迫击炮座钣结构轻量化设计

发布时间：2020-05-12 08:01

【摘要】：迫击炮作为一种近战武器,其机动性能一直备受关注,而迫击炮座钣质量占全炮比重较大,其轻量化设计就显得尤为重要。本课题结合ANSYS Workbench有限元工程技术仿真平台对迫击炮座钣进行刚度和强度分析,并在此基础上对座钣进行结构轻量化设计和材料轻量化设计。首先,通过建立座钣在中硬密实土壤中发射时的有限元模型,进行了三种典型工况下的座钣刚强度分析,得到座钣的等效应力云图、位移云图和前十阶固有频率,为后续轻量化设计提供对比依据;其次,根据座钣各部件优化权重确定优化变量,进行座钣初步结构优化,以缩小变量优化范围,而后建立座钣参数化模型,以座钣材料许用应力作为约束条件,利用尺寸优化模块对座钣进行再优化,得到结构轻量化座钣模型及其等效应力云图、位移云图,并与原座钣进行比较分析;最后,在前两者仿真结果基础上,利用ACP模块建立了钛合金筋钣架-复合材料主钣相结合的座钣模型,以两种材料强度破坏准则为约束条件,利用尺寸优化模块对其进行结构优化,得到材料轻量化座钣模型及其等效应力云图、位移云图,再次与原座钣进行比较分析。仿真结果表明:原座钣在三种工况下都满足强度要求且尚有优化余量,其低阶固有频率远离激振频率,具有良好的刚度;结构轻量化座钣在满足强度要求的基础上较原座钣减重25.2%,且结构更加合理;材料轻量化座钣在满足强度要求的基础上较原座钣减重58.4%,且等效应力分布情况和座钣稳定性良好。本课题的研究成果对迫击炮座钣轻量化设计具有一定的理论价值与参考意义。
【图文】：

三维实体模型,立筋

中北大学学位论文采用的是目前应用最为广泛、各项性能良好的分呈倒三角锥形，底部连接驻臼部分，起支撑构布局的好处是使座钣具有良好的稳定性且使减小处于设计阶段的座钣自重。座钣结构如图宽度为 900mm，底部连接的驻臼部分内径为呈 120°对称分布，其中大立筋上横向分布有主钣结构抗弯刚度，而十字形布筋方案是十分分布在大立筋与主钣相交处的底部并与驻臼相壤工事的接触面，防止座钣发生大幅侧移。座，满足座钣重心位于驻臼中心上方[1]的设计要所示。

三维实体模型,土壤,炮座,迫击炮

图 2.3 炮尾三维实体模型土壤状态为迫击炮多次射击后，即土壤已处炮座钣背部轮廓良好贴合，建模时的座钣坑根据土壤轮廓大小对有限元分析精度影响的尺寸的 1.5 倍以上时，可有效保证分析精度[，以座钣坑为中心呈圆周分布。土壤三维实简化后
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TJ31

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