CC BY
28
УДК 681.3
B.Ф. Кузин, д-р техн. наук, проф., (4872) 37-30-16, avkuzin@hotbox.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
C.М. Бочаров, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-33-87, 35-18-75 (Россия, Тула, ТулГУ),
Ю.В. Полтавец, д-р техн. наук, доц., (4872) 35-33-87, 35-18-75 (Россия, Тула, ТулГУ),
Фан Нгок Ту, магистрант (4872) 35-33-87, 35-18-75 (Россия, Тула, ТулГУ)
НЕСТАЦИОНАРНЫЙ ТЕПЛОВОЙ АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ
Рассмотрена конвекция нелинейного источника тепла при воспламенении заряда охотничьего патрона ОМЦ32. Распределение температур и тепловых потоков проведено в диаметральном сечении.
Ключевые слова: теплопроводность, удельная теплоемкость, тепловой поток.
Решение задачи ведется в следующей последовательности. Шаг 1. Присвоение имени задаче.
1. Utility Menu —File —Change Jobname;
2. Результатом этого маршрута GUI является открывшаяся диалоговая панель Change Title;
3. В окне диалоговой панели вводим текст Thermal-18;
4. ОК.
Шаг 2. Ввод заголовка.
1. Utility Menu —File —Change Title ввести: Thermal-18;
2. Нажать ОК.
Шаг 3. Установка фильтров.
1. Main Menu —Preferences нажать кнопку: Thermal;
2. OK;
3. Main Menu—Preprocessor—Material Props—Material Library—Select Units.
После вызова этой команды на экране появляется панель Select Ful-tering Units for Material Library. В этой панели выбираем SI(MKS).
4. OK.
Шаг 4. Определение типа элементов и свойств материала.
1. Main Menu —Preprocessor —Element Type — Add/Edit/Delete. Открывается диалоговая панель Element Types. Нажмите на кнопку
Add...
2. Возникает диалоговая панель Library of Element Types, в левом списке которой выбираем Thermal Solid, в правом списке Quad 4node 55.
3.ОК;
4. Закрываем диалоговую панель Element Types;
5. Main Menu —Preprocessor —Material Props —Material Models. Открывается диалоговая панель Define Material Model Behavior;
6. В окне панели Material Models Available установите курсор на Thermal, щелкните левой кнопкой мыши, затем установите курсор на опцию Density и дважды щелкните левой кнопкой мыши. Открывается диалоговая панель Density for Material Number 1;
7. Вводим 940 для DENS (плотности) [1]. Нажимаем на кнопку ОК. Material Model Number 1, Density возникает в левом окне Material Models Defined;
8. В окне панели Material Models Available дважды щелкаем на следующих опциях: Conductivity, Isotropic. Возникает диалоговая панель Conductivity for Material Number 1;
9. Вводим 0.6 для КХХ(теплопроводность). Нажимаем на ОК. Material Model Number 1, Conductivity возникает в левом окне Material Models Defined;
10. В окне Material Models Available дважды щелкаем на Specific Heat. Открывается диалоговая панель Specific Heat for Material Number 1;
11. Введите 960.0 для С (удельная теплоемкость). Нажмите на ОК. В левом окне Material Models Defined возникает сообщение Material Model Number 1, Specific Heat;
12. Маршрут Material —Exit закрывает диалоговую панель Define Material Model Behavior.
Шаг 5. Создание геометрической и конечно-элементной модели.
В данной задаче модель создается при помощи геометрических примитивов и автоматического построения сетки (рис. 1). Прямоугольные примитивы можно построить, например, по координатам ключевых точек в глобальной системе координат.
Main Menu—Preprocessor—Modeling—Keypoints—In Active CS...
Выбор In Active CS (Active Coordinate System) позволяет задавать положение ключевых точек в глобальной системе координат.
Вводим номер первой ключевой точки 1 в поле Keypoint number (Номер ключевой точки), а также её координаты x, y, z (0.0015, 0.0057, 0) в поле Location in Active CS (Положение в действующей координатной системе). Ввод завершается нажатием кнопки Apply (Применить).
