某型火炮摇架结构拓扑优化设计

以某型火炮摇架为研究对象,基于火炮摇架结构本身特点和承载特性,在力学分析基础上利用有限元法对火炮后坐过程中的摇架动态响应进行了仿真计算和数值模拟,并通过拓扑优化设计理论和方法对摇架结构进行了优化设计.优化后的摇架结构在保证强度的基础上,实现了结构优化和轻量化设计的目的.     

影响弹丸起始扰动的火炮结构参数灵敏度分析与优化研究

弹丸起始扰动对火炮射击精度有重要影响,为了减小弹丸起始扰动,建立了某大口径轻型牵引炮弹炮耦合全炮动力学参数化有限元模型,由弹丸出炮口时刻弹丸的角位移、角速度表征弹丸起始扰动,构建优化目标函数,对火炮结构参数的影响程度进行灵敏度分析;同时利用径向基神经网络近似模型方法对弹丸起始扰动进行优化研究。结果表明,摇架臂板厚对弹丸起始扰动影响显著,优化后弹丸出炮口时刻弹丸角位移和角速度均明显减小。该结果可为火炮结构设计提供理论依据。     

某轻型牵引炮下架结构动强度设计

为研究某轻型炮射击过程中的架体结构动强度问题，基于非线性有限元理论，建立了该轻型炮刚柔耦合动力学非线性有限元模型，模型中考虑了土体本构模型、座圈及方向机刚度、结构土壤相互作用、架体销轴接触等非线性关系。计算获取了该轻型炮4种射击工况下的下架、后大架及连接销轴的动态应力分布规律，找出了原下架结构方案中强度设计的薄弱环节，并提出了下架结构的改进方案。计算结果表明：改进后下架结构最大应力值降幅达42.7%，且下架质量减少了10 kg。计算结果对指导该轻型炮下架结构设计具有一定的工程应用价值。     

多工况下某火炮摇架拓扑优化设计

选取了某火炮摇架承载最恶劣的两个工况,采用基于变密度方法的结构拓扑优化技术,以摇架多工况刚度最大化为优化目标,以体积比为约束条件,通过优化得到了设计区域的密度云图,去除低密度区域后得到了摇架的拓扑结构模型,再对两个工况下得到的几何模型进行布尔求和操作以获得最终的优化结果。经过有限元分析,拓扑优化后的模型刚强度与优化前相比略有提升,质量有所下降,证明了该拓扑优化设计是合理的。     

多工况下某火炮摇架拓扑优化设计

为提高某火炮摇架的结构性能,满足结构的轻量化设计要求,减少研发周期和降低研发成本,对该摇架的结构进行拓扑优化设计。通过选取某火炮摇架承载最恶劣的2个工况,根据摇架的受力情况,基于Hypermesh-OptiStruct软件平台建立其有限元模型,采用变密度方法的拓扑优化技术,对摇架的拓扑优化获得去除低密度材料区域后的几何模型,并对2个工况下得到的几何模型进行布尔和操作以获得最终的优化结果。分析结果表明：经过拓扑优化后,模型质量减轻,刚强度与优化前相比有所提升,能够满足火炮总体的动/静态响应特性要求。     

基于模态分析的三脚架外摇架体优化设计

为解决重机枪三脚架外摇架体刚度薄弱的问题,对三脚架外摇架体进行优化设计。根据改进后的简化模 型,对其进行自由模态分析和约束模态分析,从轻量化设计的角度出发,在外摇架体结构优化及壁厚改进的基础上, 给出一种既可以减轻外摇架体质量又可以提高三脚架整体固有频率的外摇架体设计方案。对比分析结果表明,该设 计方案使三脚架整体的固有频率明显提高。     

一种柔顺缓冲摇架及其导向刚度的计算方法

为了研究新型缓冲技术,提出一种新型的柔顺缓冲摇架及其导向刚度计算方法.以自动武器站缓冲系统的柔顺缓冲摇架为例,应用对称变换法将柔顺缓冲摇架简化为竖杆模型和U杆模型,根据各杆之间的串并联关系反求柔顺缓冲摇架的刚度,可以得到一种计算柔顺缓冲摇架导向刚度的理论方法;运用solidworks自带的simulation插件进行静力学仿真分析;并应用锤击法对柔顺缓冲摇架进行实验测试.对比3种方法所求得的柔顺缓冲摇架的刚度值,可证明柔顺缓冲摇架导向刚度的理论计算方法准确可行,对柔顺缓冲机构的设计具有一定的指导意义,并为柔顺缓冲机构在缓冲领域的应用奠定了一定的基础.     

