以射击精度为目标的枪口动力学特性分析与匹配

为了提高某12.7 mm重机枪射击精度,结合机枪系统刚柔耦合动力学计算、外弹道理论以及相关实验数据对枪口动力学特性进行了匹配分析,研究了枪口质量对其动力学响应特性以及射击精度的影响。研究表明:弹头散布参数R_(50)、R_(70)将随着枪口质量的增加而呈现出先上升后下降的趋势。由于过大的枪口质量不利于实现机枪系统的轻量化设计,为了提高机枪系统射击精度,应尽量减小枪口附近质量。当枪口质量逐渐减小并趋于零时,射击精度参数R_(50)、R_(70)分别原来的7.7 cm、11.6 cm下降至2.7 cm、5.0 cm左右,可分别提高0.65倍、0.57倍左右,效果较好。     

弧形三脚架减振效果及射击精度改善研究

为研究一种新型弧形三脚架结构对机枪振动抑制以及射击精度改善情况,基于ADAMS以及相关实验数据建立了准确的机枪系统刚柔耦合动力学模型。在其余条件一致的情况下,对比了不同枪架在射击过程中的膛口动力学响应。根据外弹道理论,以及弹头出膛口扰动,对射击100m距离弹头散布进行了计算。结果表明：膛口的振动主要体现在高低方向上(y轴),在该方向上膛口位移、速度、射角峰值平均值分别降低了27.8%、25.8%、31.1%左右。弧形三脚架对应的弹头散布圆半径R100,R50分别改善了33.6%、23.2%。弧形三脚架结构可有效改善机枪系统射击精度。     

转管机枪铰接缓冲式驻锄应用及动态特性分析

以某型转管机枪为研究对象,以提高机枪射击精度为目标,设计三脚架后部的支撑连杆,并运用铰接缓冲式驻锄结构。通过建立机枪有限元模型分析计算其固有特性;建立机枪系统刚柔耦合多体动力学模型,获得机枪射击时枪身与枪架固定位置及枪口响应特性曲线。分析仿真结果并与原结构对比表明,改进枪架与驻锄结构后能有效降低枪口左右、上下方向振动,有利于机枪射击精度提高。     

转管机枪枪架多目标优化及其对射击精度影响研究

针对射击过程中转管机枪的枪架弹性变形过大影响射击精度的问题,利用网格变形技术和近似模型技术对枪架结构进行多目标优化来提高其整体刚度。建立了该转管机枪系统的刚柔耦合虚拟样机模型,对其射击过程进行了动力学仿真计算,通过与试验数据对比验证其正确性。将利用网格变形技术优化得到的新型枪架替换原枪架建立虚拟样机模型,对比优化前后机枪系统的动力学特性,机枪枪口高低方向的振动角位移和速度都有明显的降低,机枪百米70%射弹散布圆半径减小了12.16%,说明优化后的枪架能有效抑制机枪系统在高低方向的振动,提高射击密集度。     

不同车速条件下车载转管机枪发射动力学特性研究

为了研究某型车载转管机枪在车辆行驶状态下射击时枪管变形和车辆行驶速度对于射击密集度的影响,利用谐波叠加法生成B级路面,并以多刚体动力学和柔性多体动力学理论为基础,采用ADAMS/Flex柔性体模块,建立了该型机枪刚柔耦合的路面-车体-机枪系统的虚拟仿真模型。综合考虑轮胎与地面、车体与机枪之间的相互作用,在各种车速条件时进行了机枪系统的动力学分析,获得了机枪射击时的枪口响应特性和弹着点散布情况。通过对各种车速时仿真曲线对比计算和70%射击散布圆分析,得出枪口的响应位移以及机枪的射击精度与车体的行驶速度之间的变化关系。研究结果为该型车载机枪的进一步地运用与试验提供了理论支持和方向。     

机枪结构动态特性的优化研究

利用Ansys有限元分析软件对建立的有限元模型进行了模态分析,通过对设计变量、状态变量和目标函数的合理选择建立了优化模型,对机枪的机构参数进行了优化.建立了某机枪的有限元实体模型,在模态分析的基础上优化武器的机构动态特性.求解了机枪的自由模态参数,与试验模态分析所得到的模态参数进行了对比验证,通过结构优化得到了结构修改方案.机枪的有限元模型通过优化结构参数提高了机枪的结构动态特性,武器的射击频率与机枪整体结构的固有频率匹配更加合理,提高了武器的射击精度.     