Аналогично вводятся ключевые точки 2 с координатами (0.00339,0.0057,0); 3(0.00339,0.001,0); 4(0.00439,0,0); 5(0.00539,0.001,0); 6(0.0629,0.013,0); 7(0.00629,0.0215,0); 8(-0.00629,0.0215,0); 9(-0.00629,0.013,0); 10(-0.0539,0.001,0); 11(-0.00439,0,0); 12(-0.00339,0.001,0); 13(-0.00339,0.0057,0); 14(-0.0015,0.0057,0). Завершаем ввод ключевых точек нажатием OK.
Теперь для получения фигуры сечения модели свяжем ключевые точки линиями из командной строки:
L,P12,P1, L,P1,P3, LARC,P3,P5,P4,R, L,P5,P6, L,P6,P7, L,P8,P9, L,P9,P10, LARC,P10,P12,P11,R, L,P12,P13 ,L,P13,P14.
Enter.
Построим площадь из построенных линий.
1.Main Menu — Preprocessor — Modeling —Greate — Areas — By Lines, вводим номера линий 1.. .13, OK.
2. Разбиваем конструкцию на конечные элементы.
3.Main Menu — Preprocessor — MeshTool.
4. В открывшейся диалоговой панели MeshTool в секции Size Controls нажмите на кнопку Set около Global. Возникает диалоговая панель Global Element Sizes.
5. В окошко Element edge length введите 0.001 и нажмите на кнопку
ОК.
Нажмите на кнопку MESH. Откроется меню Mesh Areas. В этом меню нажмите на кнопку Pick All и в графическом окне на геометрической модели будет прорисована конечно-элементная сетка. Закройте диалоговую панель MeshTool (кнопка Close). Шаг 6. Постановка табулированных граничных условий.
I. Utility Menu —Parameters — Array Parameters —Define/Edit. Открывается диалоговая панель Array Parameters. Нажмите кнопку Add... .
2.Открывается новая диалоговая панель Add New Array Parameter. Введите cnvtab в окошке Parameter name.
3. Выберите Table для Parameter type (типа параметра).
4. Введите 5,1,1 как размерности I.J.K.
5. Введите X как имя строки.
6. Нажмите на кнопку ОК.
7.Убедитесь, что в диалоговой панели Array Parameters подсвечено convtab, и нажмите на кнопку Edit... На экране возникает табличный редактор Table Array:C0NVTAB=f(X).
8. На панели табличного редактора возникают два столбца. Первый столбец является столбцом 0, а второй - столбцом 1. Столбец 0 состоит из 6 окошек (полей). Ничего не делайте с первым (верхним) окошком. В пяти других окошках напечатайте 0, 0.5, 1, 1.5 и 2,0. Это строка индексированных величин.
9. Столбец 1 также содержит 6 окошек. Ничего не надо вводить в верхнее окошко, потому что эта таблица является одномерной. В другие 5 окошек введите 20, 500, 1000, 1500 и 2000.
10. File—Apply/Quit.
II. Закрывается диалоговая панель Array Parameters кнопкой Close. 12. Utility Menu —Plot —Lines.
Main Menu —Solution —Loads- Apply — Thermal Temperature — On
Lines.
Возникает диалоговое меню Apply TEMP on Lines. В графическом окне выбираем горизонтальную линию L1, для чего подводим к этой линии курсор и щелкаем левой кнопкой мыши (изменится цвет линии). Нажимаем на
ОК.
Открывается диалоговая панель Apply TEMP on Lines.
Введите 2000 для Load TEMP value и нажмите на кнопку ОК. Main Menu —Solution —Loads Apply —Thermal Convection — On
Lines.
Открывается меню Apply CONV on Lines.
В графическом окне выберите все линии, кроме вертикальной линии при L1.
Нажмите на ОК. Открывается диалоговая панель Apply CONV on
Lines.
В выпадающем списке для Apply Film Coef on lines выбираем Existing table.
Удаляем все из окошка VALI Film coefficient. Введите 20 в окошко VAL2I Bulk temperature (температура окружающей среды). Нажмите на ОК.
