两自由度协调输弹器动力学分析与结构优化

发布时间：2020-08-05 20:35

【摘要】：弹药自动装填系统是火炮武器系统的核心部分,协调输弹器作为自动装填系统的重要组成部分,其性能直接影响到弹药自动装填系统的性能。本文以某新型两自由度协调输弹器为研究对象,结合多体动力学、PID控制、优化设计、区间不确定性优化、人工神经网络等理论对其进行研究。主要研究内容如下:(1)为对协调输弹器进行动力学分析,基于HyperWorks和ADAMS建立了协调过程的刚柔耦合动力学模型,在Simulink中搭建了 PID控制框图,实现了协调过程的联合仿真,并分析了协调臂的应力响应。建立了输弹过程的动力学模型,分析得到底座的极限工况。(2)为对底座进行结构优化,基于结构优化理论和拓扑优化理论,利用OptiStruct软件对底座进行了拓扑优化和尺寸优化,实现了底座结构轻量化。(3)为建立协调过程中变量和响应间关系,分析了协调过程中影响协调臂应力响应的不确定性参数,利用BP神经网络、GA-BP神经网络、RBF神经网络,分别建立了参数不确定性协调过程动力学的代理模型,并比较了三种代理模型的预测精度,最终选择RBF神经网络建立代理模型。(4)为对协调臂在参数不确定影响下进行结构优化,利用区间数序关系将协调臂的不确定性优化转化为确定性优化,在代理模型的基础上,利用智能优化算法,求解协调臂的区间不确定性优化数学模型,验证了优化后结构的合理性,实现了轻量化。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ303.3
【图文】：

代理模型,基本构架

逦硕士学位论文逡逑量小，并且可以逼近原有模型，显著提高了计算效率，如图１．１所示。逡逑在工程实际中，对于结构优化问题，约束和目标一般很难以用显式表达，属于黑盒逡逑子问题，一般都是通过求解有限元模型或者多体动力学获得，优化效率非常低。通过代逡逑理模型，可以用显式函数表述出变量和优化目标及约束之间的未知黑盒子关系，提高优逡逑化效率［２７］。逡逑／邋／逡逑７黑盒子逡逑——逦逡逑设计变量＜逦３优化目标和约束逡逑逦１、、、＇逦Ｚ＇ｚ逦逡逑、、＼邋逦１邋，，逡逑＇、代理模型Ｚ逡逑逦■■真实关系逦逦？近似关系逡逑图１．１代理模型基本构架逡逑２0世纪５０年代，Ｂｏｘ和Ｗｉｌｓ0ｎ［２８］首次提出代理模型技术，在很多领域被广泛应用，逡逑是解决复杂工程设计问题的有效途径，如图１．２所示，主要领域有全局优化多目标逡逑优化［３Ｑ］、多学科优化［３１］、不确定设计［３２］等。代理模型的基本思想是：设计空间中有一逡逑部分己知的样本点

原理图,蓄能器,内缸,液体

对于扭转电机而言，采取五级齿轮传动，总传动比为：“＝２９２．６０８：１。逡逑对液压平衡装置的平衡力矩进行建模，过程如下：逡逑图２．２给出了液压平衡装置的工作原理。液压平衡系统由一个平衡油缸和一个蓄能逡逑器构成。为了避免空气存在的不利影响，平衡油缸由全部充满油液的三个油缸组成：内逡逑缸、中缸和外缸。外缸和内缸通过管路相通接，蓄能器则和外缸相通接。系统工作时，逡逑内缸和外缸是静止不动的，仅中缸发生上下移动。由于蓄能器中气压的存在，使得该系逡逑统可以平衡掉一部分协调过程的重力矩。逡逑，一，中缸逡逑一广－－一外缸逡逑一ｆ邋ｒ邋１邋１，内缸逡逑￣邋－邋—逦逡逑蓄能器邋ＮＸＱ－Ｌ２．５逡逑图２．２平衡装置原理图逡逑当中缸上移时，蓄能器中的液体会进入外缸，而由中缸排出的液体通过管路先进入逡逑内缸

示意图,实体,示意图,实体单元

大大提高计算效率，因此本文对协调臂实体部分采用六面体网格进行划分。逡逑由于协调臂的实体部分结构比较复杂，不能直接进行六面体网格划分，因此需要将逡逑协调臂切为多个形状规则，并且有规则公共面的实体。以左臂的实体切分为例，如图２．４逡逑所示。逡逑图２．４左臂实体切分示意图逡逑图２．４中黄色部分为切割实体所生成的公共面，公共面将实体分为很多规则的形状。逡逑在这些小实体上先划分２Ｄ平面网格并检查单元质量，保证２Ｄ单元的质量；然后通过逡逑２Ｄ网格再拉伸，生成实体单元。实体单元和壳单元连接的地方应该保证其共节点。最逡逑后，划分完网格后需要检查网格的连续性，通过ｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅ功能检查网格之间是否存在逡逑缝隙，如果存在，则需要缝合。最后得到协调臂的有限元网格模型，如图２．５所示。其逡逑中绿色部分为实体单元，紫色部分为壳单元。其中左臂实体单元有３６８７５个，壳单元有逡逑１３０９２个；右臂实体单元有１１２８８个，壳单元有１８６３３个。逡逑１３逡逑

【参考文献】