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.     

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。     

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.     

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。     

末制导炮弹膛内过载影响因素数值分析

针对弹炮耦合情况下末制导炮弹在膛内过载问题,通过分析过载影响因素,建立了末制导炮弹与火炮膛线身管相互耦合的动力学仿真模型;考虑了末制导炮弹的弹体与火炮身管发生相互接触/碰撞,以及膛线对末制导炮弹的扭转及摩擦的影响;对末制导炮弹在约束期的过载情况进行了数值仿真。研究表明导引部长度以及弹带与膛线径向强制量对末制导炮弹在膛内过载具有一定影响。     

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。     

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。     

考虑轴承接触/碰撞的某火炮动力学数值仿真

基于多体动力学理论,建立了考虑方向回转轴承内大规模接触/碰撞的某火炮发射动力学模型。利用Harris经验公式和Hertz公式计算滚珠与滚道、滚珠与滚珠之间的接触刚度。针对轴承结构和运动特点,对LMS.Virtual Lab Motion进行了二次开发,用宏定义方向回转轴承内的接触,考虑了摩擦力的影响。通过数值仿真,分析了大规模接触/碰撞对炮口振动影响,得到了滚珠与滚道的载荷分布;在该模型基础上,对滚珠与滚道间隙对炮口扰动的影响进行了初步探讨,为该火炮方向回转轴承的设计提供了参考。     

身管与衬瓦接触的动力学数值分析

基于多体系统动力学理论,利用多体系统动力学软件ADAMS建立了某型火炮发射时身管与衬瓦的多体动力学模型,在考虑身管与衬瓦间隙因素的情况下,对该火炮发射时身管与衬瓦接触的动力学问题进行了研究。建模时采用Hertzian模型模拟衬瓦和身管之间的接触碰撞,考虑了影响碰撞的刚度和阻尼因素。结合相关参数使用Fortran语言编程,建立了身管后坐运动的多刚体动力学模型。通过数值计算得到了火炮后坐时身管与衬瓦间的接触力,与经典方法获得的接触力进行了比较分析。     

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。     

某大口径火炮身管膛线结构优化设计

以某大口径火炮为研究对象,运用有限元仿真技术,通过Python语言对弹炮耦合有限元模型进行二次开发,建立弹炮耦合参数化有限元模型。在弹炮耦合参数化有限元模型的基础上,以膛线结构参数为设计变量,以炮口扰动和导转侧受力最小为优化目标构建目标函数,借助最优拉丁超立方试验设计建立样本空间,构造响应面多项式函数近似模型,利用NSGA-Ⅱ型遗传算法对膛线结构进行多目标优化,通过对比分析对优化结果进行验证。优化结果表明,优化后的膛线结构使导转侧受力和弹丸起始扰动分别减小了25.8%和28.8%.     

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。     

身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞响应分析

为了研究膛内运动过程中身管内膛与弹丸前定心部间的接触碰撞响应特性,以某口径火炮为原型,建立了身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞有限元弹塑性动力学模型,模拟实际接触碰撞过程; 为确保所获有限元模拟结果具有较高精度,分别从模型收敛性和罚因子设置两方面,对所建立的身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞模型进行验证; 基于已验证的有限元模型,对比分析不同初始接触碰撞速度及不同内膛磨损程度下相关接触碰撞物理量变化规律。结果表明:①接触碰撞过程能量损失与初始接触碰撞速度密切相关,初始接触碰撞速度越大,接触碰撞过程中的能量损失也越多; ②接触碰撞最大时刻,与弹丸前定心部发生接触碰撞的身管膛线条数接近身管总膛线条数的一半。     

电动舵机刚柔耦合动力学仿真研究

以电动舵机系统为研究对象,通过建立舵机系统刚柔耦合动力学仿真模型,重点研究了关键零部件柔性体变形及载荷对舵系统输出响应的影响关系。相比纯刚体模型,柔性体变形可提高系统的稳定性,零部件的柔性变形可导致响应曲线出现"削波"现象,而改变载荷对刚体模型响应输出影响较大。     

