大威力、高機動性和高精度是火炮武器的重要發(fā)展方向,從而對火炮的剛度、強度、速度和精度提出了更高的要求,亟需掌握發(fā)射載荷沿火炮關(guān)鍵部件傳遞的力學特征,通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法實現(xiàn)發(fā)射載荷傳遞規(guī)律的有效控制。傳統(tǒng)的火炮設(shè)計理論難以滿足這種發(fā)展需求,因此開展大口徑火炮發(fā)射載荷傳遞規(guī)律及結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)研究具有重要的意義。本文以此為研究背景,應(yīng)用非線性有限元、數(shù)值計算、現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計等理論與方法對火炮結(jié)構(gòu)剛強度優(yōu)化設(shè)計、發(fā)射過程非線性有限元建模、發(fā)射載荷傳遞規(guī)律以及發(fā)射動力學優(yōu)化設(shè)計等問題進行研究。采用有限元法對不同射擊工況下炮架關(guān)鍵部件的剛強度進行了分析,找出了結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)。對搖架進行了改進設(shè)計,有效提高了搖架的剛強度。針對上架剛度較差的問題,提出了一種變后坐長火炮上架結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法,以此對上架結(jié)構(gòu)進行了多射角工況條件下的優(yōu)化設(shè)計,找出了上架結(jié)構(gòu)的最佳外形輪廓和加強筋的最佳布局,在此基礎(chǔ)上采用尺寸優(yōu)化設(shè)計對上架結(jié)構(gòu)進行詳細設(shè)計,獲得了上架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案,顯著提高了上架結(jié)構(gòu)的剛強度。建立了火炮發(fā)射過程的非線性有限元動力學模型,研究了火炮結(jié)構(gòu)非線性連接關(guān)系的有限元建模方法,重點考慮了身管與襯瓦、高低機... 

