冲击载荷作用下抽筒子疲劳寿命预测与试验验证

在火炮发射过程中,抽筒子在冲击载荷作用下,经常产生疲劳断裂。为了实现有针对性的预防性维修,提出了一种冲击载荷作用下基于协同仿真技术的不规则零部件疲劳寿命预测方法。基于Pro/E和ADAMS建立了火炮射击过程的虚拟样机,并从定性和定量两个方面进行验证,仿真得到抽筒过程中抽筒子的载荷谱。结合有限元分析,计算抽筒子在静应力下的强度和寿命。在仿真载荷谱和有限元静应力分析的基础上,结合材料的S-N曲线,建立了抽筒子疲劳损伤与寿命预测模型,得到其危险部位的最小寿命。为了验证疲劳寿命预测模型的有效性,设计了由撞击试验台、传感器和信号测试分析系统组成的抽筒子疲劳寿命验证试验装置,根据抽筒过程和仿真载荷谱,合理确定撞击高度。试验结果验证了所建立的疲劳寿命预测模型的可信性。     

基于虚拟样机技术的履带车辆扭力轴载荷谱的编制

载荷谱是履带车辆可靠性设计和测试试验的重要依据.针对履带车辆研究中载荷提取困难的问题,文章采用虚拟样机技术模拟实验提取载荷.以某型履带车辆为模型,基于多体运动学研究建立了整车模型和测试系统,根据履带车辆实际应用情况设计任务剖面,模拟仿真提取载荷.利用雨流计数法得到载荷的均值、幅值直方图,用数理统计方法处理,得到可应用的八级载荷谱,可以为履带车辆疲劳寿命研究提供一定的参考.     

履带车辆行驶平顺性预测的仿真

履带车辆行驶平顺性预测仿真,以某型履带车辆为例,利用Matlab信号处理工具箱构建路面模型,以逆傅立叶法构造路面谱.以ISO 2361标准作为平顺性评价方法,对履带车辆在F级路面上的平顺性进行仿真.并用履带车辆模块和Pro/ENGINEER构造履带车辆虚拟样机,包括其结构组成及运动分析、模型建立及仿真分析.     

基于RecurDyn的履带车辆动力学仿真

基于多体动力学仿真软件RecurDyn,建立了某型履带车辆行动部分虚拟样机模型.对履带车辆在硬质水泥路面上,由静止加速到目标车速并匀速行驶的过程进行了仿真分析.提取车辆匀速行驶阶段侧减速器被动轴上测点的转矩响应时间历程,并与相同路面、速度工况下的车辆实车试验相应测点的动态转矩测试数据进行比对,验证了模型的准确性,为下一步实现车辆动力-传动-行动装置联合仿真提供基础.     

自行火炮综合传动装置非线性动力学仿真与疲劳可靠性寿命预测

为准确地获取综合传动装置关重件的载荷谱,对自行火炮的综合传动装置非线性动力学仿真与疲劳可靠性寿命进行预测研究.建立非线性多级齿轮传动系统的虚拟样机,对其工作过程进行仿真,将同工况条件下综合传动装置虚拟样机仿真结果与综合传动实验台实验结果进行对比,验证基于虚拟样机获取载荷谱的可信性,对载荷谱进行插值运算得到齿轮危险点的应力-时间历程,采用三峰谷雨流计数法生成2维分布的随机疲劳应力谱,充分考虑材料的疲劳性能,预测关重件在多存活率下的疲劳可靠性寿命.研究结果表明:该方法能准确地描述齿轮-转轴-轴承非线性系统的动力学特性,预测关重件在多存活率下的疲劳寿命,为实现预防性维修和精确化保障提供决策依据.     

自行火炮行动系统关重件的疲劳寿命仿真

建立了某型自行火炮虚拟样机模型,仿真并获得了各典型行驶工况下行动系统关重件的载荷时间历程。以扭力轴为研究对象,对各单一工况下的二维随机扭矩载荷进行计数统计和分布检验,采用权系数法、概率密度推断法和最速下降法对载荷进行多工况的合成和扩展,获得了其全寿命里程二维设计谱。并通过有限元分析和名义应力法,运用MM( modified miner)法则和EM( elemental miner)法则对扭力轴进行材料疲劳特性修正和安全寿命预测,结果表明：MM法则更为合理一些,并认为扭力轴不萌生宏观裂纹的疲劳寿命为12 814 km．     

