基于火药燃气压力空间变化的火炮发射动力学研究

针对身管振动对弹丸内弹道时期运动形态的激励作用,建立以振动理论为基础的弹丸与身管相互耦合问题的有限元动力学模型。通过用户自定义子程序实现了模块装药下弹丸膛内运动与火药燃烧规律相互关联的动力学过程,并实现了火药燃气压力作用于身管内壁并随弹丸运动而变化的荷载条件,解决了以往燃气压力径向效应加载不准甚至无法加载的问题,得到了在相同射击条件下试验测试数据和仿真计算结果的对比曲线,以及不同数值模拟环境下身管动力学时程曲线。结果表明该非线性动力学模型更能反映火炮实际发射环境,可以较真实地再现身管结构动力学响应过程,为火炮设计以及故障分析提供了更接近实际的参考数据。     

基于异常压力场的火炮身管断裂失效再现数值模拟

针对某坦克炮实弹射击出现身管断裂失效的情况,采用问题再现、原因分析、计算分析和效果验证等研究方法,利用LS-DYNA程序流固耦合算法,以等量TNT爆轰产生的高压气体流场近似代替实际火药气体作用,采用基于显式积分的拉格朗日-欧拉耦合算法解决流体与固体的耦合,建立了高压气体与身管之间相互作用的数值模拟,解决了流体形变引起的计算困难问题。引入Johnson-Cook塑性模型以及断裂失效模型描述身管材料动力学响应,在预置初始裂纹的情况下对身管在异常内压下的动力学响应进行了数值计算及分析。数值模拟结果较好地描述了身管材料在异常压力作用下的断裂失效机理,再现了身管发生撕裂损伤破坏的过程,为火炮使用安全性以及故障分析提供了参考。     

反后坐装置布局对炮口振动的影响研究

炮口振动是影响火炮射击精度的关键因素之一,它与反后坐装置布局及载荷传递密切相关。利用Flex-Flex接触碰撞模型模拟前后衬瓦与身管的相互作用,通过含微小间隙的改进接触算法和计及运动间隙的修正的Coulomb摩擦力方程表征揺架衬瓦和身管的接触碰撞关系,建立了全炮刚柔耦合发射动力学模型,在验证模型的基础上对提出的反后坐装置布局方案进行数值仿真和评估分析。研究结果表明,反后坐装置对称布局方案可有效降低炮口振动和衬瓦接触力,有利于提高射击精度和衬瓦磨损寿命,对该类火炮总体设计具有重要意义。     

某坦克行进间射击炮口振动优化与分析

炮口振动是影响坦克行进间射击精度的关键因素,为了减小弹丸出炮口时的炮口振动,基于多体动力学的刚柔耦合及接触碰撞算法,建立了考虑多个结构非线性因素的坦克行进间刚柔耦合多体系统动力学模型。结合优化设计理论和方法,建立了坦克行进间射击炮口振动优化模型。通过径向基函数法与增广拉格朗日乘子法的结合,对坦克行进间射击炮口振动进行多目标优化设计。优化结果表明,弹丸出炮口时的炮口振动明显降低,优化方法是可行的,对于提高坦克行进间射击精度有一定的参考价值。通过改变车速以及路面等级对优化结果进行假设分析,说明了行进间射击优化的必要性。     

基于自适应神经网络的火炮身管结构优化研究

针对火炮多学科优化设计存在计算量大、收敛慢和易陷入局部最优的问题,提出一种基于自适应径向基函数（RBF）神经网络的结构优化方法。编程计算火炮高低温压力曲线,并对ABAQUS有限元软件二次开发将其加载进有限元模型以获取身管的优化目标值,构建其与设计变量间自适应RBF神经网络模型。引入罚函数法处理约束条件,采用遗传算法在模型中求解寻优。每次优化迭代时利用建立的局部和全局分析模型分别选取更新点,增加样本点来更新神经网络,以提高神经网络的局部和全局预测能力。采用典型函数算例和某火炮身管结构多目标优化,实例验证了所提出优化策略的有效性。研究结果表明：身管优化后质量减小了6.63%,结构刚度提高了5.60%,最大等效应力减小了6.34%;与仅使用遗传算法相比,该方法所需的有限元模型调用次数降低了86.5%,运行时间减少了83.3%,为火炮结构设计和优化提供了参考。     

某火炮反后坐装置布局方案数值模拟分析

反后坐装置布局对火炮的总体性能有重要影响,为了定量分析不同反后坐装置布局方案,建立了某火炮反后坐装置典型布局方案的有限元模型,对火炮主要架体进行了结构刚强度数值计算和对比分析。研究表明制退机和复进机空间对称布局方案有利于提高火炮刚强度,进一步的非线性有限元动力学数值计算及分析表明,这种布局方案也有利于减小对炮口振动的影响。     

强冲击载荷下永磁式电涡流阻尼器阻力特性及优化研究

为研究并减弱永磁式圆筒型电涡流阻尼器在强冲击载荷下去磁效应对火炮后坐阻力的影响,根据其工作原理,对永磁体励磁等效处理,得到不同磁体数目下后坐阻力。建立电涡流阻尼器动力学模型,分析了去磁效应的存在,研究了不同磁靴厚度、内筒厚度、外筒厚度对阻力特性的影响。对内筒分段处理,建立强冲击载荷下后坐阻力优化模型。通过最优拉丁方进行试验设计,利用径向基神经网络与带精英策略的非支配排序遗传算法对后坐阻力规律进行多目标优化研究。研究结果表明：优化后后坐阻力曲线平台效应增强,优化方法、对象有效;涡流阻尼力由强变弱、复进机力占主导时的后坐阻力峰值分别降低了12.6%、2.3%,有效减弱了电涡流阻尼器后坐过程去磁效应的影响。     

基于随动边界的火炮身管热力联合效应数值分析

为探索高温高压火药燃气瞬态冲击效应对身管刚度和强度响应的影响,采用有限元方法建立了某大口径火炮身管三维数值模型,并定义了热力载荷边界随弹丸运动而变化的动态过程。通过数值计算得到了首发弹射击条件下身管温度分布演变过程,进一步分析了热冲击载荷、压力载荷以及热力联合效应对身管动态应力响应的影响。计算结果表明：轴向不同位置热冲击载荷的差异性引起轴向非均匀温度分布,使得出现较大的轴向温度梯度,带来显著的轴向温差应力;在温度响应剧烈区域,周向表现为压应力的温差应力与周向表现为拉应力的载荷应力相互叠加,使得内壁质点周向应力分量表现为拉应力与压应力的交替作用,与压力激励作用结果相比,内壁高应力区应力幅值得到一定减弱并随温度响应呈现先下降、后上升的趋势。