基于虚拟样机技术和灵敏度分析的地面火炮射击稳定性优化研究

传统的火炮设计和分析均基于“平面、对称和静平衡”三个基本假设，实际上是一种静态的分析方法，尽管在工程实践中引入了多种经验符合系数，但是火炮分析结果和试验的一致程度不能令人满意。这是因为火炮的射击过程是一个动力学过程，需要采用动力学分析方法。虚拟样机技术的出现为火炮射击稳定性研究提供了新的方法，文中在建立火炮动力学模型的基础上，通过选取火炮结构参数对火炮射击稳定性进行研究，利用虚拟样机分析高低机刚度和阻尼、大架刚度和阻尼、土壤介质刚度和阻尼、后坐质量偏心和耳轴位置偏心对火炮射击稳定性的影响。通过引入改进的相对灵敏度分析公式，解决具有不同量纲的影响因素的比较问题，进而确定影响火炮射击稳定性的重要结构参数。针对目前优化技术存在的局限性，以火炮射击稳定性为目标，采用优化子空间的逐层优化方法对火炮射击稳定性进行研究，找到一组使火炮稳定性最优的结构参数，证明虚拟样机技术对火炮系统动态特性仿真的可行性和优越性。最后，展望了虚拟样机技术在武器装备领域应用的前景。     

火炮振动与控制的发展现状及应用前景

火炮是一个多场耦合复杂系统,其发射过程具有高瞬态和强冲击特征,火炮振动是影响射击精度的重要因素之一,是火炮领域的重要研究内容。近年来提出了火炮多体系统动力学、非线性动态有限元、多目标多学科优化及不确定性等火炮现代设计理论与方法,对炮身、架体、底盘等重要部件及各部件间连接关系组成的火炮系统进行建模、仿真及优化,从而达到减小炮口振动、提高射击稳定性和射击安全性的目的。笔者从火炮振动与系统优化、弹炮耦合、火炮不确定性分析与优化等方面对近年来取得的成果进行了总结和分类讨论,并提出了火炮振动领域存在的问题及火炮振动与控制的应用前景。     

基于均匀设计与RBF网络的火炮优化目标函数构建方法研究

为解决虚拟样机优化运算量大、耗费时间较长等问题,达到脱离虚拟样机仿真环境、提高参数优化效率的目的,以炮口扰动最小化为优化目标,选取待优化结构参数,利用均匀试验设计方法和虚拟样机仿真结果建立输入输出样本库,用基于K-means聚类算法的广义RBF网络求解得到待优化结构参数与炮口扰动指标的非线性映射关系,并对相应指标进行加权处理,最终确定了炮口扰动优化目标函数,为有效利用优化算法对火炮结构参数进行优化提供了依据。     

火炮冲击缓冲装置动态特性影响仿真分析与改进方法

冲击缓冲装置是火炮系统的核心部件,其性能的优劣对于整个火炮系统具有至关重要的作用。通过构建反映火炮冲击缓冲装置工作状况的虚拟样机,引入相对灵敏度分析方法研究设计参数对冲击缓冲装置动态特性指标的影响显著程度,解决了不同量纲设计参数的影响比较难题。基于指标无标度方法建立火炮冲击缓冲装置动态特性评估模型,给出指标薄弱度的定义和相关概念,提出冲击缓冲装置动态特性薄弱环节的确定方法,仿真算例及改进结果说明了该方法的有效性和虚拟样机技术的优越性。展望虚拟样机在武器装备工程研究领域应用的前景。     

基于弹炮刚柔耦合接触/碰撞的炮口振动研究

为了研究弹丸和身管膛线接触/碰撞对炮口扰动的影响,建立了身管膛线的三维实体模型,并在ADAMS中建立了基于接触/碰撞的弹炮刚柔耦合数值仿真模型,对该模型进行了数值仿真求解,仿真结果反映了炮口的振动特性;根据数值仿真结果分析了弹炮接触/碰撞对炮口振动的影响。仿真结果表明弹炮接触/碰撞对炮口振动的竖直方向的速度和位移、横向的速度和位移均有一定影响,从而影响火炮射击精度。     

三腿式大架超轻型155mm火炮射击稳定性分析

为研究某三腿式大架超轻型155m m火炮的射击稳定性,在反后坐装置反面问题模型基础上建立了火炮射击虚拟样机并进行了仿真,研究标明:前后驻锄的跳起均要加以考虑;火炮重心位置对射击稳定性有较大影响;通过采用长后坐和将后坐部分后移射击能够满足周向射击稳定性。     

某轻型155mm火炮射击稳定性仿真

轻型155mm火炮威力大、重量轻,射击稳定性是其核心问题。建立了某轻型155mm火炮的虚拟样机模型,分析了火线高、后坐长度、驻锄作用面积、土壤刚度等因素对射击稳定性的影响。研究表明:火线高和后坐长度对射击稳定性影响极大,通过两者合理取值可以保证该型火炮的射击稳定性。     

基于虚拟样机技术的火炮故障仿真及应用研究

通过分析火炮后坐过程,提出了表征火炮工作性能的三个指标。将虚拟样机技术引入武器装备故障仿真研究领域。结合Fortran语言编程,基于ADAMS建立了火炮虚拟样机。在建立典型故障模型的基础上,利用虚拟样机对各故障模式下的火炮性能进行了仿真。通过引入半相对灵敏度分析方法,得出节制环磨损是影响火炮性能重要因素的结论。最后,根据火炮极限射击条件,仿真获得了火炮安全工作时节制环磨损阈值,为火炮预防性维修提供了科学参考依据。     

某车载155 mm火炮射击稳定性仿真

车载大口径火炮的射击稳定性是其核心问题.借助ADAMS软件建立了某车载155mm火炮的虚拟样机模型,研究了射击过程中的动力学特性,尤其是车体的稳定性.研究表明,该火炮在最小射角射击时,前车轮跳起幅度很小,满足射击稳定性要求.     