基于有限元模型的机枪动态特性优化设计

以某型重机枪为研究对象,建立了机枪的有限元模型;在不改动机枪枪身的前提下,对机枪的枪架进行了结构参数化,并以机枪的动态特性为目标函数,以第一阶固有频率为约束条件,建立了机枪的优化模型。利用一阶优化方法,对枪架结构参数进行了优化设计。仿真结果表明,优化后的动态特性得到了明显的改善,提高了机枪的射击精度,为机枪的优化设计提供一定的参考价值。     

小口径机枪模态分析研究

结构试验模态分析技术把结构动力学特性的分析和研究推向了一个新阶段。本文主要介绍小口径机枪采用的模态分析试验系统。介绍系统工作时的测量条件,介绍由模态分析获得的结构固有频率、阻尼等参数;垂直、水平方向对应的固有频率的振型图及模态分析对该型机枪的实际应用价值。     

喷管气动力抑制转管武器射击振动的方法研究

为了减小转管机枪射击过程中后坐力引起的架座振动以提升武器的射击密集度,提出了一种利用部分膛内火药气体经过喷管外流反推实现抑制射击振动的稳定方案。结合考虑热散失的内弹道方程以及超音速气体流动方程,建立了转管机枪力偶作用式气体稳定装置的气体动力学模型。对安装有力偶式气体稳定装置的三脚架支承转管机枪系统进行了刚柔耦合发射动力学建模和仿真,研究了该装置对抑制转管机枪连发振动和提升射击精度的实际效果,为转管武器连发振动控制提供了新思路。     

利用径向基函数网络修正机枪有限元模型

在对机枪进行结构设计时,建立有限元模型并在此基础上进行动力学仿真,对了解其结构动态特性如何影响整个武器射击精度十分重要.提出了一种利用径向基函数网络进行机枪有限元模型修正的方法,将模型修正转化为正问题进行研究.根据实测模态数据对所建立的有限元模型进行修正,以径向基函数网络反映机枪结构参数与其动态特性之间的非线性映射关系,利用神经网络的泛化特性求解设计参数的目标值,不需迭代求解,并且避开了反问题面临的非线性优化计算.反演仿真数据代入的有限元模型计算结果与实测结果较为吻合,证明了该方法的有效性.     

基于EMD和时频分析的低振动机体结构优化研究

为降低柴油机机体振动,开展了基于经验模态分解（EMD）和时频分析的低振动机体优化设计研究。首先建立了机体有限元模型,通过机体模态试验验证了有限元模型正确性;然后,采用多体动力学和有限元相结合的方法计算了机体振动响应,并将计算结果与试验结果进行了对比验证,两者比较吻合;进而采用EMD对机体裙部振动速度信号进行分解,对分解得到的结果中能量较大的分量进行小波时频变换,通过时频分析得到结构优化的主要依据;最后对优化前后振动响应分别采用小波和Hilbert变换进行定性和定量的对比验证。结果表明,优化后整机振动烈度降低了26.81%,整机的振动水平得到了明显的降低,从而验证了该方法的有效性。     

基于结构谐振CAE分析的注塑机械手优化设计

注塑机械手是对塑料加工生产进行自动控制的生产设备.在实际工作过程中,注塑机械手在快速响应的控制条件下会产生结构谐振,影响机械手的定位精度.应用参数化建模方法和CAE软件对注塑机械手进行结构谐振有限元分析,并基于多学科优化设计平台,以减小谐振为目标,采用自适应模拟退火算法对机械手的结构尺寸进行优化设计,最终降低了机械手平台振动,提高了机械手的定位精度,并实现了设计优化过程的自动化,为类似产品的设计开发提供了系统的参考方法.     

基于梁理论的复杂梁式结构低阶频率快速求解方法

工程计算中常遇到纵向尺度显著大于横向的复杂梁式结构,基于此类大型复杂结构的精细有限元模型建立一个能够预测结构动力性能、实现复杂结构的快速动力分析和优化的近似降阶模型,成为这类结构设计工作者一直关心的问题。该文提出一种基于梁平截面假设和梁位移插值函数的动力模型降阶方法,建立了具有明确物理意义的降阶模型。利用降阶模型计算得到的模态向量是原结构特征向量的高精度近似,基于一次瑞利-里茨逆迭代获得了原结构高精度的低阶频率,并且与Krylov子空间法进行了对比。具体算例表明了降阶方法的有效性。     

