线膛身管建模方案及弹炮耦合问题研究

为解决线膛身管有限元建模依赖专业软件Hypermesh 的问题,提出基于ABAQUS 和Matlab 软件的联合 建模方案,研究具有初始挠度线膛身管有限元建模流程。基于Von Misses 屈服准则和Johnson-cook 强化模型,建立 考虑弹带弹塑性和身管初始挠度的弹炮耦合模型,分析弹丸在膛内的运动规律。结果表明：考虑身管自重弯曲后, 弹炮耦合作用加剧,身管弯曲对弹丸横向和纵向运动均有明显影响。     

高压高速工况下弹炮间摩擦系数表征及数值模拟

为了准确表征弹炮耦合过程中身管弹丸摩擦副的摩擦系数,采用动压润滑理论,综合考虑身管弹丸摩擦副高压、高速的极端工况,建立了动压润滑摩擦模型,推导出了相应的摩擦系数计算公式。通过有限元方法模拟了弹炮耦合过程中身管弹丸摩擦副摩擦系数的转变过程。结果表明:摩擦系数与接触压力和相对运动速度成反比,当接触压力和相对运动速度乘积达到20 000 MPa·m/s以后,摩擦系数基本趋于稳定值0.02。与恒定摩擦系数下弹丸的运动姿态进行了对比,得到了更为平稳的弹丸运动姿态,为弹炮一体化设计分析提供了一种技术途径。     

弹炮耦合问题的理论模型

用基于Kane方程Huston方法建立了较为完善的研究弹丸与炮管耦合问题的动力学模型.模型中将炮管处理为运动支撑上的悬臂梁,取其前N阶正则模态计算炮管各断面中心的变形和转角.弹丸处理为刚体,弹带中心沿炮管轴线平移和绕炮管轴线转动.弹丸可有偏心,其转动和平动的关系由膛线缠角确定.弹底和膛内除作用有火药气体压力外,弹丸和炮管间还作用有摩擦力和摩擦力矩.利用该模型,可以更精确地分析弹丸发射过程.     

某型舰炮弹炮耦合对炮口振动影响的研究

针对炮口振动会影响舰炮系统发射状态的问题,运用ANSYS软件建立了某型舰炮的后坐部分动力学模型和弹炮耦合动力学模型。基于此模型,采用有限元分析法进行分析,得出:炮口处的振幅从开始逐渐增大,在弹丸出膛瞬间到达最大值,然后逐渐减小,直至减到最小值。分析结果表明:该方法能够较真实得模拟舰炮弹炮耦合过程,得到弹炮耦合对炮口振动的影响结果。     

基于接触模型的弹炮耦合问题研究

建立了基于接触理论的弹丸与身管耦合的动力学模型。模型中将身管离散为有限个刚性段,每两段质心间用一个无质量的梁连接,根据Timoshenko梁理论确定质心闾的力和力矩,考虑弹丸弹带、前定心部与膛壁的碰摩,膛线对弹带的扭转作用,对弹丸在膛内的运动过程进行了仿真计算,结果表明该动力学模型较真实地反映了弹丸膛内运动的规律,利用该模型可进一步研究弹丸与全炮发射过程的耦合问题。     

基于ADAMS软件的弹炮耦合问题研究

用ADAMS软件建立了弹炮耦合动力学模型，在此模型基础上，研究了发射时计及弹丸作用的炮管后坐和炮管对支撑的作用。计算结果表明，与不计弹丸作用时的炮管后坐及对支撑的作用有显著差异。     

运动激励下身管动力学特性研究

身管振动是影响火炮射击精度的重要因素,针对弹丸膛内高速运动冲击下的身管振动问题,建立了移动弹丸作用下身管的横向振动模型,导出了无质偏弹丸激励下的动力学方程,并采用分离变量法求解了身管振动的动力学响应;对不同弹速激励下的身管振动响应进行了数值仿真,讨论了弹丸运动速度与炮口振动幅度的变化规律;研究结果表明:欲抑制火炮发射时的炮口振动,弹丸膛内的运动速度应尽量取得大些;建立的模型与采用的分析方法,亦可用于电磁轨道炮的动力学研究。     

鱼雷空间运动方程的矢量化及稳定性分析

运用Fossen方法将鱼雷空间运动方程进行了矢量化，得到了高度简练的基于鱼雷体坐标系和惯性坐标系下的运动方程的矢量化，并给出了矢量参数矩阵的性质。在此基础上分析了鱼雷在开环和闭环控制条件下的稳定性，说明了鱼雷运动方程矢量化的实用性。     

基于有限元弹炮耦合的某牵引火炮炮口扰动灵敏度分析

针对影响火炮炮口扰动因素的问题,建立了某牵引火炮刚柔耦合参数化有限元模型,考虑了有限元弹炮耦合接触/碰撞、膛内时期膛线对弹丸的扭转、衬瓦与身管间隙、摇架板厚参数、火线高、耳轴及方向机刚度与阻尼、高平机刚度及阻尼、后大架尺寸参数等因素的影响。以炮口线速度和角速度表征炮口扰动,构建目标函数,通过灵敏度分析获得各因素对炮口扰动的影响程度。该结果为炮口扰动优化设计提供一定依据,对探寻各参数与炮口扰动关联性具有借鉴意义。     

基于弹塑性接触／碰撞模型的弹炮耦合问题研究

采用等参六面体缩减积分单元,分别建立了火炮有膛线身管和无膛线身管与弹丸的接触/碰撞有限元模型,弹丸的弹带采用双线性弹塑性材料模型,考虑了弹丸弹带、前定心部与膛壁的碰撞及膛线对弹丸的扭转作用,对弹丸在膛内的运动过程进行了仿真计算.对比2种模型的计算结果表明,膛线与弹带的接触/碰撞对弹丸在膛内运动时期及后效期的飞行姿态影响较大,建立膛线和弹带的精确有限元模型是必要的.     

