应力波在变截面杆中传播的数值分析（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）1998-04-17收到,1998-06-05收到修改稿(应力波在变截面杆中传播的数值分析曹增强佘公藩(西北工业大学飞行器制造工程系,西安,710072周听清(中国科技大学近代力学系,合肥,230026NUMERICALANALYSESOFSTRESSWAVEPROPAGATIONINAVARIABLESECTIONBARCaoZengqiang,SheGongfan(DepartmentofAircraftManufactureEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi′an,710072ZhouTingqing(DepartmentofModernMechanics,UniversityofScienceandTechnologyofChina,Hefei,230026摘要利用HONDO有限元程序对应力波在变截面杆中的传播进行了分析。根据分析结果提出采用有台阶的锥形调制器取代现有调制器可以解决手提式铆枪过重的问题。有台阶的调制器对应力透射波的放大效果不会有明显变化,但可减轻重量50%以上。同时利用该程序对应力波在不同几何构形的调制器中的传播进行了对比分析,根据输出波形的质量对应力波调制器的几何尺寸进行了优化设计,提出了锥体的底角和直径范围。关键词应力波调制器有限元中图分类号O347.4,O242.21AbstractThepaperanalysesthestresswavepropagatinginavariablesectionbarusingHON-DOfiniteelementcomputerprogram.Itisshownthatthepresentstresswavefocussingmeansofelectromagneticrivetershouldbereplacedbythefocussingmeanswithflightofsteps,anditsstresswaveamplificationrateissimilartothatofthepresentfocussingmeans.Theanalysisre-sultsofstresswavepropagationindifferentsizefocussingmeansgiveoutmorereasonablegeo-metricparameters,thebottomangleoftheconeshouldbemorethan45°,andtherateofthediameterofflightofstepstothediameterofconeshouldbegreaterthan5:2.Keywordsstresswaves,focussingmeans,finiteelement弹性波在横截面收缩杆中传播时强度会增强,许多设计中都利用这一原理采用了变截面结构,一个典型应用就是电磁铆枪中的锥形调制器[1],也称应力波放大器,以放大输入波,增大铆接力。王礼立等人在一维假定下利用特征线法对应力波在锥形调制器中的传播特性进行了理论分析,但与实验结果相比,在透射波峰值附近相差较大,估计是忽略了横向惯性效应,采用了一维应力波近似理论的结果[2]。周光泉等人采用有限元方法对应力波在锥形调制器中的传播特性进行了二维数值分析[3],计算结果与实测波形相比,其一致性较之一维特征线计算结果有所提高。但文献[3]中固定假设锥体大径和小径之比为3,这与电磁铆枪的实际情况不符,限制了计算结果的推广应用。另外,文献[3]中所采用锥形调制器只适合固定第19卷第6期1998年11月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAVol.19No.6Nov.1998力波调制器的几何构形将决定其对应力波的放大效果,对电磁铆接的效率有较大影响。本文参照电磁铆枪的实际结构利用HONDO有限元程序对应力波在变截面杆中的传播特性进行了分析,以对应力波的放大效果为依据,对不同几何构形的锥形调制器进行了分析比较,就其几何参数进行了优化设计。图1电磁铆枪应力波调制器1锥形调制器的物理模型电磁铆枪的应力波调制器是一典型的变截面杆,其几何形状如图1所示。当应力波由大截面传入小截面时,入射波将发生反射和透射,反射波的应力和入射波的应力异号,但透射波却强于入射波。锥形杆可近似看做具有一系列截面积间断的阶梯杆,当一压缩脉冲从锥底向锥顶右行传播时,每通过一截面间断面,透射压缩波将增强2An/(An+An+1倍(An和An+1为相邻两间断面的截面积[4]。电磁铆