò)對(duì)圖3和圖4所示的分析，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3和圖4可以看出在引信體頸部與放置擊針處之間（圖1標(biāo)注的薄弱區(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(guò)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。

根據(jù)圖4引信體頸部與放置擊針處之間（圖1標(biāo)注的薄弱區(qū)域）所受到的等效應(yīng)力最大，其值在157154與.145E+09之間，此處為引信體的應(yīng)力集中地帶。查閱《合金鋼手冊(cè)》得45號(hào)鋼的強(qiáng)度極限為608MPa，很明顯引信體等效應(yīng)力大于極限應(yīng)力，因此引信體在爆破應(yīng)力作用下十分容易發(fā)生斷裂。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(guò)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。

3 結(jié)束語(yǔ)

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（圖1標(biāo)注的薄弱區(qū)域）所受到的等效應(yīng)力最大，發(fā)生斷裂處從這里開(kāi)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(guò)增大引信體壁厚或調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圓角大小。

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(wàn)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)出版社，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.

作者簡(jiǎn)介：白亞瓊（1983-），女，云南昆明，碩士，助教。研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論。

師平（1982-），男，陜西咸陽(yáng)，碩士，助教。研究方向：先進(jìn)制造技術(shù)。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)在引信工作載荷下危險(xiǎn)區(qū)域的裂紋，為進(jìn)一步研究提供了依據(jù)并給設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)思路。

關(guān)鍵詞：有限元；引信體；爆破應(yīng)力

前言

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。文章中根據(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。

爆竹的火藥捻子即是最早的引信。引信的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括：發(fā)火控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、傳爆序列、和能源裝置四個(gè)基本部分。按作用原理，分為：觸發(fā)引信、非觸發(fā)引信、和時(shí)間引信三種類型。文章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

文章以某彈引信體為例，由于炸藥在引信體結(jié)構(gòu)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(guò)程中爆炸沒(méi)有變化，將子彈發(fā)射到離開(kāi)引信體看作勻加速運(yùn)動(dòng)，引信體的材料為45號(hào)冷拉圓鋼，HRC45-50，泊松比為0.309。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)，取二分之一引信體為計(jì)算區(qū)域，該結(jié)構(gòu)的尺寸為？準(zhǔn)18（彈尾）×？準(zhǔn)9.4（彈頭）×3.5（厚度）mm，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)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，劃分后的引信體如圖2所示。

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)的二分之一分析，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24Mpa，施加與于引信體結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上。

2 引信體模型應(yīng)力分析

通過(guò)對(duì)圖3和圖4所示的分析，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3和圖4可以看出在引信體頸部與放置擊針處之間（圖1標(biāo)注的薄弱區(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(guò)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。

根據(jù)圖4引信體頸部與放置擊針處之間（圖1標(biāo)注的薄弱區(qū)域）所受到的等效應(yīng)力最大，其值在157154與.145E+09之間，此處為引信體的應(yīng)力集中地帶。查閱《合金鋼手冊(cè)》得45號(hào)鋼的強(qiáng)度極限為608MPa，很明顯引信體等效應(yīng)力大于極限應(yīng)力，因此引信體在爆破應(yīng)力作用下十分容易發(fā)生斷裂。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(guò)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。

3 結(jié)束語(yǔ)

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（圖1標(biāo)注的薄弱區(qū)域）所受到的等效應(yīng)力最大，發(fā)生斷裂處從這里開(kāi)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(guò)增大引信體壁厚或調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圓角大小。

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(wàn)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)出版社，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.

作者簡(jiǎn)介：白亞瓊（1983-），女，云南昆明，碩士，助教。研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論。

師平（1982-），男，陜西咸陽(yáng)，碩士，助教。研究方向：先進(jìn)制造技術(shù)。endprint