热力耦合数值模拟往复挤压AZ31成形过程

采用刚-粘塑性有限元法对AZ31镁合金往复挤压变形过程进行热力耦合(温度与位移相互作用)数值模拟,分析2道次往复挤压过程中等效应变速率场、等效应变场、等效应力场以及温度场的分布及变化情况。模拟结果表明:凹模细颈区与紧缩区的交接区域应变速率最大,呈弧线状分布;等体积往复挤压过程中,大变形区主要集中在细颈区靠近凹模内壁处以及镦粗一侧紧缩区靠近凹模内壁区域;挤压一侧紧缩区与细颈区的交接处应力较大,随变形的增加,应力最大值有所上升;温度场分布以细颈区中心为圆心,由高到低向外分布,在工件内形成温度梯度,高温区主要分布在细颈区中心区域。     

防空火箭炮刚柔耦合发射动力学仿真

为了研究防空火箭炮射击过程中的振动特性,以多柔体动力学理论为基础,采用＂模态缩减法＂生成柔性车大梁,用可以求解刚体和柔性体之间非线性接触问题的＂节点法＂生成柔性定向管,建立某车载防空火箭炮刚柔耦合动力学模型.结合相关实验参数进行了数值仿真,并与多刚体模型仿真结果相比较.结果表明：与纯刚性模型相比,考虑定向管和车大梁柔性变形的动力学模型更贴近于火箭炮的实际射击情况;柔性变形影响火箭弹出管口的初始扰动,进而影响射击精度.该研究对于改善火箭的初始扰动具有参考价值.     

高炮刚柔耦合动力学仿真及二次开发研究

介绍了高射炮弹炮刚柔耦合发射动力学仿真及基于ADAMS的二次开发技术.在全炮系统的动力学模型中,对身管进行了柔性化处理,并考虑了弹丸与柔性身管的相互作用,计算了火炮连续发射时的动力学响应,为全面分析影响射击精度的原因提供了一定的参考价值.同时,基于ADAMS定制了适用于交互式发射动力学仿真的菜单和对话框,为火炮产品的虚拟设计提供了技术基础和工具.     

某弹协调臂刚柔耦合动力学仿真

为了评估某火炮自动装填系统中弹协调臂的性能,在分析某弹协调臂的工作原理的基础上,利用ProE建立了弹协调臂的三维模型,并在ANSyS中对模型中的弹协调臂本体部分完成网格划分和刚性区域的建立,生成弹协调臂本体部分的柔性体模态文件,在ADAMS中对柔性体施加转动约束以及液压缸驱动,对弹协调臂进行了刚柔耦合仿真,得到弹协调臂在摆动过程中的动力学特性以及动态的应力分布,给出了不满足强度要求的应力集中区域,为设计验证和后期改进提供了理论依据。     

机液耦合多管火箭发射系统动力学仿真

基于ADAMS建立了机械系统和液压系统耦合的某多管火箭发射系统虚拟样机.从实体建模、液压系统建模及机械系统和液压系统耦合动力学分析,探讨了某新型多管火箭发射系统振动特性及采用液压瞄准系统后液压阻尼减振效应.表明液压系统有助于提高系统发射密集度,该耦合系统的发射稳定性是完全可以保证的.     

刚柔耦合的火箭炮高低调炮动力学仿真

为准确描述火箭炮高低调炮中的动力学特性,对其进行刚柔耦合的动力学仿真分析。以刚柔多体动力学 理论为基础,利用SolidWorks、ANSYS 和ADAMS 软件构建火箭炮高低随动装置刚柔耦合动力学模型,通过对模型 进行检验及参数设置,并结合实际工况进行仿真对比,确定了起落架应力集中区域。仿真结果表明：该研究能准确 反映火箭炮高低调炮时的动态性能,可为进行调炮的运动精度及可靠性分析提供数据支持,为高低随动装置的设计 优化提供参考。