Prediktering av tändpuls med hjälp av finita elementmetoden

4 Finit elementanalys i Ansys
Datormodellerna av de praktiska provningsmetoderna skapades genom att först använda
CAD-programmet CatiaV5 för att skapa geometrin. Geometrin förenklades sedan för att
korta ner beräkningstiden bl.a. genom att utnyttja rotationssymmetrier. Modellen som
skapats i CatiaV5 importerades sedan till Ansys version 10.0 där modellen förenklades
ytterligare till en 2D-modell.
Till en början utfördes beräkningarna med linjärt elastiska material. Eftersom alla
materialparametrar inte är kända för materialen har antaganden gjorts. Dessa har
dessutom kalibrerats genom att vissa parametrars värde varieras. Beräkningarna
utökades efterhand till plastiska material efter det att plastiska deformationer i ”Testfall
2” konstaterats.
Eftersom beräkningar kommer att ske på granatanslag med snabba förlopp och stora
deformationer måste det vara möjligt att använda en sekventiell lösningsgång. Detta
innebär att både explicita och implicita beräkningar används. Explicita beräkningar
krävs för att klara av att hantera deformationerna vid anslaget och implicita för den
piezoelektriska beräkningen. Beräkningarna utförs därför sekventiellt, först explicit och
sedan implicit. De resulterande förskjutningarna från den explicita beräkningen används
som laster i den implicita.
En kontaktanalys har även genomförts för att undersöka vilken betydelse
kontaktvillkoren har mellan kula och anslagskropp. Denna analys kontrollerar även att
kontaktradien är rimlig genom att jämföra med Hertz’s teori för kontakttryck.
4.1 Kontaktanalys
För att undersöka kontakternas betydelse har en kontaktanalys utförts för kontakten
mellan kulan och anslagskroppen. Detta är den kritiska kontakten där stötvågen
genereras och i sin tur belastar den piezoelektriska keramen. De andra kontakterna
utsätts inte för samma intensiva belastning och påverkar inte utseendet på tryckimpulsen
i samma utsträckning. Testerna av kontaktanalysen har gjorts med linjärt elastiska
material enligt ”Testfall 2”, se figur 4.8. Materialdata finns beskrivet i kapitel 4.2.2. och
ritningar på utrustningen i bilaga 4
De kontaktalgoritmer som har provats är två olika varianter av ”Augmented Lagrange”
samt en ren ”Lagrange”. I det verkliga fallen sker ingen penetration av materialet men
när man gör en analys med hjälp av FEM så tillåts ofta en liten penetration för att få
bättre konvergens i lösningen. Genom att minska den tillåtna penetrationen så blir
kontaktstyvheten högre och det blir svårare att få konvergens.
25