U型转台抗碰撞能力及结构减重优化研究

发布时间：2020-08-01 19:17

【摘要】：转台是工具机的重要支撑部件,它的微变形会严重影响工具机的监测精度。本论文以某型军用U型转台作为研究对象,利用ABAQUS软件对转台的静动力学性能进行了分析,特别是对冲击碰撞进行了显式动力学分析,并在此基础上,以结构减重为目标进行了结构优化,完成的主要研究工作如下:(1)在建立转台整体结构有限元模型的基础上,分析了常态条件下转台结构应力应变及位移分布规律,得到了转台静力承载能力;分析了车载转台碰撞时转台的应力和位移状态,得出了车载转台的安置方向和关键位置动态位移结果,以及可承受的最大碰撞力和安全车速;分析讨论了清障时转台的塑性应变及应对措施。(2)采用同位移应力比较的方式,分别对转台的侧面和底面主要尺寸参数的关联性及主要尺寸参数对转台承载能力的影响进行了分析,得到了不同参数状态下侧面和底面的质量及应力状况,最终得到了合理的侧面及底面结构尺寸参数。(3)进行了转台整体结构尺寸的优化,并对优化后的转台与原转台的静力和碰撞结果进行比较分析。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TJ03
【图文】：

转台,类型

1.1 选题背景及研究意义目前，中国国防现代化的发展水平离世界发达国家的距离还很远。虽然引进了很俄罗斯、以色列的先进军事技术，并拥有较强的武器自主开发和武器整合仿制吸收能力但是我国的基础工业薄弱，工艺加工技术还有待提高，这些弱点直接影响着中国武器质量、寿命和出口[1]。为了尽快赶上发达国家的脚步，我国制订了“中国制造 2025”划，军事武器装备的发展方向必须要与国际接轨，即：远距离打击、通用化、标准化空间大型化、精确化、隐形化、电子化、微型轻型化、无人自动化、信息网络化。这大发展方向成为了我国军工从业人员的奋斗目标[2]。转台是各种发射装置、测绘装置的工作台，可以旋转到任意角度并固定在该位置亦称“回转工作台”。转台是航空航天、国防工业领域中对相应惯性部件进行连接的键设备，其应用十分广泛[3]。转台事实上是一种复杂的集光机电一体的现代化设备，台可以都认为是 U 型，也有人按照连接机构划分为 U 型、T 型和球型[4]，如图 1.1 所示U 型转台的作用是连接工作部件并使其实现角度的转变，其综合性能将直接影响惯性件使用结果的可靠性和精确性[5]。

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1 绪论结构减重是指机械产品结构设计过程中，可能出现实心结构且跨度过大的情况，结构件本身承载负荷有限，则在自身结构不影响强度刚度的位置减轻结构件本身的重量。应用于本文研究的转台中，减重实际上是和加强筋相互对立的结构部分，0.8 转台本身是个大跨度薄壁 U 型转台，在此基本条件下，要对结构减重进行优化设计，实际上就是对加强筋进行优化设计。该转台需要安装较多诸如传感器、控制系统等小设备，从设计图上可知有很多大小为 M4 的螺纹孔，正常的 M4 螺丝长度为 8~12mm，而每个面的总厚度均为 20mm，为了便于相应零部件的安装；且轻型装甲车车载转台需要更换设备，质量更轻更有利于整机的安装和拆卸。本文将从变厚度/变材料结构和整体结构两种形式进行细化调整，用直接搜索法和传统的工程结构优化设计法在现有的设计上进行结构减重优化，虽然优化层次仅属于截面尺寸优化设计，但此类优化具有直观、高效、工艺性强、生产响应迅速、生产预备简单等诸多特点，因此在军工生产单位中被广泛采用。另外，由于受到机械加工工艺性的限制，无法使两侧面的减重从每个侧面的内外侧同时铣出减重槽，使转台侧面加强筋板的减重深度内外对称，在此说明只能从两侧面的外侧设计减重形状。

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广泛用于航空航天产品，可热处理氧化，其强度比 ZL101A 更高，且具有优良的铸造性能，其耐蚀性和其它工艺性能均与ZL101相近。铸铝合金ZL114A的弹性模量为68GPa，泊松比为 0.33，材料密度为 2820kg/m3，屈服应力 s为 310MPa。塑性应变参数如表 2.1[60]所示， b为应力，为 p应变。表 2.1 铸铝合金 ZL114A 的塑性应变参数 b(MPa) p3303403500.0540.0880.109355 0.115360 0.1262.1.2 设计要求转台正常承载时，两侧轴孔受到 30kg 的压力；轻型装甲探测车清障时，碰撞力会经由转台底座传递至转台。

【参考文献】