火炮身管烧蚀磨损状态下弹带挤进过程仿真分析

为探究火炮身管膛线不同磨损状态下弹带挤进过程中的受力及动态响应情况,基于Johnson-Cook本构关系模型建立了不同磨损状态下的身管模型,并利用有限元显式分析求解了弹炮耦合模型,得到了不同身管磨损状态下弹带受力及弹丸运动响应结果,包括挤进过程弹体速度、加速度、法向位移等运动曲线。由仿真结果可以看出：膛线不均匀磨损会导致弹丸在挤进过程中产生较大的径向位移和振动,烧蚀产生的烧蚀坑及裂缝会加剧这一现象;但轴向速度、位移变化平滑,加速度受弹底压力影响较大。     

弹性身管的弹炮耦合问题研究

建立精确的线膛炮身管与弹丸模型,基于Adams中的柔性体接触理论,在考虑身管弹性的基础上,建立弹带和弹丸前定心部与身管内膛的接触模型,在该软件平台上分别对弹丸与刚性体线膛炮身管、弹丸与弹性化处理的线膛炮身管的弹炮耦合过程进行动力学仿真,得到两组弹炮耦合时的炮口振动及对应的弹丸运动响应数据。将所得数据进行对比,结合以往事实,说明在研究弹炮耦合时考虑身管弹性的重要性。结果表明该动力学模型在一定程度上表征弹丸与身管之间的作用机理,可以为通过减小身管振动的方法来提高射击精度提供理论参考。     

计及布尔登效应的身管振动特性研究

弹丸发射过程中身管的振动对射击精度有很大影响,为了掌握身管振动的规律,将身管简化为悬臂梁模型,在此基础上建立了身管横向振动方程,运用模态分析法求解系统动力响应。针对某火炮不同装药量身管振动进行了数值仿真,对不考虑膛内气体对身管作用和考虑膛内气体对身管作用两种情况进行了比较。求解过程中弹丸的位移、速度和加速度均为实际数据。结果表明,静扰度对身管的振动特性有很大影响,静扰度为0时,弹丸初速越高,弹丸出炮口阶段炮口振动幅度越小,膛内气体对身管的作用力能有效减小发射期间身管的振动幅度。     

考虑身管初始挠度的弹炮耦合振动特性分析

为研究火炮发射过程中运动弹丸激励下的身管振动特性,以某型火炮为例,基于Euler-Bernoulli梁理论,建立考虑身管初始挠度的移动弹丸-弹性身管耦合振动方程,利用模态叠加法对方程进行求解。基于有限元软件Abaqus以及动力学分析软件Adams建立相应考虑初始挠度的刚柔耦合动力学模型,并对数值计算的结果进行验证。在模型的基础上,对弹丸速度和弹丸质量影响炮口振动特性的规律进行分析。结果表明对于在运动弹丸激励下身管振动问题,身管初始挠度对振动分析结果的影响很大,不可忽略。在考虑身管初始挠度的情况下,弹丸速度越大,对弯曲身管的校直作用越明显,炮口振动幅值越大;弹丸速度一定时,弹丸质量越大,炮口振动幅值越大。     

齿侧间隙作用下小口径车载机关炮身管的振动响应

为研究齿侧间隙作用下小口径车载机关炮身管的振动响应情况,建立了含齿侧间隙的高低机简化模型,给出了接触碰撞力学模型的参数辨识方法。在ADAMS软件中将路面激励简化为作用在齿轮上的正弦位移信号对模型进行动力学仿真,对比分析了有无齿侧间隙作用下身管的振动响应频率、炮口的振动位移和速度变化情况。结果表明齿侧间隙作用下火炮发生多频变幅连续振荡,破坏了火炮的射弹初始条件,降低了火炮射击精度。     

接触间隙对身管炮口振动的影响

以多体动力学为基础,结合发射动力学,采用ADAMS软件与Workbench的联合仿真对火炮身管在发射过程中的动力学特性进行分析,综合考虑了衬瓦和身管的配合间隙、高低机齿轮啮合间隙和弹丸的质心偏移这3个因素对炮口振动的影响。通过大量的数值仿真,确定了多因素变量对炮口位移的影响程度。     

炮口振动对转管武器射弹散布的影响分析

为提高转管武器射击精度,以某转管武器为例,在试验测得炮口振动数据的基础上,构建了炮口振动位移及速度的数学模型,通过对炮口位置点的随机模拟及数学模型期望和方差的求解,得出了炮口振动在位移及速度方面对射弹散布的影响。     