材料热物特性对热身管中弹丸运动状况的影响研究

为了进一步了解热枪散布异常机理,在基于身管温度场研究的基础上,建立了考虑材料热物特性的热枪弹丸膛内运动分析有限元模型。以热分析的身管温度场数据作为边界条件,通过显式动力学分析,获得了材料热物特性影响下的弹丸膛内运动状态。对比实验数据,验证了该弹/枪耦合模型的正确性。研究表明:随着身管温度升高,身管热膨胀特性在膛口位置增加了弹丸质心位移及膛内摆角,但减小了弹丸质心侧向速度;身管热弹性在膛口位置增加了弹丸摆角,降低了弹丸质心速度;被甲热塑性增加了膛口弹丸质心侧向位移、膛内综合摆角,降低了弹丸质心侧向速度。研究结果将为进一步研究热散机理,提高射击精度提供一定的帮助。     

弹丸在膛内运动的研究

本文建立了弹丸前定心部紧贴膛壁运动的动力学模型。模型包括：弹丸自转、质量偏心、动不平衡、弹炮间隙、膛壁对弹丸定心部和弹带的作用、气体压力、身管的变形和振动。求得了对称弹丸在理想身管中的运动微分方程的解析解，并对某些弹炮系统进行了计算，得出了一些有用的结论。     

轴向运动简支梁振动响应分析

轴向运动系统广泛存在于诸如火炮发射系统、动力传送带、带锯、空中缆车索道等工程领域,理论上可将其抽象为轴向运动弦线和梁的力学模型,具有重要理论意义和工程应用价值。基于Euler-Bernoulli梁理论,建立了移动质量作用下轴向运动简支梁振动方程,利用Galerkin法对方程进行离散,采用Newmark-β法对方程进行数值求解。计算了移动质量对轴向运动梁动态响应的影响,结果表明：相比轴向运动梁的自由振动,移动质量的作用使轴向运动梁更多的模态被激起;移动质量速度越小,频域成分越丰富;在移动质量作用前半阶段,梁的振动频率较低,在后半阶段振动频率较高。     

有偏距调谐陀螺的运动方程及漂移

考虑了驱动轴，内外扭杆，平衡环和转子的相对位置在距离上所有可能的信工，建立起当过同体具有加速度和角速度时陀螺的运动方程得到偏距造成的干扰力矩表达式，全面讨论了各种壳体加速度和角速度情况的标移。     

导弹运动方程的逆解析解

针对采用反馈线性化理论设计导弹控制系统时 ,控制器算法对导弹运动逆模型的要求[1] ,推导了导弹运动方程和几何关系方程的精确逆解析解 ,其中质心运动的动力学方程 ,其逆解的推导过程具有技巧性 ,为一类飞行控制系统运用全局线性化设计奠定了基础     

基于温度修正的弹丸挤进身管过程摩擦模型

弹丸挤进身管过程中,弹带与身管之间的摩擦特性不仅对内弹道特性产生影响,而且影响对身管寿命的预测。在弹丸挤进过程中,弹带与身管之间的摩擦具有高速高接触压力特性。基于弹丸挤进过程中的弹带变形机理,提出一种新的描述弹带与身管之间摩擦特性的摩擦模型,该模型考虑了接触压力、滑移速度以及连发射击时温度升高导致弹带表层熔化的影响;建立热力耦合的弹炮匹配有限元模型,分析弹丸挤进过程弹带应力及温度变化,并与文献[24-25]提出的摩擦模型进行对比验证,研究弹丸挤进过程中的弹丸速度和弹带表层温度变化规律。结果表明:新的摩擦模型能够准确描述弹丸挤进过程中弹带与身管之间的摩擦特性。     

鱼雷的水下运动分析

对于鱼雷在水下搜索段的运动过程,建立了统一的六自由度运动模型,同时对流体惯性力力矩进行了合理的引入,减小附加质量的处理难度,对方程进行了矩阵化处理后,加入了控制方程,最终得到了比较合理而简洁水下的运动模型。     

全弹颤振运动方程

本文推导了全弹颤振运动方程。它适用于具有竖直对称平面的弹体;弹身上可以有任意组升力面;每组升力面可以是“-”形、“+”形、倒“T”形、倒“Y”形、“V”形、倒“V”形和“X”形(包括上、下反角均为45°的“X”形,上、下反角不等的“X”形和上、下翼面不同的“X”形)等形状,每片升力面有任意个弹性变形自由度。扼要讨论了气动压力计算问题。     

弹丸与身管耦合振动问题的迭代解法

为实现弹丸与身管耦合振动模型的快速准确数值计算,提出了弹丸与身管耦合振动问题的迭代求解方法。在分析弹丸与身管耦合振动动力学特性基础上,通过将弹丸在身管内运动时间离散化,实现了耦合振动连续过程离散化。基于微分方程理论,利用迭代计算方法对弹丸在身管内运动时对身管上各个点引起的耦合振动进行求解,进而求解出弹丸连续移动时对身管引起的耦合振动。在考虑弹丸惯性效应和梁的曲率变化条件下,构建了迭代解法的程式化流程,使得该方法更加易于实现数值计算。利用该方法对弹丸与身管耦合振动模型进行数值求解,结果表明该解法能快速有效地实现对弹丸与身管耦合振动问题的求解。