计及多射角工况的火炮上架结构优化设计

针对火炮的多射角工况特性,建立火炮上架结构的有限元模型,依据火炮发射时上架的结构受力特性及其技术设计要求,对其进行静态刚强度分析,在此基础上以提高上架刚度为目标,先运用拓扑优化方法寻求上架的最佳材料分布,确定加强筋的合理布局,再运用尺寸优化方法对上架进行详细设计,获取最终的结构优化方案。优化后多射角工况下左右耳轴中心位移显著减小,最大减小比率为32.61%,同时结构质量减小了1.42%,达到了提高上架刚度的优化设计目标。     

基于正交试验的火炮上架多工况结构优化设计

为提高某大口径火炮上架刚强度,建立了火炮上架和摇架结构3种典型工况的有限元模型,进行静态刚强度分析,找出原上架结构存在的问题。通过正交试验得到各子工况最优权重系数组合,利用拓扑优化方法,寻求最佳材料分布,重新设计上架立板形状,修改上架筋板布局,并运用尺寸优化方法确定上架主要板件的厚度尺寸。优化结果表明,在结构质量减小的情况下,该上架各工况刚强度均有不同程度的提高,整体结构更加合理,实现了火炮发射载荷的更合理传递。     

某火炮上架结构拓扑优化设计

为了有效地减轻火炮质量,对某火炮上架进行了结构优化设计.运用有限元分析和结构拓扑优化设计相结合的方法,依据火炮发射时上架的结构受力特性及其技术设计要求,建立了优化数学模型;利用OptiStruct软件对上架进行了结构拓扑优化.根据优化结果设计的上架结构,质量减小12.17%,刚强度性能满足设计要求.该方法可用于指导火炮其它部件的结构优化设计和轻量化设计.     

车载导弹发射架结构有限元分析与拓扑优化设计

发射架是车载发射装置的关键承力构件之一，其结构刚度和固有频率等静动力学特性对导弹发射精度具有重要影响。以某车载导弹发射架为研究对象，通过多种行军过载和载弹工况的有限元建模与分析对比，研究发射架的受载特点，提出导弹装填、卸载和发射作业序列规划的一般指导原则。进而对发射架结构进行多工况条件下的拓扑优化，讨论挤压约束、最小和最大尺寸约束对拓扑优化结果的影响。根据拓扑优化构型对发射架进行重构设计，对优化设计进行有限元校核分析。分析结果表明，与原有设计相比，拓扑优化设计后的发射架结构减重超过10%,且几乎所有考虑工况下的刚强度均得到改善，刚度最大增幅达到21.47%,等效应力最大降幅达到31.97%;前6阶固有频率提升超过12%,对于减小发射扰动具有重要意义。     

基于多体动力学的发射装置托架拓扑优化设计

为了更好地实现某型导弹发射装置托架轻量化,结合多体动力学并基于SIMP法的拓扑优化理论,运用OptiStruct平台对托架进行拓扑优化设计。根据导弹发射精度要求,建立了优化约束条件,得到了典型射击工况下托架的最佳材料分布和传力路径。考虑工程应用实际情况,得到了托架优化模型。参考比刚度结构效能,建立了结构刚度评价标准,对优化前后托架模态、发射动态响应以及导弹初始扰动等进行了对比分析。结果表明:与初始模型相比,优化后的托架比刚度效能增加了27.8%,质量减小了28.6%; 该方法提高了托架一阶模态频率,降低了托架与发射筒的共振效应对导弹初始精度的影响。     

基于HyperWorks的某迫击炮座钣结构优化

为了在保证可靠刚度和强度的基础上减轻某迫击炮座钣的质量,对其进行结构优化和轻量化设计。通过HyperWorks有限元软件对迫击炮座钣安装在土壤工况下的刚度和强度进行仿真计算,采用寻找主要受力路径并修改应力集中区域结构的方法,对座钣进行了结构拓扑优化,改进了座钣结构。在此基础上,对座钣的主钣和驻臼进行了尺寸优化,对优化前后的座钣强度、位移和质量进行了对比,结果表明,优化后的座钣不仅减轻了质量,还提高了强度。     

火箭发射装置回转箱体拓扑优化设计方法研究

为有效减小火箭发射装置质量,提高回转机机动性能,采用基于变密度法的结构拓扑优化技术,对火箭发射装置的回转箱体进行结构优化。文中针对四种典型发射工况,以结构刚度设计要求为约束条件,以质量最小为优化目标,获得了回转箱体的最优拓扑结构。通过对优化后的结构进行分析,结果表明优化后回转箱体质量减小了15.4%,刚强度满足设计要求。该优化方法对于发射装置其它结构的改进具有重要参考价值。     

大推力捆绑运载火箭传力路径优化设计

以新一代大推力捆绑火箭捆绑装置设计为研究背景,开展助推器传力路径优化设计研究。在方案初步优选的基础上,基于i SIGHT建立大推力捆绑火箭传力路径优化平台,针对现有优化方法的不足,选用多岛遗传(Multi-Island Genetic Algorithm,MIGA)+二次规划(Sequential Quadratic Programming,SQP)组合优化算法进行传力路径优化设计,从而大幅优化了捆绑联接结构载荷。该方法可为大推力捆绑运载火箭方案设计提供参考和依据。     