【文章頁數(shù)】：161 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 選題背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 火炮發(fā)射動力學
        1.2.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及其在火炮中的應(yīng)用
        1.2.3 近似模型方法在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用
    1.3 火炮發(fā)射載荷傳遞規(guī)律及結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)
    1.4 本文研究內(nèi)容
2 火炮關(guān)鍵部件剛強度分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
    2.1 火炮結(jié)構(gòu)組成及工作原理
    2.2 火炮結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格劃分原則
    2.3 搖架結(jié)構(gòu)剛強度分析及改進設(shè)計
        2.3.1 搖架剛強度分析有限元模型
        2.3.2 搖架結(jié)構(gòu)剛強度結(jié)果分析
        2.3.3 搖架改進設(shè)計
    2.4 上架結(jié)構(gòu)剛強度分析
        2.4.1 上架剛強度分析有限元模型
        2.4.2 上架結(jié)構(gòu)剛強度結(jié)果分析
    2.5 大架和下架結(jié)構(gòu)剛強度分析
        2.5.1 大架和下架剛強度分析有限元模型
        2.5.2 大架和下架結(jié)構(gòu)剛強度結(jié)果分析
    2.6 計及多射角工況的上架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
        2.6.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型和優(yōu)化算法
        2.6.2 上架箱形結(jié)構(gòu)外輪廓改進設(shè)計
        2.6.3 基于拓撲優(yōu)化的上架加強筋布置設(shè)計
        2.6.4 上架結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化設(shè)計
        2.6.5 優(yōu)化結(jié)果分析
    2.7 本章小結(jié)
3 火炮發(fā)射過程的非線性有限元動力學建模及模型驗證
    3.1 火炮發(fā)射過程的非線性特性
    3.2 火炮發(fā)射過程的非線性有限元動力學分析方法
        3.2.1 非線性有限元動力學方程
        3.2.2 非線性有限元動力學方程解法
        3.2.3 火炮接觸碰撞有限元分析方法
    3.3 火炮發(fā)射過程的非線性有限元建模
        3.3.1 火炮三維建模與網(wǎng)格劃分
        3.3.2 關(guān)鍵部件接觸碰撞有限元建模
        3.3.3 反后坐裝置建模
        3.3.4 其它連接關(guān)系建模
        3.3.5 邊界條件和發(fā)射載荷建模
    3.4 火炮有限元模態(tài)分析及試驗驗證
        3.4.1 火炮有限元模態(tài)分析方法
        3.4.2 火炮模態(tài)試驗測試
        3.4.3 火炮模態(tài)有限元結(jié)果與試驗結(jié)果對比分析
    3.5 火炮非線性有限元動力學數(shù)值計算及試驗驗證
        3.5.1 火炮非線性有限元動力學數(shù)值計算
        3.5.2 火炮發(fā)射動力學試驗測試
        3.5.3 數(shù)值計算結(jié)果與試驗結(jié)果對比分析
    3.6 本章小結(jié)
4 火炮發(fā)射載荷傳遞規(guī)律及動態(tài)剛強度分析
    4.1 搖架發(fā)射載荷傳遞規(guī)律分析
        4.1.1 搖架受力分析傳統(tǒng)方法
        4.1.2 襯瓦接觸力計算結(jié)果對比分析
        4.1.3 齒弧接觸力計算結(jié)果對比分析
        4.1.4 耳軸作用力計算結(jié)果對比分析
    4.2 關(guān)鍵部件的動態(tài)剛強度分析
        4.2.1 搖架動態(tài)應(yīng)力
        4.2.2 上架動態(tài)應(yīng)力
        4.2.3 下架動態(tài)應(yīng)力
        4.2.4 大架動態(tài)應(yīng)力
        4.2.5 部件應(yīng)力計算結(jié)果對比
    4.3 火炮大型重載滾子座圈動態(tài)響應(yīng)分析
        4.3.1 座圈受力分析
        4.3.2 滾子座圈大規(guī)模接觸碰撞有限元模型
        4.3.3 材料模型對座圈動態(tài)響應(yīng)計算結(jié)果的影響
        4.3.4 滾子載荷分布及變化規(guī)律
    4.4 本章小結(jié)
5 結(jié)構(gòu)布置及結(jié)構(gòu)參數(shù)對炮口振動的影響分析
    5.1 反后坐裝置結(jié)構(gòu)布置對炮口振動的影響
        5.1.1 復進機和制退機的固定方式對炮口振動的影響
        5.1.2 復進機和制退機的布置位置對炮口振動的影響
    5.2 火炮總體結(jié)構(gòu)參數(shù)靈敏度分析
        5.2.1 火炮總體結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取及靈敏度分析方法
        5.2.2 后坐部分偏心距的影響
        5.2.3 炮口制退器質(zhì)量的影響
        5.2.4 前襯瓦軸向偏移量的影響
        5.2.5 長圓筒本體壁厚的影響
        5.2.6 襯瓦與身管配合間隙的影響
        5.2.7 高低機齒輪齒弧嚙合間隙的影響
        5.2.8 搖架耳軸中心位置的影響
        5.2.9 結(jié)果分析
    5.3 本章小結(jié)
6 火炮發(fā)射動力學近似建模及炮口振動優(yōu)化研究
    6.1 結(jié)構(gòu)近似建模方法
        6.1.1 多項式響應(yīng)面模型
        6.1.2 Kriging模型
        6.1.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型
        6.1.4 近似模型質(zhì)量檢驗
    6.2 試驗設(shè)計方法
    6.3 火炮發(fā)射動力學近似建模
        6.3.1 設(shè)計變量選擇及試驗設(shè)計
        6.3.2 火炮結(jié)構(gòu)多項式響應(yīng)面模型
        6.3.3 火炮結(jié)構(gòu)Kriging模型
        6.3.4 火炮結(jié)構(gòu)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型
        6.3.5 火炮結(jié)構(gòu)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型
        6.3.6 近似模型適應(yīng)性對比分析
    6.4 基于近似模型的炮口振動優(yōu)化
        6.4.1 炮口振動優(yōu)化數(shù)學模型
        6.4.2 炮口振動優(yōu)化方法
        6.4.3 優(yōu)化結(jié)果分析
    6.5 本章小結(jié)
7 結(jié)束語
    7.1 工作總結(jié)
    7.2 本文創(chuàng)新點
    7.3 研究工作展望
致謝
參考文獻
附錄
    A. 攻讀博士學位期間發(fā)表論文情況
    B. 攻讀博士學位期間參加科研項目情況


