Prediktering av tÃ¤ndpuls med hjÃ¤lp av finita elementmetoden

More documents

Recommendations

Info

1.3 Målsättning Denna utredning har undersökt möjligheterna att använda FEM och programvaran Ansys 10.0 för att skapa en beräkningsmodell där utseendet på granaters tändpuls kan analyseras. Målet är att med hjälp av FEM kunna prediktera tändpulsen som genereras genom att en piezoelektrisk keram belastas av stötvågen från granatens anslag mot målet. Robustheten i modellen är viktig och valideringen har skett genom jämförelser med praktiska prov. Det första steget till att få en fungerande modell är att använda enklare 2D-modeller, vilka har valideras genom praktiska tester. Ett delmål var att genom implicita beräkningar kontrollera att det är möjligt att med en direkt metod att generera dessa spänningskurvor som erhålls vid den praktiska provningen. Granatanslag sker under ett snabbt förlopp och innebär att hela nosen på granaten deformeras, varför det måste vara möjligt att med hjälp av både explicita och implicita beräkningar kunna utföra någon form av sekventiell lösning. Detta innebär att resultaten från en explicit beräkning används som belastning i en implicit beräkning. I den implicita analysen kan sedan den piezoelektriska beräkningen genomföras. Eftersom denna elektriska spänning är en del i detonationskedjan är det viktig att spänningskurvan stämmer överens med de praktiska proverna, både i amplitud och i stigtid. 2
2 Litteraturstudie Syftet med denna studie är att få en förståelse över hur en piezoelektrisk keram fungerar och hur Ansys använder finita elementmetoden för att utföra piezoelektriska analyser. 2.1 Piezoelektriska keramer En piezoelektrisk keram omvandlar mekaniskt arbetet vid deformation till elektrisk spänning eller vice versa. Piezoelektricitet uppkommer i kristaller/keramer som saknar ett symmetricentrum. De innehåller positiva och negativa laddningar separerade men symmetriskt utspridda så att den är elektriskt neutral. Vid deformation av kristallen förstörs symmetrin och en spänning genereras. Sambandet mellan pålagd kraft och den elektriska responsen beror dels på det piezoelektriska materialets egenskaper, dess storlek och form samt på riktningen på den mekaniska eller elektriska belastningen. Piezoelektriska keramer är nämligen inte piezoelektriska i alla riktningar, se Erik [1]. Figur 2.1: (a) Kristallen är elektrisk neutral. (b) Kristallen är deformerad men behåller sin neutralitet. (c) Kristallen deformeras och blir polär, dvs. elektriskt laddad [2]. Piezoelektriska keramer får sina egenskaper genom en polarisering. Detta går till så att den sintrade keramen utsätts för ett kraftigt elektriskt fält som får de laddade partiklarna att polarisera. Detta utförs strax under Curie-temperaturen, som är den temperatur där keramen förlorar sina piezoelektriska egenskaper. När sedan det elektriska fältet tas bort låses de bipolära partiklarna ungerfärligt i de positioner som de fått under påverkan av det elektriska fältet. Denna process gör materialet något längre i den riktning som det elektriska fältet var pålagt och deformationen blir permanent, vilket ger det dess anisotropiska egenskaper, se figur 2.2, [2]. 3
Page 1: DEPARTMENT OF MANAGEMENT AND ENGINE
Page 5: Sammanfattning Rapporten utreder hu
Page 9 and 10: Innehållsförteckning 1 Inledning
Page 11 and 12: Figurförteckning Figur 2.1: (a) Kr
Page 13: Tabellförteckning Tabell 4.1: Ansl
Page 18 and 19: Figur 2.2: a) Opolariserad keram. b
Page 20 and 21: För att koppla den elektriska ener
Page 22 and 23: Elasticitetsmatrisen, [c], ges av [
Page 24 and 25: Töjningens, {S}, samband med förs
Page 26 and 27: [] ε [] ε ⎡ε = ⎢ ⎢ 0 ⎢
Page 28 and 29: Genom att använda ekvation (48),(4
Page 30 and 31: 2.2.3 Övriga viktiga punkter För
Page 32 and 33: 3.1 Praktiskt kultest, ”Testfall
Page 34 and 35: 3.2 Praktiskt kultest, ”Testfall
Page 36 and 37: 3.2.3 Resultat Praktisk prov "Testf
Page 39 and 40: 4 Finit elementanalys i Ansys Dator
Page 41 and 42: 4.1.1 Resultat Resultaten varierar
Page 43 and 44: 4.1.2 Slutsats Kontaktanalys I dett
Page 45 and 46: Piezoelektrisk keram (testad enligt
Page 47 and 48: ”Standard” Figur 4.6: Kontakten
Page 49 and 50: Volt=0 Kopplade noder Figur 4.10: K
Page 51 and 52: piezoelektriska keramen. Eftersom d
Page 53 and 54: 4.3 Simulering av ”Testfall 2”
Page 55 and 56: som ”mappas”. Elementsidorna f
Page 57 and 58: 4.3.5 Övriga inställningar för s
Page 59 and 60: Vid optisk inspektion av anslagsyta
Page 61 and 62: Figur 4.27: Explicit modell Figur 4
Page 63 and 64: 4.4.1.2 Randvillkor och kontakter T
Page 65 and 66: Spänning 10mm Spänning 10mm 160 1
Page 67:
5 Diskussion och slutsats Undersök
Page 71:
7 Referenser [1] Stark E., Zander J
Page 74 and 75:
Kultest 164mm's fallhöjd Inverkan
Page 76 and 77:
Spänning 120mm Spänning 150mm 700
Page 78 and 79:
Spänning 90m m Spänning 120m m 35
Page 80 and 81:
VIII
Page 82 and 83:
Spänning 120mm Spänning 150mm 450
Page 84 and 85:
XII
Page 86 and 87:
Ritning på den lilla modellen i
Page 88 and 89:
Ritning på modell använd i ”Tes
Page 90 and 91:
*CFOPEN,'UXX%J%','TXT',' ' *VWRITE,
show all

Prediktering av tÃ¤ndpuls med hjÃ¤lp av finita elementmetoden

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?