某姿控发动机组安装板结构拓扑优化设计

由于某航天飞行器姿控动力系统工作环境复杂,姿控阻力大,对其结构有较高的刚度和强度要求,这与航天器要求小的结构重量系数存在一定的矛盾。通过有限元中的拓扑优化方法计算分析,找出结构中力的传递路径,对原始模型进行了等质量、等刚度和综合考虑质量和刚度的改进。通过对比分析优化前后的刚度、强度和模态计算结果表明:拓扑优化结果对模型改进具有指导作用,等质量改进时,刚度提高21.4%;等刚度改进时,质量减少15.3%;综合考虑质量和刚度改进时,强度提高25%以上,刚度提高15%以上,质量减少10%以上。     

航空弹药弹体结构强度分析及优化设计

为降低航空弹药质量,提升产品综合性能,对弹体结构进行优化设计.基于静力等效韧度原则,分析结构传力路径,应用形状优化及自由形状优化方法,改变承力位置局部结构,用铝合金材料替换高强度钢实现结构轻量化.提出适用于一般工程应用的减质量优化设计,在高应力区增加材料尺寸进行应力补偿,低应力区进行尺寸缩减,在局部结构突变位置增加倒角等措施以降低应力集中,材料替换后保证弹体结构可靠性.经优化,弹翼安装结构质量由6.6 kg降至2.6 kg,降幅为60％,效果显著.     

某迫击炮座钣拓扑优化设计

新的战场需求对迫击炮轻量化设计提出了要求,根据迫击炮座钣的受力情况,基于Hypermesh-OptiStruct软件平台建立有限元模型,通过对迫击炮座钣的拓扑优化完成改进设计,并利用AWE有限元软件对优化后模型进行刚强度分析,通过分析证明优化方案的合理性;拓扑优化后,座钣质量减少15.6％;该方法对迫击炮改进设计具有一定的参考价值。     

车载多管火箭炮发射系统基座的轻量化

针对多管火箭炮发射系统基座的轻量化问题,基于拓扑优化理论及基座的设计要求,建立了基座优化的有限元模型.通过引入惩罚因子和最小成员尺寸避免了优化时数值不稳定的问题,得到了基座的拓扑优化设计结构.进行了刚强度校核和动力学响应分析.结果表明,刚强度满足设计要求,优化后的比刚度裕度得到了提高,质量减小了23%;经分析,优化后的基座对整炮性能响应的影响基本可以忽略.该优化设计方法可为多管火箭炮其他部件的轻量化设计提供参考.     

火炮炮闩抽筒子结构优化设计

抽筒子的强度直接决定炮闩的可靠性,进而影响着舰炮的战斗力。针对抽筒子在工作过程中出现的屈服问题,以HyperWorks软件为平台,分别进行抽筒子拓扑优化和形状优化设计,为验证优化结果的正确性,运用ABAQUS软件,对炮闩的抽壳过程进行柔体动力学仿真,并分析比较优化前后炮闩的动能和内能、平均抽壳速度以及抽筒子的强度和刚度等参数的变化。计算结果表明,优化后抽筒子质量下降20.9%,工作时所受的最大应力下降13%,低于材料的屈服极限;优化后炮闩内能峰值降低3.44%,内能曲线向后推迟了0.16 ms,动能变化趋势与原始结构一致,但波动较大,平均抽壳速度减少0.442 m/s.     

多工况载荷下动力舱支架结构拓扑优化设计

为了将拓扑优化方法引入某动力舱支架结构的优化设计,采用基于变密度方法的结构拓扑优化技术,以最小化结构静力和频率特性合成柔度指数为目标函数,以保留体积比为约束条件,进行了支架结构的拓扑优化设计,并对优化前、后支架结构的刚强度及模态振型进行了对比与分析,结果表明优化以后动力舱支架的静、动态特性均得到了较大幅度的改善,最大应力由954MPa降低为207MPa,1阶固有频率由48.5 Hz提高到141 Hz,说明采用拓扑优化技术进行动力舱支架结构的优化设计是一种行之有效的方法。     

某火箭炮底架优化设计

为了得到结构更合理且质量更小的某型火箭炮底架,以行军和发射状态的底架作为典型工况,利用结构优化方法对底架进行拓扑优化和尺寸优化.通过拓扑优化得到底架结构的最佳材料分布,并以此为参考设计出梁结构形式的底架;通过尺寸优化得到了底架各个梁合理的梁壁厚度.验证结果表明:优化后的底架性能不仅满足刚强度要求,而且质量比原底架减轻了约9%.     

火炮后坐阻力的区间不确定性优化研究

为减小火炮炮架受力,获得更优后坐阻力规律,进行了后坐流液孔尺寸的区间不确定性优化研究。结合公差带定义了三参数区间,构建了基于三参数区间的不确定性优化模型及算法; 以流液孔的几何尺寸为不确定性变量,利用上述方法对节制杆形状尺寸进行了区间优化设计; 优化求解了不同公差等级的节制杆外径。研究结果表明:优化后的后坐阻力峰值区间更小,后坐阻力曲线更加平缓,充满度更好。实现了节制杆外径尺寸设计与公差设计的同步优化,得到了兼顾工艺性和后坐阻力的节制杆外径设计方案。