Elastisk-plastisk dynanisk analyse av GPS-korrigert artillerigranat ved utskyting fra kanonløp
Master thesis
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/241502Utgivelsesdato
2011Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
A newly developed gps-corrected fuse for the NM28 artillery shell has been analysed in Abaqus /Explicit. FFI wanted more info on the dynamic behavior of the fuse, and if the integrity of the structure was retained during a firing sequence. The front part of the fuse is not to rotate, while the rear is. Because of this, a system of bearings is needed. These bearings cannot handle the axial load when the shell accelerates, so a disc spring assembly has been created . This feather assembly compresses, causing parts outside of the bearings to contact, sending the loads around the bearings. When the acceleration subsides, the disc springs push the parts to separate, so they can rotate freely relative to each other.
A Solidworks model was provided to the candidate. The geometry was simplified in Solidworks, so all parts but one could be hex-meshed when imported into Abaqus, a necessity when doing an explicit analysis. Great care was taken during simplification not to remove elements of parts that would affect results.
Ballistic data (Pressure, air resistance, rotation and yaw) and their onset and decay amplitudes were implemented. Material data was gathered, the parts were plasticity was expected got plastic data, the rest elastic. 316L stainless steel has a flow stress heavily dependent on strain-rate, so a strain-rate dependent model was included.
Simulations showed that several parts of the fuse reached plasticity, and integrity was not retained. There are some small parts that are to stop the structure from separation, and stabilize sideways. These got plastic deformations, causing the structure to fail.The same occurred when tested by FFI.
To maintain structural integrity, some fixes have been investigated. The spring stiffness has been examined, as has the material of the ears, the parts that are supposed to stop the structure from disintegrating when the springs shoot them apart.
A few solutions to this problem has been proposed.
During the course of the thesis, more problems with the fuse has been found. The bearings are severely overloaded, and will, undoubtedly, fail.
A disc spring is not to be used at more than 75% of max compression, due to the dangers of them inverting. Due to inertia effects from the mass of the discs themselves, the lower discs ( carrying the weight of the other discs) were found to compress to the point where they are almost flat. A new disc spring assembly and minor modifications of a part is suggested. FFI har utviklet en ny type brannrør til bruk på NM28 artillerigranater. Det har blitt kjørt en dynamisk analyse i Abaqus /Explicit for å vurdere konstruksjonens integritet iløpet av en avfyring. Fremdelen av brannrøret skal ikke rotere, noe bakdelen skal. På grunn av dette trengs et kulelagersystem. Disse lagrene kan ikke bære den aksielle lasten når granaten akselererer. Derfor har et fjærsystem blitt konstruert. Dette fjærsystemet komprimeres under avfyring, noe som gjør at to deler kommer i kontakt, og sender kreftene fra strukturen foran kulelagrene, rundt kulelagrene. Når akselerasjonen avtar, dytter fjærsystemet de to delene fra hverandre igjen, og for- og bakdel kan igjen rotere fritt i forhold til hverandre.
Ved prosjektstart ble en Solidworks modell gjort tilgjengelig. Geometrien ble forenklet slik at de fleste delene kunne hex-meshes, noe som må kunne sies å være en nødvendighet i en eksplisitt analyse. Det ble utvist forsiktighet ved forenkling, for ikke å fjerne deler som kunne påvirke resultatene.
Ballistiske data (Trykk, luftmotstand, rotasjon og sidestilling) og deres amplituder ved påsetting og avtagelse ble implementert. Materialdata ble funnet. Delene hvor fare for plastisk flyt var tilstede fikk plastiske data, resten elastiske. 316L rustfritt stål har en flytspenning som er sterkt avhengig av tøyningshastighet, så en materialmodell som er avhengig av denne ble implementert.
Simuleringene viste at flere steder i strukturen kom spenningene opp til flytgrenser og forbi. Konstruksjonens integritet ble ikke opprettholdt. Ørene, som skal holde strukturen sammen idet fjærene skyver den fra hverandre fikk plastiske deformasjoner, noe som gjorde at sideveis stabilitet minket, og strukturen gikk i oppløsning.
For å oppretholde konstruksjonens integritet, har noen løsninger blitt sett på. Fjærstivheter har blitt undersøkt, det samme har bytte av materialet på ørene.
En løsning på problemet har blitt foreslått.
Under arbeidet med oppgaven har flere problemer blitt funnet. Kulelagerløsningen er veldig overbelastet, med 3,6 ganger tillatt last.
Tallerkenfjærer skal ikke deformeres mer enn 75% av maks kompresjon, p.g.a. fare for at de kan vrenges. P.g.a.masse tregheten i fjærene foran i tillegg til kompresjon, vil de to bakerste tallerkenfjærene bli komprimert slik at de blir nesten flate. En ny fjærløsning er foreslått som løser dette problemet.