85mm炮身管强度有限元分析课程设计

1 用AutoCAD绘制出加农炮身管图并标注尺寸

1.1 绘制炮身结构

由提供的86式85毫米加农炮身管结构图，应用AutoCAD2010软件,严格按照GB4457-4460-84，GB131-83《机械制图》标准规定制图，身管零件工程图见附录1。

1.2 86式85毫米加农炮身管图说明

（1）图纸名称：86式85毫米加农炮身管图；

（2）绘图比例：1:15；

（3）数量：1 ；

（4）绘图方法：半剖式。

1.3 在绘制过程中应注意问题

（1）绘图前先设置图限、图层；

（2）不同类型的对象绘制在不同的图层上，利于以后修改；

（3）设置线宽显示比例，使粗细线显示协调；

（4）将图形缩小到A4图纸后，应注意放大线宽。

2 用AutoCAD绘出身管截面图

建立有限元模型有两种方法，输入法和创建法。输入法是直接输入由其他CAD软件创建好的实体模型，创建法是在ANSYS中从无到有地创建实体模型，两者并不是完全分开的。但由于ANSYS在创建模型是过于繁琐，加上笔者对ansys软件不是很熟悉，本次课程设计采用输入法建立有限元模型。

利用AUTOCAD2010,以y轴为火炮身管的对称轴绘制截面图的右侧部分，并利用CAD 中面域功能将所绘制的图形面域化。将上述绘制好的图形以“SAT”文件格式导出 ,保存并命名。注意使用面域功能时所选图形必须闭合。且由于ansys软件在处理轴对称结构时默认Y轴为对称轴，所以截面必须以Y轴为对称轴，且选择面域的时候只能选X轴正方向的部分。

3 问题分析

3.1 85mm火炮身管静态受力分析

身管的材料参数为：弹性模量E=207GPa,泊松比u=0.3：此模型后端施加Y轴方向固定位移约束，在身管的膛低和坡膛之间内侧表面垂直内表面方向上施加256.0 MP的均布载荷。

模型如图所示：

图3-1

3.2 确定问题范围

在对问题有了初步了解以后，进一步要弄明白问题涉及的领域，即确定问题的范围。对问题分析可知本问题属于结构力学领域中的静态分析问题且在材料变形的线性变形

的范围内。

4 建立有限元模型

4.1 打开ANSYS 14.0软件

建立模型包括设定分析作业和标题；定义单元类型和实常数；定义材料属性；导入几何模型；划分有限元网格。其具体步骤为：

1）在进行一个新的有限元分析时，通常需要修改数据库名，并在图形输出窗口中定义一个标题来说明当前进行的工作内容。另外，对于不同的分析范畴（结构分析，热分析，流体分析，电磁场分析等），ANSYS所用的主菜单的内容不尽相同，为此，需要在分析开始时选定分析内容的范畴，以便ANSYS显示出与其相对应的菜单选项。然后点击RUN，进入操作界面。如图4-1所示

图4-1

2）定义工作标题：执行File-Change Tile打开change title对话框，输入85 mm gun点击OK。如图4-2所示

图4-2

3）定义分析类型，执行Main Menu-Preferences,如图4-4所示

图4-3

4.2 定义单元类型

在进行有限元分析时，首先应该根据分析问题的几何结构，分析类型和所分析的问题精度要求等，选定合适具体分析的单元类型。本次选用四节点四边形板单元PLANE182。PLANE182不仅可用于计算平面应力问题，还可以用于分析平面应变和轴对称问题。单元类型对话框如图4-4所示。

1）定义单元类型，执行Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add弹出Element Type 对话框.选择Solid>182.如图4-5所示。

图4-4 图4-5

2)单击Options……按钮，打开图4-6所示对话框，在Element behavior(单元行为方式)下拉列表框中选择Axisymmetric（轴对称）选项

图4-6

4.3 定义材料属性

本次选用的单元类型不需要定义实常数，故直接定义材料属性。

1）执行Main menu>Preprocessor>Material Props>Material models,在Define material model behavior对话框中，如图4-7所示

图4-7

2) 依次单击Structural>Linear>Elastic>Isotropic,展开材料属性的树形结构。打开材料的弹性模量EX和泊松比PRXY的定义对话框，如图4-8所示，在对话框的EX文本框中输入弹性模量2.07e11，在PRXY文本框中输入泊松比0.3。

图4-8

3）依次单击Structural>Density,打开定义材料密度对话框，如图4-9所示，在DENS文本框中输入密度数值7810。

图4-9

4.4 导入几何模型

将模型导入到ANSYS，执行File>Import>SAT…浏览上述模型，如图4-10所示。

图 4-10

导入后效果图如下图4-11所示：

图4-11

4.5.网格划分

1）执行Main Menu-Preprocessor-meshing-Mesh Tool命令，打开Meshing Tool(网格工件)，如图4-12所示。

2）自定义网格形式，单击Line域Set 按钮，打开选择对话框，要求选择定义单元划分数的线。在图中选中炮膛内壁的线，单击apply按钮，出现如图4-13所示对话框，在No. of element divisions文本框中输入30，单击apply，如图4-14所示。

。

图4-13

图4-12 图4-14