Reliability analysis of hybrid ceramic/steel gun barrels

ABSTRACT Failure of the ceramic gun‐barrel lining during single‐shot and burst firing events has been studied by combining a finite‐element method based thermo‐mechanical analysis with a structural reliability analysis. An initial distribution of residual stresses in the lined barrel, as introduced during shrink‐fitting of the steel jacket over the ceramic lining, is taken into account. Forced‐convection boundary conditions at the inner surface of the barrel are determined by carrying out an internal‐ballistic analysis, followed by compressible boundary‐layer modeling of the heat transfer coefficient. The results obtained reveal that due to thermal expansion of the steel jacket during single‐shot and burst ballistic events, tensile axial stresses develop in the ceramic lining near the barrel ends. These stresses are sufficiently high, particularly in the case of burst firing, that they can induce formation of circumferential cracks and, in turn, failure of the lining. Using the Weibull structural reliability analysis, the failure probability for the lining has been computed as 0.0025 and 0.0121 for the single‐round and the 10‐round firing modes, respectively. Optimization of the main design, materials and processing parameters in order to minimize the failure probability for the lining is also discussed.     

基于分段常数水平集方法的声振耦合系统拓扑优化

针对结构与无限大声场的声振耦合系统中结构的双材料拓扑优化问题进行了研究。采用有限元与边界元方法分别对结构和声场进行离散。基于分段常数水平集(piecewise constant level set,PCLS)方法,构造了结构的刚度阵、质量阵与阻尼阵。优化目标选为最小化结构指定位置的振幅平方,采用伴随变量法进行灵敏度分析。引入二次罚函数方法来实现体积约束,基于灵敏度信息对优化参数进行重新定义,克服了参数的问题依赖性。数值结果表明优化设计可以显著降低结构的振幅,证实了优化方法的有效性。不同算例下体积约束在相同优化参数下均得到很好满足,说明了重新定义参数的优越性。     

发动机机油盘自由模态分析及试验验证

机油盘是发动机的关键部件之一,在发动机工作的影响下机油盘会产生复杂的振动,是发动机噪声的主要来源之一。因此,降低机油盘的振动和噪音是降低发动机辐射噪音和总体噪音的重要环节。对机油盘进行有限元分析建模,利用Hyper works软件计算求解,得到机油盘前十阶的固有频率。利用试验模态分析获得机油盘的试验频率,并对比机油盘仿真频率与试验获得的自由模态频率,验证了有限元计算结果的精确性。     

车身结构阻尼材料减振降噪优化设计

本文针对某一乘用车车身结构振动引起的声辐射,建立了车身结构、声学空腔以及声固耦合有限元模型,分析了该乘用车车身的声固耦合特性。通过对车身各板件的贡献度分析,确定了对车内噪声贡献度最大的壁板。针对该壁板的阻尼减振降噪优化设计,建立了拓扑优化模型,采用渐进优化算法（ESO）,计算了阻尼材料的优化布局。研究结果表明：阻尼材料的优化布局使阻尼材料的使用率大大提高,50%的阻尼材料用量能基本达到全覆盖阻尼材料壁板的降噪效果,阻尼结构优化设计对车内噪声控制具有一定的理论指导意义。     

工字型钢铅组合耗能器减震体系的优化设计研究

钢铅组合耗能器能够利用钢和铅两种材料耗散能量,具有原理简单、制作方便和价格低廉等优点。该文针对一种工字型钢铅组合耗能器在减震体系中的设置优化进行了研究。建立了土木工程减震控制Benchmark结构的仿真模型,为工字型钢铅组合耗能选取了合理的模型,以耗能器屈服力与结构层间屈服力比值为参数,进行减震效果分析。计算结果表明屈服比为5%时,结构减震效果较好。依据优化设计方法对一栋钢框架模型进行了减震体系设计,并进行了模拟地震振动台试验,试验结果表明钢铅组合耗能器减震体系达到了较好的减震效果,说明了该文建立的钢铅组合耗能器减震体系优化设计方法的合理性。     

基于ESO的夹层阻尼圆锯片减振降噪拓扑优化设计

针对夹层阻尼圆锯片的减振降噪拓扑优化设计,基于渐进拓扑ESO（evolutionary structural optimization）算法,寻求阻尼材料最佳布局. 导出了单元删除方法和损耗因子灵敏度计算方法,建立了拓扑优化流程,将损耗因子灵敏度作为衡量单元对结构损耗因子贡献量大小的标准,通过判断阻尼材料各单元对整体结构的减振效果,删除无效单元,得到满足刚度条件下的夹层阻尼圆锯片结构最优配置,使其在减振降噪的同时达到一定的刚度要求. 通过3种圆锯片模型的阻尼损耗因子对比,验证了优化后的圆锯片具有最佳的减振降噪效果．