复合材料身管热-结构耦合分析与优化

以纤维增强复合材料身管为研究对象,采用有限元方法,建立复合材料身管热-结构耦合分析模型并进行了求解;基于有限元分析模型和优化方法,建立了以复合材料身管质量最轻为优化目标、复合材料身管结构刚强度为约束的优化模型,对各层材料厚度和复合材料缠绕角进行了优化设计,优化方法采用多岛遗传算法和序列二次规划相结合的综合优化策略.优化算例表明,在满足身管强度和刚度要求的条件下,优化得到的复合材料身管设计方案,质量指标得到了很好的改善.     

多管火箭炮定向管的多目标优化及多属性决策研究

针对某多管火箭炮(MRLS)复合材料定向管的结构设计指标,根据有限元分析方法和优化设计方法,以复合材料定向管的复合铺层厚度、铺层角度及定向管中定位部的位置为优化设计变量,定义定向管固有频率和定向管质量为优化目标,结合有限元数值计算结果,采用改进非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),建立了复合材料定向管的多目标优化模型。通过优化求解,得到帕雷托(Pareto)最优解,并由这些Pareto最优解构成决策矩阵,利用客观赋权的信息熵法计算各属性的权值,并运用逼近理想解的排序方法(TOPSIS)进行了多属性决策研究(MADM),对Pareto最优解作了排序。引入比刚度结构效能对比分析优化前后的定向管性能,表明对定向管的优化设计是有效的。     

金属内衬对复合材料身管热性能影响分析

采用金属内衬外部缠绕纤维增强复合材料,可以减轻纯金属身管质量,提高身管刚度。为了详细分析复合材料身管金属内衬对身管热性能影响,运用有限差分法建立了武器发射时复合材料身管瞬态数值传热模型,并结合多个设计方案编制通用程序对金属内衬影响复合材料身管热性能进行数值定量分析。结果表明金属内衬厚度对于复合材料身管的传热性能有很大的影响,内衬层越厚对提高复合材料身管热性能越有利,但影响减重,因此在复合材料身管的综合优化设计中必须有重点综合考虑。     

复合材料身管的热残余应力

根据圆筒的弹性力学理论,建立了带金属内衬的纤维增强复合材料身管的热残余应力模型,考虑了复合材料加工固化过程中的温度和缠绕角度等参数的变化.基于该模型编制了计算复合材料身管的热残余应力的程序.以T300/环氧树脂复合材料为例,计算了复合材料身管径向、周向和轴向的热残余应力,得到复合材料身管中的热残余应力随缠绕角的变化规律.结果表明复合材料身管中由固化温度变化引起的周向和轴向的热残余应力比径向的大,缠绕角在45°左右时各个方向热残余应力值最大.     

复合材料身管非线性热弹性有限元分析

针对复合材料身管的热弹性问题,采用非线性有限元方法,建立了复合材料身管非线性热弹性有限元模型,通过对复合材料模拟身管进行非线性热弹性分析,得出了物性参数随温度变化对身管瞬态温度场分布、瞬态热应力和固有频率的影响规律,这些规律为复合材料身管动态热性能设计提供了理论依据。     

复合材料身管动态特性分析

复合材料身管是在高速、强冲击等极为恶劣的环境下工作的,其动态性能的好坏将直接影响到整个火炮系统的性能,因此,对复合材料身管的动态性能进行分析具有重要的意义．本文中基于复合材料力学、火炮发射动力学和有限元方法,建立了复合材料身管的分析模型,对纤维增强复合材料身管进行了模态和瞬态响应两方面的分析,作为比较,本文也建立了金属身管的分析模型．分析结果表明,复合材料身管较全金属身管,重量得到了减轻,经过合理的纤维缠绕设计,其动态性能也得到很好的改善．     

复合材料身管数值传热分析

文中运用有限差分法建立了武器发射时复合材料身管传热模型，并结合多个设计方案对复合材料身管的温度场进行了数值分析，对于复合材料身管的综合设计提供了重要的参考价值。     

复合材料身管的动态冲击响应分析

为探究复合材料身管在火药高压动态冲击下的动力学响应,采用有限元方法对纤维增强金属内衬复合结构的损伤过程进行分析,并引入Cohesive黏结单元表征界面黏结条件。在此基础上,进一步建立了考虑界面黏结特性的复合结构身管动态冲击有限元模型。利用VDLOAD子程序实现了对身管的动态加载,分析了缠绕预应力和脱黏对复合身管应力-应变传递规律的影响,并与实验数据进行了对比分析。结果表明:界面脱黏会破坏结构整体性,影响应力-应变传递规律,大幅降低身管的承载能力,一定的缠绕预应力可以增强复合身管结构的整体性,从而提高其承载能力,而过大的预应力会加快其整体发生损伤。     