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于對數(shù)型Heaviside近似函數(shù)作為過濾函數(shù)的動力響應(yīng)結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化ICM方法[J]. 葉紅玲,李耀明,張顏明,隋允康.  工程力學. 2014(06)
[2]基于接觸動力學的座圈動態(tài)響應(yīng)仿真分析[J]. 劉春光,蘇鐵明,華順剛.  光電技術(shù)應(yīng)用. 2014(03)
[3]計及多射角工況的火炮上架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J]. 梁傳建,楊國來,王曉鋒.  火炮發(fā)射與控制學報. 2014(02)
[4]典型火炮結(jié)構(gòu)振動分析與前支架設(shè)計改進[J]. 張永存,吳雪云,劉書田.  工程力學. 2013(06)
[5]新型步戰(zhàn)車炮塔座圈發(fā)射過程動態(tài)響應(yīng)分析[J]. 蘇忠亭,徐達,韓振飛,熊成文.  火力與指揮控制. 2013(02)
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[7]滾動軸承動態(tài)接觸特性數(shù)值模擬中若干問題[J]. 童寶宏,劉穎,蘇葒.  機械工程學報. 2012(21)
[8]大口徑火炮座圈整體結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)研究[J]. 劉朋科,史婉榮,郭新喜,高小科.  火炮發(fā)射與控制學報. 2012(03)
[9]基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的側(cè)碰多目標優(yōu)化設(shè)計[J]. 周利輝,成艾國,陳濤,趙敏,周澤.  中國機械工程. 2012(17)
[10]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法的移動硬盤耐撞性能多目標優(yōu)化設(shè)計[J]. 楊書儀,劉德順,趙繼云.  機械科學與技術(shù). 2012(08)

博士論文
[1]沖擊載荷作用下移動梁沿支撐結(jié)構(gòu)大位移運動的時變力學研究[D]. 陳強.南京理工大學 2014
[2]自行火炮彈炮多體發(fā)射系統(tǒng)動力學仿真研究[D]. 陳世業(yè).南京理工大學 2013
[3]車載炮動態(tài)非線性有限元仿真研究[D]. 葛建立.南京理工大學 2007

碩士論文
[1]基于剛?cè)狁詈夏Ｐ偷哪耻囕d迫擊炮關(guān)鍵結(jié)構(gòu)分析[D]. 陶齊岡.南京理工大學 2014
[2]某火炮結(jié)構(gòu)參數(shù)靈敏度分析與優(yōu)化研究[D]. 張俊飛.南京理工大學 2014
[3]超輕型火炮搖架結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D]. 錢輝仲.南京理工大學 2012
[4]超輕型火炮結(jié)構(gòu)動力學有限元分析與總體優(yōu)化匹配技術(shù)研究[D]. 彭迪.南京理工大學 2012
[5]典型火炮結(jié)構(gòu)靜動力分析與輕量化設(shè)計[D]. 吳雪云.大連理工大學 2011
[6]輕量化牽引火炮動力學分析與優(yōu)化研究[D]. 周成.南京理工大學 2011
[7]船用齒輪箱的靈敏度研究及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D]. 張雷.哈爾濱工程大學 2010
[8]某火炮架體動態(tài)特性的研究[D]. 劉剛.南京理工大學 2008
[9]自行火炮炮塔結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計研究[D]. 高俁.南京理工大學 2007
[10]牽引火炮總體結(jié)構(gòu)多目標優(yōu)化研究[D]. 龔海岳.南京理工大學 2006



本文編號：3718890