火炮身管边界条件对其横向振动的影响

针对火炮身管振动对射击精度的影响问题,分析了射频对身管振动的激励作用,提出了通过改变身管边界约束条件进而改变身管振动特性的方法,建立了身管固有频率对支撑位置变化的1阶灵敏度模型。并以某小口径身管为研究对象,运用该模型对支撑位置进行优化搜索,最终从频率和振型两方面确定了炮口横向振动响应最小的最优支撑位置。试验结果表明该方法改善了身管的振动特性,提高了火炮连发射击的立靶密集度。     

考虑受力因素的角接触球轴承接触动态分析

基于Hertz接触理论,提出了5自由度3D轴承模型在转速、摩擦、离心力和陀螺力矩作用下进行接触时的动力学分析方法。建立了轴承接触动力学模型,利用数值积分和数值仿真方法对其进行了时变位移和接触力振动分析。结果表明,考虑影响轴承振动位移的时变因素所获得的计算结果比用传统的轴承结合部等效参数计算结果要大,该方法有效地解决了轴承转速、摩擦等时变因素影响下的时变位移等问题。     

角接触球轴承的3D接触动态特性分析

基于弹性接触动力学理论,同时考虑转速,轴向力,径向力,摩擦力与离心力的影响,建立了轴承接触动力学模型,利用数值积分和数值仿真方法对其进行了时变的接触刚度、接触力和时变位移的振动分析.结果表明,考虑影响轴承振动位移的时变因素所获得的计算结果比用传统的轴承结合部等效参数计算结果要大,该方法有效地解决轴承转速、摩擦等时变因素影响下的时变位移等问题.仿真结果为机床主轴系统的动态设计和研究轴承的时变特性提供理论依据.     

移动质量载荷作用下的悬臂梁振动计算方法

对受移动质量载荷作用的梁的振动规律进行精确研究,一直以来是振动领域的难点问题。以移动弹丸激励下的身管为研究对象,基于Euler-Bernoulli梁理论,建立了具有一般性的移动质量-悬臂梁耦合振动方程。根据模态叠加原理,采用广义坐标变换的方式编写了分析程序,求解移动质量载荷作用下的悬臂梁振动。该方法计算量小,精度高。在ABAQUS软件中建立有限元模型,通过联合ADAMS软件刚柔耦合数值分析验证了求解结果。最后,讨论了不同弹丸速度和弹丸质量对炮口处的振动影响规律。结果表明,炮口振动幅值随弹丸速度的增大而减小,随弹丸质量的增大而增大。该建模计算方法,亦可应用于移动质量载荷作用下的悬臂梁振动以及其它相关工程振动问题的求解。     

基于ADAMS的有初始挠度的身管振动研究

建立了身管的柔性体模型,对重力作用下有初始挠度的身管振动进行了动力学仿真,并与无初始挠度的刚体身管振动的结果进行了对比.分析仿真结果并结合一般事实,说明在进行火炮发射动力学仿真时考虑身管的初始挠度是必要的.     

基于薄板固有特性的连续热镀锌带钢表面质量在线控制

对源于气刀附近带钢振动的连续热镀锌带钢表面质量在线控制理论和方法进行研究.建立连续热镀锌镀后冷却段的带钢振动模型,基于哈密顿原理得到振动模型固有特性的解析解,对振动模型的合理性进行数值仿真验证,结合现场测试结果和表面质量实时监测技术,提出连续热镀锌带钢表面质量在线控制的基本思想和解决方案.研究表明,带钢线张力和速度分别对带钢固有频率和激励频率产生显著影响,可以作为表面质量在线控制的主要参数.计算带钢固有频率时可以忽略轴向速度的影响.数值仿真结果确认振动模型中用简支代替接触辊支撑和稳定辊支撑的正确性.带钢固有特性求解的解析形式能够满足在线控制的需要.建议加强稳定辊和接触辊的支撑刚度来抑制气刀附近带钢振动.     

