计及多射角工况的火炮上架结构优化设计

针对火炮的多射角工况特性,建立火炮上架结构的有限元模型,依据火炮发射时上架的结构受力特性及其技术设计要求,对其进行静态刚强度分析,在此基础上以提高上架刚度为目标,先运用拓扑优化方法寻求上架的最佳材料分布,确定加强筋的合理布局,再运用尺寸优化方法对上架进行详细设计,获取最终的结构优化方案。优化后多射角工况下左右耳轴中心位移显著减小,最大减小比率为32.61%,同时结构质量减小了1.42%,达到了提高上架刚度的优化设计目标。     

某火炮上架结构改进设计

为解决某火炮上架刚度较差问题,利用基于传力路径下的结构优化设计方法,进行了上架改进设计。通过有限元静态刚强度计算,分析了原上架设计中的薄弱环节。运用拓扑优化方法找到结构的主传力路径,寻求最佳材料分布,修改了上架筋板布局。采用尺寸优化方法进行详细设计,确定了上架主要板件的厚度尺寸。对改进前后上架结构的刚强度进行了对比和分析,结果表明改进设计的上架刚度有较大幅度提高,最大位移减小了32.7%,左右耳轴室中心变位差减小了52.1%,且最大应力降低20.0%,而结构质量仅增加了1.9 kg,达到了改进设计目标。     

某火炮上架多工况拓扑优化设计

针对某轻型火炮上架结构,建立了火炮上架结构在3种典型射角工况下的有限元模型,利用层次分析法得到各子工况下基于柔度的权重组合系数,并通过基于折衷规划法的结构拓扑优化方法,在保证上架结构刚强度的前提下,寻找最佳材料分布,得到上架最优拓扑结构,并将优化得到的改进结构和原上架结构进行刚强度分析对比,优化结果验证了该分析方法的有效性。     

基于正交试验的火炮上架多工况结构优化设计

为提高某大口径火炮上架刚强度,建立了火炮上架和摇架结构3种典型工况的有限元模型,进行静态刚强度分析,找出原上架结构存在的问题。通过正交试验得到各子工况最优权重系数组合,利用拓扑优化方法,寻求最佳材料分布,重新设计上架立板形状,修改上架筋板布局,并运用尺寸优化方法确定上架主要板件的厚度尺寸。优化结果表明,在结构质量减小的情况下,该上架各工况刚强度均有不同程度的提高,整体结构更加合理,实现了火炮发射载荷的更合理传递。     

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.     

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。     

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。     

某火箭炮底架结构的拓扑优化设计

以某发射装置底架为研究对象,在优化软件Hyper Mesh中建立其有限元模型,并确定底架在4个典型工况下的载荷及约束条件。在Optistruct模块下,通过变密度法对底架在4个典型工况下进行两次拓扑优化,达到了轻量化目的。对模型进行了有限元划分,将其简化为2D板壳单元,仍然取4个极限工况对模型进行静力分析,验证底架变形量与最大应力是否均在许用范围之内,实现了对底架的全新结构设计。     

某迫击炮座钣拓扑优化设计

新的战场需求对迫击炮轻量化设计提出了要求,根据迫击炮座钣的受力情况,基于Hypermesh-OptiStruct软件平台建立有限元模型,通过对迫击炮座钣的拓扑优化完成改进设计,并利用AWE有限元软件对优化后模型进行刚强度分析,通过分析证明优化方案的合理性;拓扑优化后,座钣质量减少15.6％;该方法对迫击炮改进设计具有一定的参考价值。     

某轻型火炮结构参数灵敏度分析及稳定性优化

针对某轻型火炮射击精度和稳定性问题,提出了以提高火炮射击稳定性和减少炮口扰动为目标函数的火炮总体结构参数优化设计问题。利用ADAMS软件建立了火炮发射动力学模型及参数优化模型,并利用ISIGHT软件采用遗传算法进行了优化求解。优化结果表明,优化后火炮系统的射击稳定性得到了很大提高,同时,也验证了优化模型的正确性和优化算法的可靠性。     

某车载炮上架刚度对弹丸起始扰动的影响

建立了某大口径车载炮弹炮耦合全炮动力学有限元模型,考虑了带膛线身管与弹丸的接触碰撞,通过数值计算得到了上架刚度对弹丸起始扰动的关系。分析结果表明,上架刚度与弹丸起始扰动并非单一的线性关系,且并非上架刚度越大对弹丸起始扰动越有利。     

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.     