基于三维等效弹性模量的轨道炮复合身管抗弯刚度分析

基于复合材料层合板理论,建立轨道炮身管纤维缠绕复合外壳的三维等效弹性模量的计算模型。采用组合梁的转动惯量法对纤维缠绕的轨道炮身管的轴向抗弯刚度进行分析,并与相应有限元法的计算结果做对比。对比显示,两种计算方法在缠绕角度较小时,计算结果一致性较好。还对缠绕角度的变化对身管抗弯刚度的影响进行分析,结果表明,随着缠绕角度的增大,身管抗弯刚度呈先小幅下降后逐渐增大的趋势,并且碳纤维层缠绕角度的变化对轨道炮身管抗弯刚度的影响比玻璃纤维层的要大。     

复合材料身管三维有限元分析与结构优化

复合材料在火炮身管的应用有利于减轻身管质量,提高身管刚度.基于三维各向异性单元和三维层合单元分别建立了复合材料身管有限元分析模型,进行了强度分析和模态分析.结合复合形优化算法,对复合材料身管进行了结构优化,优化结果表明,复合材料身管在满足强度和减重要求的条件下,刚度得到了很大的提高.     

多层平板屏蔽体的多目标优化设计

多层屏蔽体的设计是根据屏蔽效能等的要求来确定各屏蔽层的材料以及厚度,由于多层电磁屏蔽的屏蔽效能是入射波的角度、材料的电导率、磁导率、介电常数以及各层的厚度等的强非线性函数,因此,采用数值方法对多层屏蔽体进行设计是非常困难的。为了解决实际应用中的多层屏蔽体设计问题,提出了多目标优化设计模型,在该模型中,将屏蔽体的总质量,总价格以及总厚度作为优化目标,将多个频率的屏蔽效能作为约束条件。利用遗传算法对屏蔽体进行多目标优化设计,最后对一个三层平板屏蔽体进行了实际设计,结果表明该方法切实有效。     

基于优化分析的计数抽样捡验方法

将抽样方案与质量标准结合起来,运用优化理论和Pareto非劣解排序思想,建立了以生产方风险和使用方风险为目标函数的计数抽样检验优化模型,不但充分反映了生产方风险和使用方风险之间的制约关系,而且还可避免求解繁琐的非线性超越方程组。最后通过实例分析验证了该模型的正确性、可用性。     

低雷诺数翼型的优化设计

发展了Hicks-Henne设计的翼型扰动函数,并对翼型优化过程中的多参数多目标优化函数进行了探讨。采用遗传算法作为优化算法,在低雷诺数条件下,将SA7035翼型作为优化算例。结果显示：在攻角2°～8°的范围内,翼型的效率因子能够在俯仰力矩系数变化较小的情况下获得很大提高,达到了多目标优化的目的;同时翼型的最大升阻比和最大效率因子均有较大提高,分别为14.5%和15.2%,且最大效率因子对应的攻角略有提前。提出的翼型优化设计思路可为低雷诺数翼型的设计提供参考。     

舰炮身管的抗振性能优化研究

以舰炮连续射击时的射击精度为背景,针对舰炮身管抗振性能优化问题进行了研究。基于舰炮身管的实际模型,建立了3段梁结构简化模型,进而建立并推导了舰炮身管刚度优化数学模型。通过灵敏度分析方法,得到了舰炮身管刚度与质量的灵敏度分析图谱,从而确定了优化参数。利用ANSYS软件平台完成了舰炮身管抗振性能的多目标优化,得到了舰炮身管优化的最优解。将优化后舰炮身管模型与实际舰炮身管模型进行对比,对比结果表明:改变舰炮身管的有效设计变量,可使其动态性能得到改善;舰炮身管经过抗振性能优化后,1阶固有频率提高17. 99%,质量降低6. 12%,达到了优化目的。     

陶瓷内衬多层复合身管结构多目标优化设计

应用轴对称弹性理论建立了陶瓷内衬多层复合身管的数学模型,编写了其应力计算程序.建立了复合管多目标优化模型,将该程序集成到多学科设计优化软件iSIGHT中,应用多目标遗传算法进行优化计算,获得了问题的Pareto最优解集.对选择的优化结果用有限元分析软件MSC.Marc进行了模拟与校核.该文提出的分析方法能够切实有效地解决复杂结构的多参数优化问题.     

迫击炮弹丸与身管配合间隙优化设计

针对迫击炮弹丸出炮口时的尾翼颈部折断问题,考虑弹丸前定心部与膛壁的摩擦,建立了迫击炮弹丸与身管耦合系统的有限元模型,对弹丸膛内运动过程进行了仿真计算,得到弹丸起始扰动,以出炮口时刻弹丸起始扰动的位移、角位移和角速度构建优化目标函数,以弹丸与身管配合间隙为设计变量,基于Isight软件提供的多目标优化方法对弹丸起始扰动进行优化设计,得出了相对最优配合间隙值。结果表明,迫击炮弹丸与身管配合间隙对弹丸起始扰动影响显著,优化后出炮口时刻弹丸质心位移、角位移和角速度均明显减小,该结果对迫击炮弹丸与身管的匹配设计具有一定参考价值。