某火箭炮运发箱优化设计与分析

发布时间：2020-10-22 04:21

　　 本文以火箭炮运发箱为研究对象,应用结构优化理论对运发箱支撑夹板、纵梁等结构形式进行了优化设计,达到在不明显降低其刚度的前提下,削减结构质量的目的,使得材料的性能得到更充分的利用。首先,依据要求建立了运发箱结构三维实体模型,并结合运发箱各使用工况下的载荷情况及性能要求,在进行合理简化和假设的基础上,建立首次拓扑优化的有限元模型,并进行计算,获得运发箱结构在轴向上较为合理的结构形式；然后,根据首次拓扑优化所得结果,建立尺寸优化的有限元几何模型,在对共10个设计变量的灵敏度分析等工作的基础上,进行尺寸优化计算,结合运发箱的实际结构和具体使用要求情况,参考尺寸优化所得数值,对各设计变量进行取值,获得所有夹板及斜梁的厚度；再然后,对运发箱的夹板结构的横截面形状进行研究,为夹板横截面形状的设计提供参考：最后,在上述工作的基础上,建立最终运发箱结构,并分析该结构在各工况下的应力、应变情况。通过结构优化设计,运发箱优化区域质量下降幅度约为20%。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TJ393
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题的研究背景
    1.2 课题的研究目的与意义
    1.3 结构优化设计概况
        1.3.1 结构设计的分类
        1.3.2 结构优化设计发展及现状
        1.3.3 结构优化设计分类和层次
        1.3.4 结构优化设计相关软件
    1.4 课题主要研究内容
2 结构优化设计理论
    2.1 引言
    2.2 有限元法
    2.3 结构优化的数学模型
        2.3.1 设计变量
        2.3.2 约束条件
        2.3.3 目标函数
        2.3.4 数学模型
    2.4 结构优化基本流程
    2.5 灵敏度分析
        2.5.1 设计变量的灵敏度分析
        2.5.2 约束条件的灵敏度分析
    2.6 数学优化方法的选择
        2.6.1 线性规划
        2.6.2 非线性规划
        2.6.3 优化准则法
    2.7 小结
3 运发箱结构有限元模型的建立
    3.1 运发箱简介
    3.2 火箭弹及运发箱的网格划分
        3.2.1 几何清理分析
        3.2.2 网格划分原理与方法
        3.2.3 网格质量评价标准
        3.2.4 几何模型网格划分
    3.3 创建载荷与边界条件
        3.3.1 材料选择
        3.3.2 行军工况
        3.3.3 堆码工况
        3.3.4 发射工况
    3.4 小结
4 轴向结构拓扑优化
    4.1 引言
    4.2 拓扑优化相关原理
        4.2.1 拓扑优化方法
        4.2.2 多工况下的加权应变能
        4.2.3 棋盘格现象
        4.2.4 最小成员尺寸与最大成员尺寸
        4.2.5 体积分数
        4.2.6 对称约束法
    4.3 轴向结构拓扑优化
    4.4 运发箱新结构设计
    4.5 运发箱新结构性能验证
    4.6 本章小结
5 结构尺寸优化
    5.1 运发箱尺寸优化模型的建立
    5.2 运发箱尺寸优化的设计变量
    5.3 运发箱尺寸优化约束条件
    5.4 设计变量筛选
    5.5 试验数据矩阵
    5.6 验证拟合精度
    5.7 响应面
        5.7.1 HyperKriging模型
        5.7.2 响应面
    5.8 运发箱尺寸优化迭代曲线
        5.8.1 遗传优化算法
        5.8.2 迭代曲线
    5.9 运发箱尺寸优化最终结果
    5.10 运发箱新结构设计及结构性能验证
    5.11 小结
6 运发箱夹板横截面形状研究
    6.1 引言
    6.2 多工况优化
    6.3 简化处理
    6.4 运发箱最终结构设计
    6.5 运发箱最终结构性能验证
    6.6 小结
7 总结与展望
    7.1 论文结论与工作
    7.2 论文研究前景展望
致谢
参考文献

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本文编号：2851086