火炮磁流变后坐阻尼器的设计与磁路分析

研究了高冲击载荷作用下的火炮磁流变后坐阻尼器,设计了一多阶带槽且经过光滑处理的长行程磁流变阻尼器,运用电磁场有限元分析软件对阻尼器结构与磁路耦合问题进行了求解,分析了线圈绕向、活塞和钢筒部件材料、饱和电流、阻尼通道等各种工况下阻尼器磁场分布情况,给出了冲击载荷下的磁流变后坐阻尼器磁路设计一般准则.数值计算结果表明设计的长行程火炮磁流变后坐阻尼器满足结构与磁路设计要求.     

某轻型牵引炮摇架结构动态优化设计

某轻型牵引炮样机在实验过程中发现,其摇架结构具有在保证刚强度的前提下进一步进行减重的必要;针对这一问题,建立基于非线性有限元理论的全炮刚柔耦合动力学有限元模型,计算分析得到摇架动态响应;选取摇架的外形尺寸和板厚作为设计参量,对有限元模型参数化,以质量和应变能最小作为设计目标,使用最优拉丁超立方试验设计法构造径向基函数近似模型,运用第二代非劣排序遗传算法对摇架结构进行多目标动态优化,获得 Pareto前沿;优化结果对于摇架结构设计具有工程应用价值,对于一般薄壁结构问题也提供了一种设计思路。     

不同优化算法在轮式自行火炮动力学优化中的应用

以某轮式自行火炮为例,以减少炮口初始扰动、提高射击精度为目标,建立了基于轮式自行火炮发射动力学仿真的优化设计模型。采用加权组合法将炮口角位移与角速度统一为单目标,分别应用序列二次规划法、粒子群算法、模拟退火算法及多岛遗传算法对其进行优化设计求解。比较结果发现,模拟退火算法及多岛遗传算法能够适应轮式自行火炮系统优化问题的求解需求;粒子群算法尽管收敛速度较快,但优化结果不如模拟退火算法及多岛遗传算法;序列二次规划法由于容易陷入局部最优,不能适应轮式自行火炮系统优化问题的求解需求。     

火炮炮闩抽筒子结构优化设计

抽筒子的强度直接决定炮闩的可靠性,进而影响着舰炮的战斗力。针对抽筒子在工作过程中出现的屈服问题,以HyperWorks软件为平台,分别进行抽筒子拓扑优化和形状优化设计,为验证优化结果的正确性,运用ABAQUS软件,对炮闩的抽壳过程进行柔体动力学仿真,并分析比较优化前后炮闩的动能和内能、平均抽壳速度以及抽筒子的强度和刚度等参数的变化。计算结果表明,优化后抽筒子质量下降20.9%,工作时所受的最大应力下降13%,低于材料的屈服极限;优化后炮闩内能峰值降低3.44%,内能曲线向后推迟了0.16 ms,动能变化趋势与原始结构一致,但波动较大,平均抽壳速度减少0.442 m/s.     

某火箭炮底架优化设计

为了得到结构更合理且质量更小的某型火箭炮底架,以行军和发射状态的底架作为典型工况,利用结构优化方法对底架进行拓扑优化和尺寸优化.通过拓扑优化得到底架结构的最佳材料分布,并以此为参考设计出梁结构形式的底架;通过尺寸优化得到了底架各个梁合理的梁壁厚度.验证结果表明:优化后的底架性能不仅满足刚强度要求,而且质量比原底架减轻了约9%.