自行火炮扭力轴疲劳寿命仿真研究

以某型自行火炮为研究对象，通过建立自行火炮的虚拟试验环境，实现了自行火炮虚拟行驶和扭力轴载荷历程的虚拟测试。建立了扭力轴有限元模型，与45CrNiMoVA材料的ε-Nf曲线共同构成了扭力轴疲劳虚拟样机，实现了扭力轴的疲劳损伤及寿命预测，为用户制订有效的技术保障方案提供了科学依据。     

某型履带车辆紧急制动动力学仿真分析

基于虚拟样机技术,用ADAMS/ATV模块建立了某型履带车辆紧急制动的动力学模型。通过实车的行驶试验和紧急制动试验对模型进行了验证,结果表明所建动力学模型在反映履带车辆行驶及紧急制动动力学行为方面能够满足工程分析的需要。将其作为分析平台,对履带车辆进行了以相同初速度在不同路面以及同一路面不同初速度情况下紧急制动动力学仿真分析,仿真结果表明,其符合在相同的路面制动初速度越大制动距离越远以及制动初速度相同的情况下,路面不平度越大制动距离越短的实际情况。     

简化自行火炮虚拟样机平顺性试验仿真

为提高仿真效率，缩短求解时间，在ADAMS下建立某型自行火炮简化虚拟样机模型，通过省略履带使路面与负重轮直接接触以减少系统的自由度，达到简化模型的目的。同时用一个接触碰撞模型模拟路面、履带板与负重轮的相互作用，从而保证模型的合理性。仿真结果表明，模型能够反应车辆的振动特性，可以为进行快速的强化行驶实验提供一个良好的仿真平台。     

步兵战车炮塔振动仿真

针对某型履带式步兵战车火炮射击精度受炮塔振动影响大的问题,在ADAMS/ATV和SolidWorks环境下建立了简化后的战车-路面系统虚拟样机;建立了基于谐波叠加法的随机等级路面模型;分析了虚拟样机中主要的力学模型;引入了驾驶员模型控制器,对步兵战车2～5档在B～E级路面上行驶过程中炮塔的振动进行仿真。仿真结果表明,采用虚拟样机对炮塔振动分析的方法是有效的,为炮塔乘员的舒适性研究及瞄准线稳定分析提供参考依据。     

基于镀层界面剪切疲劳损伤的枪管寿命预测研究

为研究枪管内膛损伤机理、提高枪管寿命,提出了基于枪管镀层界面剪切疲劳损伤累积的枪管寿命预测方法。根据身管镀层剪切失效理论和疲劳损伤累积理论,建立了热压耦合应力作用下的枪管镀层界面剪切失效模型。以某5.8 mm小口径步枪枪管为研究对象,计算一个冷却周期150发 弹连续射击过程中的枪管界面剪切应力,结合随温度变化的枪管材料抗拉强度数据对枪管寿命进行了预测。研究结果表明：预测结果与寿命试验结果高度吻合,验证了寿命预测模型的可行性与正确性;以镀层界面剪切疲劳寿命来预测枪管寿命是有效的,镀层界面剪切疲劳失效是导致枪管寿终的重要原因。     

基于铬层与基体结合部疲劳损伤的转管机枪身管寿命预测研究

为预测身管寿命,采用热-固耦合场理论、冲击疲劳理论和疲劳累积损伤理论,提出基于身管铬层与基体结合部疲劳损伤的身管寿命预测方法。以3管转管机枪的身管寿命为例,建立有限元模型,计算铬层与基体结合面的耦合应力,预测身管寿命,理论计算与试验结果进行了对比,数据基本吻合;分析身管镀铬层厚度对身管寿命的影响。研究结果表明：铬层与基体结合部的疲劳损伤寿命基本决定了身管的寿命,证明所提寿命预测方法是可行的;适当增加镀铬层厚度,可以提高身管寿命。     

某轻型履带车辆起步工况下主离合器接合过程传动轴疲劳损伤研究

为确保履带车辆传动系统的疲劳可靠性,在车辆起步工况下对传动轴进行疲劳分析,确定了主离合器在接合过程中影响传动系统产生疲劳损伤的主要因素。建立车辆起步阶段动力学模型,获得整车传动系统载荷与主离合器接合位移关系。搭建履带车辆动态转矩测试平台,获取典型工况任务下传动系统试验数据。设计典型工况下主离合器的步进接合动态测试试验,采集传动系统在主离合器接合过程中传递的转矩数据。采用雨流计数法和雨流滤波法对原始数据进行处理,应用线性疲劳累计损伤理论,对主离合器在不同接合位移时的传动系统传动轴进行疲劳损伤计算,确定传动系统产生最大疲劳损伤时对应主离合器的接合状态。研究结果表明,主离合器接合过程中从动盘轴向移动速率变化最大的位移点是传动轴产生最大疲劳损伤的危险点,占全部接合过程总损伤的73.86%,损伤程度为接合过程中主离合器同步状态的2.87倍。     

