基于有限元技术的自行火炮火力系统关重件疲劳寿命计算.pdf

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1、基于有限元技术的白行火炮火力系统关重件疲劳寿命计算口张箭锋’口郑坚口马吉胜口陈非1．军械工程学院火炮工程系石家庄0500032．武汉军械士官学校基础部武汉430075摘要：自行火炮火力系统关重件的疲劳寿命是火炮维修保障体系中急缺的指标。通过建立某自行火炮炮闩系统的虚拟样机，仿真并获得了炮闩在开关闩过程中的关重件载荷时间历程。以开闩板为研究对象，通过“准静态”方法将有限元分析得到的静态应力分析结果导入MSC．FATIGUE进行仿真分析，得到开闩板的疲劳寿命。同实际寿命对比，仿真寿命具有较高的可信性。提出的方法对于其它机械系统构件的

2、疲劳寿命评估也有借鉴意义。关键词：火力系统开闩板有限元疲劳寿命中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1000—4998(2009)09—0014—02统计表明，20％～30％的机械零件损坏为疲劳破应力法是常规的疲劳设计方法，对于高周疲劳分析十坏，随着机械产品的负荷和运行周期的逐渐提高，疲劳分有效，计算出的是产品总寿命；局部应力应变法既适破坏更为层出不穷。自行火炮火力系统的故障模式也用于低周疲劳又适用于高周疲劳，计算出的是裂纹形集中体现为疲劳断裂失效。疲劳断裂失效往往是机械成寿命；损伤容限设计法着重研究裂纹的扩展寿命，计系

3、统运行过程中突然发生的失效，很难被及时准确地算出的是裂纹扩展寿命∞】。发现，存在很高的事故隐患，因此确定断裂失效的关重2．1计算流程件寿命具有十Ys-重要的意义。本文将以自行火炮炮闩通过对构件失效过程分析可知，利用传统的方法系统中开闩板这一关重件为典型例子，利用先进的协对自行火炮火力系统关重件进行疲劳寿命预测不但难同仿真技术对火力系统关重件疲劳寿命进行预测，这度很大，而且任务量也很大，因此本文结合名义应力x,-l-自行火炮火力系统维修性和保障性都有十分重要的法，采用基于接口的协同仿真技术，利用MSC／Patran意义和作用。软件

4、和FE—FATIGUE软件之间的无缝接口，对关重件的寿命进行预测研究。其流程图如图2所示。1工作原理由图2对部件疲劳寿命分析流程图可知，要获得开本文以炮闩系统的特定机构——开关闩结构为研闩板疲劳寿命，需提供3个必要条件：开闩板的名义应究对象，建立的虚拟样机如图1所示”】。力谱、材料的S—N曲线和开闩板所承受的动载荷谱。开闩板固定在摇架上不动，凸轮安装在炮尾上，随获得这3个条件后，就可利用疲劳寿命仿真分析软件炮尾和后座部分一起运动，在后座部分快要复进到位FE．FATIGUE对其进行寿命预测。时，凸轮与开闩板发生碰撞，凸轮继而带动开

5、启机并完2．2开闩板有限元分析成一系列复杂的开闩动作。当凸轮滑过开闩板后，此时对火力系统开闩板进行疲劳寿命预测的首要任务闩体已被打开，并被抽筒子限制在开闩位置，后座部分是对部件进行有限元分析，从而确定危险部位的名义继续复进到位。应力谱。MSC／Patran软件是有限元分析前后处理软该机构工作时，凸轮与开闩板间发生多次碰撞后件，它可使用户通过图形交互界面方便地完成网格划会因开闩板承受冲击载荷而产生疲劳断裂，最后导致分、模型描述等工作。不能顺利开闩。2疲劳寿命预测对构件进行疲劳寿命预测，首先要确定使用哪种寿命分析方法。目前疲劳寿命预

6、测法主要有3种，包括名义应力法、局部应力应一开凸闩轮板I用进行MS结tC／构薯P有a喜tr限anH磊tI危疲险劳部寿位命变法和损伤容限设计法I。名义元分析I累积理论ll曲线▲图1开关闩虚拟样机▲图2基于接口的协同仿真对关重件疲劳寿命分析流程图收稿日期：2oo9年4月2009／9机械制造47卷541期Z＼7时间／s▲图3开闩板的网格划分▲图4开闩板的lVlises应力分布云图▲图5开闩板与凸轮间的碰撞力应用MSC／Patran工作的第一步是s_NDataPIotb1：一01551b2：0E：2．09E5IJTS：1150建立几何模

7、型。为增加所建立几何模型的精确性，本文的开闩板模型在Pro／E皇中建立，然后利用两个软件之间接口将＼、＼模型导人Patran软件平台进行有限元＼魍分析。静划分网格是建立有限元模型时最1010lO10‘1010重要的一步，分析软件划分网格的f~,3J循环次数和质量直接关系到分析结果的正确性▲图6材料PCrNilMo的S．N曲线▲图7开闩板根部寿命云图和准确性。Patran软件具有良好的网格划分能力，能够完成各种复杂几何模型的网格划分。网MPa，由FE—FATIGUE软件可生成材料PCrNi1Mo的格划分有许多方法，可以直接划分四面

8、体单元，也可以

9、s一Ⅳ曲线如图6所示。划分平面单元，再进行拉伸成五面体单元和六面体单将图4的结果文件以op2格式传输到FE—FA—元。本文采用的是六面体单元的网格划分，划分后的开TIGUE中，同时将图5的载荷谱以dae数据文件形式作闩板有限元模型如图3所示。用在