基于ADAMS的装备动态射击性能虚拟评估研究

对虚拟样机技术的优点和建立样机必要性进行了说明,对ADAMS的特点进行了讨论。首次将ADAMS的应用引入武器装备研究领域,对特殊装备——火炮的拓扑结构和受力分析的基础上,利用ADAMS结合Fortran语言编程建立了装备虚拟样机,算例仿真结果证明了武器装备模型及其虚拟样机建立的正确性。最后提出了火炮动态性能虚拟评估方案,并展望了虚拟样机技术在武器装备领域的应用前景。     

基于虚拟样机的机械结构参数优化

针对虚拟样机结构参数优化设计问题,提出了一种利用虚拟样机结合神经网络、遗传算法对结构参数进行优化的方法。该方法不仅建立了较为完备的优化方案体系,为机械的进一步开发和设计提供了有利的工具,同时也为工程设计人员提供了一种优化思路。     

基于虚拟样机多体振动系统的可视化设计研究

基于动力学虚拟样机技术,结合多体动力学分析理论,研究了多体振动系统的可视化设计方法。以ADAMS为平台,结合Pro/E中的三维可视化模型,建立了多体振动系统虚拟样机,以及利用软件ANSYS和虚拟样机相结合建立了柔性体。在虚拟样机环境下,运用装配过程可视化、动力学可视化、工作过程及运动学可视化方法对系统进行设计研究,证明了该方法的有效性。实践表明,利用虚拟样机对多体系统进行可视化设计可全面提高产品的设计质量,获得振动系统的重要性能参数。
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Analysis and simulation for a parallel drill point grinder

Based on the 3-PRS parallel mechanism, a new drill point grinder is presented in this paper. The relationship between the drill point geometry parameters and the grinding kinematic parameters are described for the most commonly used conical twist drill, and the grinding kinematic equation is also derived accordingly. The virtual prototype modeling and the kinematic simulation using MSC/ADAMS are then carried out for the proposed parallel drill point grinder. The related kinematic analysis, such as the displacement and velocity analysis of the drill point and grinding wheel, the rotation angle analysis of the ball joints with respect to the initial position, etc., is obtained. From the simulation results, we can see that the proposed structure is capable of implementing the function of drill point grinding. The virtual prototype simulation can help in the parametric design and the structural design for the new grinder.     

MOBILITY EVALUATION AND INNOVATION OF WHEELED SPACE ROVER

The mission and function requirements of lunar rover are analyzed, based on virtual prototype technology, the mobility evaluation theory and method for wheeled space rover are proposed, which provide a new way to study the innovative design of lunar rover. Based on the above theoretical system, an innovative lunar rover suspension system, which adopts a two-crank-slider mechanism, is proposed, and its dynamics model is created. Adopting virtual prototype technology, the ground adaptability, over-obstacle ability and driving placidity of the rover are evaluated in the virtual prototype software ADAMS. The analysis results show that the rover provides a high degree of mobility.     

基于AMESim和Simulink联合仿真的轧机压下系统分析

为实现轧机液压压下系统的电液一体化虚拟样机设计,提出基于Simulink与AMESim联合仿真技术的建模与仿真方案,根据轧机各辊之间的作用关系,建立了基于AMESim的轧机液压压下系统的质量弹簧模型和液压位置伺服系统模型,用MATLAB/Simulink建立了基于积分分离的PI反馈控制系统模型,最终构建了轧机压下系统联合仿真模型。在Simulink平台设计了干扰观测器抑制噪声方法,通过联合仿真分析,有效抑制了外部干扰噪声造成的不稳定性,提高了控制精度。联合仿真研究表明,干扰观测器能够抑制干扰噪声影响,该虚拟样机可应用于轧机压下系统分析。     

基于虚拟样机技术的仿人机器人电机选型

针对仿人机器人设计中电机选型的问题,提出基于虚拟样机技术的电机选型方法.在初选参考电机后,设计符合要求的机器人,使用Pro/E和ADAMS联合建立仿人机器人的虚拟样机模型,运用此虚拟样机进行机器人动力学仿真,以仿真参数为依据,进行电机系统的精确选型.最后通过比较关节负载特性曲线与电机的理想机械特性曲线,验证了电机选型的合理性.     

绞车型升沉补偿模拟试验台虚拟样机

为弥补物理样机参数修改和试验结果观察不便、运行成本高等不足,开展了绞车型升沉补偿模拟试验台虚拟样机的研究。在Simcenter 3D motion中完成多体动力学模块建模,用AMESim完成液压控制系统建模,在主仿真平台MATLAB/Simulink中完成主控制器的建模,最后基于联合仿真接口实现3个软件的联合仿真,搭建了试验台的虚拟样机。仿真与试验结果对比表明,所建立的试验台虚拟样机模型准确,能较真实反映原物理样机模型,为进一步优化绞车型升沉补偿系统的设计参数和控制策略、提高补偿精度提供了验证平台,同时该虚拟样机搭建方法也为其他复杂机电液系统的仿真提供有益参考。     

基于SolidWorks的振动冲击夯虚拟样机设计

介绍了虚拟样机技术的基本概念,使用三维设计软件SolidWorks完成了振动冲击夯的数字化建模和虚拟装配,介绍了干涉检查、运动仿真在冲击夯设计中的应用,为分析各设计参数对振动冲击夯工作性能的影响和优化设计提供了基础.