某大口径机枪内膛损伤对弹头挤进过程的影响研究

为研究大口径机枪枪管寿命过程中内膛损伤对弹头动态挤进过程的影响,分析影响枪管寿命的关键因素,在进行大量射击试验获得枪管内膛损伤发展规律基础上,建立了不同寿命阶段含内膛损伤枪管的精确有限元模型。采用Fortran子程序的方式实现了内弹道过程与显式有限元方法的迭代数值求解,获得了弹头挤进过程中表面形貌及运动姿态随内膛损伤发展的变化数据。对比数值模拟结果与试验数据验证了弹-枪耦合模型的准确性。仿真结果表明：内膛损伤导致的弹头挤进过程中,质心偏移量和弹头摆动角的增加、表面形貌及气动力参数的改变,以及由于导转侧损伤较严重引起的弹头所受导转力和转速下降等3个因素是导致弹头外弹道飞行稳定性降低及枪管寿终的主要原因。研究结果为进一步研究枪管寿终机理,提高枪管寿命具有一定的参考意义。     

线膛复合身管无座力炮内衬厚度影响分析

针对线膛复合身管无座力炮内衬厚度与疲劳寿命关系研究较少的问题,对线膛复合身管无座力炮内衬厚 度对火炮的影响进行研究。选择各向同性弹性材料模型,使用有限元软件ls-dyna 进行数值仿真,结合局部应力应变 法,分析了弹丸挤进、内压载荷对不同厚度内衬和纤维等级复合材料层的线膛复合身管裂纹形成寿命的影响。计算 结果表明：增加内衬厚度可以有效减小局部最大应变,高等级的碳纤维更加适合轻质量无座力炮的减重。     

基于增量动态逆的无人机着舰控制方法

针对舰载无人机着舰过程中的甲板运动、舰尾流等问题,提出一种基于舰机相对运动的舰载无人机增量动态逆着舰控制方法。在舰机相对运动和相应几何关系的基础上,推导出甲板运动情况下的相对下滑角与绝对下滑角之间的数学关系,从而实现对理想着舰轨迹线的精确跟踪;设计增量动态逆控制律,在充分利用测量信息的基础上摆脱对模型精度的过度依赖,在保证跟踪精度的同时能够有效降低计算负荷。仿真结果表明：该方法能够精确跟踪理想着舰轨迹,有效降低甲板运动对着舰精度的影响,同时设计的增量动态逆控制器具有较强的鲁棒性。     

基于有限元仿真技术的曲轴疲劳强度分析

基于有限元仿真技术,采用Pro/E软件建立柴油机曲柄连杆机构的三维模型;在有限元分析软件Patran中,建立曲轴的有限元模型,对曲轴进行了有限元模态分析和模型降阶;在Adams中建立刚柔耦合模型并进行动力学仿真,提取载荷谱输入到Fatigue中进行了疲劳寿命计算;用名义应力法验证了基于有限元仿真技术的疲劳强度分析结果是合理的.     

自行高炮行进间射击炮口响应特性研究

为研究自行高炮行进间射击时的炮口响应特性,基于多体系统动力学、车辆地面力学、火炮发射动力学建立了自行高炮行进间发射动力学模型,运用谐波叠加法,对典型的自行高炮行驶路面进行重构。通过数值计算获得了不同行驶和射击工况下的炮口响应,分析了行驶速度、路面等级、射击载荷、射角等因素对自行高炮的炮口响应的影响。考虑了自行高炮结构非线性因素,运用有限元方法和接触碰撞理论,将柔性身管模型和滚珠座圈大规模接触碰撞模型应用于模型中。计算结果表明,随着行驶速度和路面等级的提高,炮口动态响应增大,行进间不同射击工况下,炮口响应情况有较大差异。研究结果为掌握自行高炮行进间射击炮口扰动规律提供了参考依据。     

火炮发射药床冲击破碎动力学仿真研究

为了研究发射装药引起膛炸的基本原理,确保火炮武器系统发射过程安全,实现末端毁伤效应,从理论分析计算的角度出发,基于离散单元法,建立了火炮发射药床冲击破碎动力学仿真模型,模拟了大口径火炮发射药床在燃气流冲击载荷下的破碎过程,并与有限元计算软件LS-DYNA的结果进行对比,结果表明,离散单元法和有限元法计算结果几乎一致,验证了该方法的准确性。该计算方法对发射装药发射安全性研究具有一定理论实用价值。