双层板架结构自由振动的理论解析研究

采用理论解析方法对双层板架结构的自由振动问题进行了研究。首先,对双层板架结构进行了模型化,将其转化为正交异性板模型,对四边简支正交异性板的自由振动问题进行了理论求解。在算例中,采用本文的方法对四边简支双层板架的自由振动进行了求解。通过与有限元仿真结果进行对比,证明了本文方法的正确性。     

水下近距和接触爆炸载荷作用下板架结构动态响应机理

以某型水面舰船防护结构的膨胀舱为原型设计板架试验模型，依药量和爆距不同进行7个工况的水下近距和接触爆炸试验。采用光子多普勒测速系统测量模型典型位置的速度时程，收集试验产生的飞片，并对试验后板架的破口形态进行记录。结合数值方法对试验结果进行对比分析，验证试验结果的一般性及数值计算方法的准确性。根据试验和数值计算结果对水下近距和接触爆炸载荷作用下板架结构动态响应开展研究。研究结果表明：板架结构容易在加强筋、隔板处发生剪切或撕裂破坏形成飞片，飞片的形成与药量、爆距、板架的结构形式均有密切关系；爆炸载荷驱动下板面上各点速度以爆心投影点为中心沿板面向外呈指数衰减趋势；当爆距大于2倍装药半径后，不同药量在相同的距径比下，板架结构上正入射点处速度峰值基本相当。     

追击炮炮箍位置优化设计

针对迫击炮炮口扰动问题,通过建立某120 mm迫击炮结构动力学模型,采用有限元法、层次分析法、Kriging模型和遗传算法相结合的方法,进行了迫击炮结构动力学优化.以试验数据为训练样本,建立了基于迫击炮炮箍位置与炮口扰动之间的非线性映射关系.通过构建优化目标函数,利用遗传算法对目标函数进行求解,实现了迫击炮炮口扰动量最小值的优化.研究表明,在多工况下优化后的追击炮炮箍位置,有效减少了炮口扰动,对于研究追击炮炮口扰动问题具有一定的参考意义.     

车载多管火箭炮发射系统基座的轻量化

针对多管火箭炮发射系统基座的轻量化问题,基于拓扑优化理论及基座的设计要求,建立了基座优化的有限元模型.通过引入惩罚因子和最小成员尺寸避免了优化时数值不稳定的问题,得到了基座的拓扑优化设计结构.进行了刚强度校核和动力学响应分析.结果表明,刚强度满足设计要求,优化后的比刚度裕度得到了提高,质量减小了23%;经分析,优化后的基座对整炮性能响应的影响基本可以忽略.该优化设计方法可为多管火箭炮其他部件的轻量化设计提供参考.     

某自行火炮总体结构参数灵敏度分析与优化

为了有效地降低某轮式自行火炮高低炮口扰动，对武器系统的总体结构参数优化进行了初步研究。建立了考虑炮身弹性变形、自动机主要构件的运动和碰撞等复杂因素的全炮动力学模型。根据某火炮的结构组成和发射原理，把武器系统简化成由身管、供弹臂、弹丸、摇架、炮塔、底盘等24个物体组成的多体系统。在对影响炮口垂直扰动的主要参数进行灵敏度分析的基础上，利用随机方向优化算法对武器系统的总体结构参数进行了优化。优化效果明显，为武器系统的总体设计和结构设计提供了理论依据。     

影响炮口扰动的火炮总体结构参数灵敏度分析与优化

从减小炮口扰动的角度出发,利用ADAMS软件建立了某火炮发射过程的刚柔耦合模型,考虑了身管、摇架、上架的变形,通过灵敏度分析获得了火炮总体结构参数对炮口扰动的影响强弱;结合灵敏度分析结果,联合小生境遗传算法与ADAMS软件进行了火炮动力学的多目标优化分析,有效降低了炮口扰动,对火炮结构设计和动力学分析具有一定参考价值。     

基于动态稳定原理的机枪结构优化

提高机枪的射击精度是机枪结构优化的最终目标。分析了影响机枪散布精度的主要因素,基于动态稳定性的观点,建立了机枪结构优化模型,并对散布精度对设计变量的灵敏度进行了分析。—通过对某型机枪优化设计,结果表明：该方法正确可行,对于自动武器的结构修改有一定的指导意义。     

Structural Optimization of Machine Gun Based on Dynamic Stability Concept

Improving the firing accuracy is a final goal of structural optimization of machine guns. The main factors which affect the dispersion accuracy of machine gun are analyzed. Based on the concept of dynamic stability, a structural optimization model is built up, and the sensitivity of dispersion accuracy to design variables is analyzed. The optimization results of a type of machine gun show that the method is valid, feasible, and can be used as a guide to the structural optimization of other automatic weapons.     

飞行器最优滑翔弹道研究

利用动态规划法研究并求解了飞行器轨迹优化问题.根据最优性原理确定了最优滑翔弹道问题的最优性条件.建立了求解最优控制问题的连续微分动态规划算法步骤.遵循此步骤,对具体问题进行数值求解.计算结果表明,该方法是求解轨迹优化问题的一种有效方法,时飞行器的气动力设计和最优制导律设计有重要意义.