柔性空间机械臂捕获卫星碰撞动力学分析、镇定运动神经网络控制及抑振

讨论漂浮基柔性空间机械臂在轨捕获卫星过程的接触、碰撞动力学建模和碰撞后混合体系统镇定运动控制及柔性振动主动抑制问题。在机械臂末端手爪与被捕获卫星接触、碰撞前,结合假设模态法和拉格朗日法建立空间机械臂系统动力学模型。在接触、碰撞持续过程,考虑空间机械臂与卫星间的运动几何关系、力传递关系,并基于动量守恒关系,分析接触、碰撞对空间机械臂系统刚性运动和柔性振动状态的影响效应。在接触、碰撞后,根据空间机械臂与目标卫星的相互作用内力关系,建立两者混合体系统的综合动力学模型,并针对上述接触、碰撞的影响效应,基于奇异摄动理论将混合体系统综合动力学模型分解为快、慢变子系统,其中,快变子系统表征系统柔性振动,慢变子系统表征系统刚性运动,并对慢变子系统设计镇定运动的径向基函数(Radial basis function,RBF)神经网络控制算法,而对快变子系统设计振动主动抑制的线性二次最优控制算法。数值仿真证实上述控制算法的有效性。     

含多间隙副特高压断路器传动机构动力学特性研究

为研究间隙对特高压断路器传动机构动力学特性的影响,利用非线性弹簧-阻尼模型模拟了接触碰撞中的法向力,利用修正的库仑摩擦力模型模拟了接触碰撞中的切向力,建立了该机构含多间隙副的多体动力学模型。运用多体系统动力学软件ADAMS,在特定工况下对传动机构的合闸过程进行了动力学仿真分析。仿真结果表明,运动副间隙对传动机构位移影响较小,但对速度和加速度影响较大,且随着间隙增大,这种影响越显著,机构的运动稳定性越差。     

一种气体炮的建模与分析

应用气体动力学理论及配合间隙的影响建立了气体炮模型,采用MATLAB语言对其进行数字仿真分析,得出气体炮不同初始容腔的体积与压强对炮弹的速度-位移的影响曲线,便于设计气体炮选择合适的储气罐容积、压强以及身管长度等.     

转炉减速器齿轮传动系统振动分析

通过建立齿轮振动弹性体模型,并确定转炉减速器主、从动齿轮无量纲系数,建立了齿轮动力学模型。在确保收敛精度的基础上,利用变步长四阶龙格库塔法数值计算方法,对转炉减速器主、从动齿轮的非线性弹性体振动进行了分析研究,比较了齿轮系统的速度和位移无量纲曲线。仿真结果为转炉扩容齿轮减速器计算提供了基础。     

某型火炮膛线优化研究

为减小某型线膛火炮身管膛线起始部和炮口部导转侧力,编制了涵盖等齐、渐速、混合三种膛线类型以及常见膛线曲线的膛线导转侧力通用计算程序,构建了合理的目标函数,以膛线类型以及膛线曲线参数为自变量,分析了各参数变化对目标函数的影响,并用非线性优化算法、模拟退火算法和遗传算法对目标函数进行了优化,为该型火炮选取了合适的膛线类型和膛线曲线。研究也发现目前文献中推荐的正弦膛线曲线是不正确的。     

直齿圆柱齿轮动力学特性分析与ADAMS仿真研究

在考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、齿面摩擦等因素的基础上,采用集中参数法建立了圆柱齿轮传动系统平移-扭转耦合动力学模型。根据齿轮箱设计参数,使用龙格-库塔法求得各齿轮的振动位移,计算了齿轮副的动态啮合力。并在Adams中建立齿轮传动系统的多体接触动力学模型并进行仿真,获得齿轮啮合传动过程中的动态啮合力和振动位移、振动速度。通过台架试验,测量齿轮传动系统的振动加速度,采用数值积分计算振动速度和位移,并分析其振动特性。结果表明,在齿轮的振动速度与位移方面,集中参数求解结果与实验数据具有良好的一致性;啮合力方面两种方法均得到与理论计算值一致的结果,验证了采用两种方法对比分析研究方法的可行性。     

考虑振动响应的刚柔耦合悬臂梁动力学建模与数值仿真

建立合理的刚柔耦合系统动力学模型是实现碰撞冲击动态响应分析的基础。利用假设模态法描述了悬臂梁的振动位移响应,在此基础上基于广义坐标建立了系统的运动链。同时考虑悬臂梁的横向振动与纵向振动响应,在计入柔性杆横向弯曲变形引起轴向拉伸变形的2阶耦合量的条件下,分别基于Kane方法和Lagrange方法推导了刚柔耦合悬臂梁系统动力学方程,通过数值仿真揭示了系统广义坐标或速度的时变规律。仿真结果表明:两种方法下具有相同意义广义坐标的时变规律完全吻合。采用3D高速摄像机用于捕获悬臂梁的运动以验证构建模型的有效性。试验测试结果表明:试验测试值与仿真模拟值的误差值均小于5%,试验结果与模拟结果相符,说明动力学模型与计算方法均有效可行。研究结果可为接触面碰撞冲击理论计算及试验验证提供参考。