Снова возникает диалоговая панель Apply CONV on Lines. Убедитесь, что в Existing table указано CONVTAB. Нажмите на ОК. В графическом окне ANSYS обозначает стрелочками все линии, кроме линии L1.
12. Main Menu —Solution —Loads Apply —Thermal Temperature — Uniform.
Открывается диалоговая панель Uniform Temperature.
13. Вводим 20 (начальная температура). Нажмите на кнопку ОК. Шаг 7. Проверка приложенных граничных условий.
1. Utility Menu —PlotCtrls —Symbols. Возникает диалоговая панель Symbols.
2. Выбираем Convect FilmCoef в выпадающем списке Surface Load Symbols.
3. Выбираем Arrows в выпадающем списке Show pres and convect as.
4. Нажимаем на кнопку ОК.
5. Utility Menu —PlotCtrls —Numbering. Открывается диалоговая панель Plot Numbering Controls.
6. Активируем опцию Table Names. Нажимаем на кнопку ОК. Имя таблицы CONVTAB возникает над стрелками на правой стороне графического окна.
7. Toolbar —SAVEDB.
Шаг 8. Выбор опций для решения и решение задачи.
1.Main Menu —Solution —Analysis Type New Analysis. Открывается диалоговая панель New Analysis.
2.Проверяем, что выбрано Steady-State (стационарная задача) и на-жмимаем на кнопку ОК.
3.Main Menu —Solution —Load Step Opts Time/Frequenc — Time and Substps. Возникает диалоговая панель Time and Substep Options.
4.Вводим 0.01 как Time at end of load step (время в конце шага на-гружения),
5.Вводим 4 как Number of substeps (количество подшагов).
6. Нажимаем на кнопку Stepped. Нажимаем на ОК.
7.Main Menu —Solution —Load Step Opts Output Ctrls —DB/Results
File.
Открывается диалоговая панель Controls for Database and Results File Writing. Убеждаемся, что в Item to be controlled указано All items.
8.Выбираем Every substep для File write frequency. Нажимаем на ОК.
9. Main Menu — Solution —Solve Current LS. Закройте панель Close.
10.В диалоговой панели Solve Current Load Step нажмите на кнопку OK, чтобы начать решение. Когда задача решена, нажимаем на кнопку Close в информационном окне, в котором на желтом фоне написано Solution is done...
Шаг 8. Постпроцессорная обработка (рис. 1 и рис. 2).
21.342 2-9.026 495.160 1164 2000 -279631 " -174007 " -6В383 37241 " 142В65
Рис. 1. Распределение вектора Рис. 2. Распределение вектора температуры по сечению теплового потока по сечению
1. Main Menu — General Postproc —ReadResults Last Set. 2 Utility Menu —List —Loads — Surface Loads — On All Nodes. Открывается окно SFLIST Command. Просмотрев результаты и закрываем окно.
3. Utility Menu —PlotCtrls —Numbering. Открывается диалоговая панель Plot Numbering Controls.
4. На этой панели дезактивируйте Table Names (должно быть off)
5. Активируйте Numeric contour values и нажмите на ОК.
6. Utility Menu —PlotCtrls — Symbols. Возникает диалоговая панель Symbols.
7. В выпадающем списке Surface Load Symbols выбираем Convect Film-Coef.
8.В выпадающем списке Show pres and convect as выбираем Arrows. Нажимаем на кнопку ОК.
9. Utility Menu —Plot > Elements. Просмотрите номера над стрелками на модели.
10. Main Menu — General Postproc —Plot Results — Contour Plot Nodal Solu. Открывается диалоговая панель Contour Nodal Solution Data.
11 Проверьте, что DOF Solution выбрано в левом списке и Temperature в правом. Нажмите на ОК. Просмотрите результаты расчета температурного поля.
12. Задаем путь просмотра и выводим на графиках: температурное поле (рис. 3) и тепловой поток (рис. 4).
Шаг 8. Окончание расчета.
1. Наконец, Вы закончили решение задачи. Нажмите QUIT на линейке инструментов ANSYS, выберите опцию сохранения и нажмите на ОК.
тс
1720
то
\
Y
I10E-2]
0.32
0.64
>.96
I.2S
DIST
Рис. 3. График температуры по заданному пути
Рис. 4. График распределения теплового потока по заданному пути
Масса заряда капсюля-воспламенителя должна быть пропорциональна массе основного заряда и ее определяют из зависимости Бенау Поля Эмиля Клайперона, устанавливающей связь между параметрами идеального газа (давлением p, объемом V и абсолютной температурой
Т):
p-V = п ■ R ■ T, (1)
Где p - давление (атм.); V- объем (л); п - количество молей вещества;
R - газовая постоянная
f г/
л •кГ/ см
; Т - температура (К).
моль•К
Массу ВВ капсюля-воспламенителя определим из зависимости
G =
kvp •Vм
-fmax
RT
где / - молярная масса газа в (Г), ^ - коэффициент, учитывающий долю газовых продуктов при сгорании воспламенительного состава; pmax=30... 50 кГ/см 2; и = 34.89 для дымного пороха состава [2]; R= 0.082056
л • кГ/см
2
; T = 2773 K.
моль■К
Рассмотрим решение задачи расчета массы воспламенительного состава капсюля-воспламенителя для воспламенения основного заряда охотничьего патрона ОМЦ32. при следующем ударном составе:
Hg(ONC)2 - 22,5 % - инициатор ; KCLO3 - 40 % - окислитель;
Sb2S3 — 37,5 % - горючее [3].
Молярный вес ударного состава [3]: Hg = 200,59 г; O = 15,9994 г;
N = 14,0067 г; C = 12,011 г; Hg(ONC)2 = 284,6242 г ; K = 39,098 г;
Cl = 35,453 г; KClO3 = 123,4312 г; Sb = 121,75 г; S = 32,06 г; Sb2S3 = 339,68 г.
Молярный вес с учетом процентного содержания ц = 284,6242- 0,225 +123,4312- 0,4 + 339,68 • 0,375 = 240,79г.
При массе основного заряда 3,24 г масса воспламенительного состава GM = 0,00018741 • ^ г . При \ = 1,25 GKe = 0,00023426 г.
Список литературы
1. ANSIS в руках инженера: практическое руководство / А.Б. Каплун [и др.]. М: Едиториал УРСС, 2003. 272 с.
2. Шагов Ю.В. Взрывчатые вещества и пороха. М: Военное издательство, 1976. 119 с.
3. Киреев В.А. Курс физической химии. М.: Химия, 1975. 775 с.
V. F. Kuzin, S. M. Bocharov, U. V. Poltavechs, Phan Ngoc Tu COMPUTING COLD WELDING DEFLECTED MODES WITH THE FINITE-ELEMENT METOD
The article describes how to determine the dependence of meshing index on deformation ratio at design stage.
Key words: heat conductivity, specific thermal capacity, thermal stream.
Получено 17.10.12
УДК 378
А.М. Кудряшов, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-18-69, SPVMS@yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
Р.А. Тер-Данилов, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-18-69, terdanilov@yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
РОЛЬ ЛАБОРАТОРНЫХ И САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ РАБОТ В ИЗУЧЕНИИ СТУДЕНТАМИ КУРСА «КОНСТРУКЦИИ СТРЕЛКОВО-ПУШЕЧНОГО ВООРУЖЕНИЯ»
Показана роль лабораторных и самостоятельных работ в освоении курса «Конструкции стрелково-пушечного вооружения». Анализируется работа узлов и механизмов стрелково-пушечного вооружения с точки зрения работы всего оружия.
Ключевые слова: лабораторная работа, самостоятельная работа, конструкции Стрелково-пушечного вооружения.
Курс «Конструкции стрелково-пушечного вооружения» является одним из основополагающих в процессе обучения студентов по специальности 170400 «Стрелково-пушечное, артиллерийское и ракетное оружие». Данный курс читается на протяжении одного семестра, и тесно свя-
