某轻型牵引炮下部架体结构优化

发布时间：2020-11-01 00:25

　　 结构优化是设计火炮部件的先进手段之一。本文以某轻型牵引炮下部架体为研究对象,研究结构优化方法在火炮关键部件后大架、前大架、下架设计中的应用,解决现有下部架体存在的不足。研究内容有:(1)建立全炮动力学有限元模型,基于集中参数模型模拟下部架体与土壤之间的相互作用关系。选取五种刚度、阻尼不同的土壤类型,获得下部架体在不同土壤支撑作用下的动态特性响应规律。通过计算发现后大架最大应力较大、下架材料利用率低、下部架体支撑刚度不足等问题。(2)研究后大架焊缝建模有限元方式,确定含焊缝的后大架有限元模型,运用确定优化设计方法降低后大架应力。针对确定性优化结果可靠度与稳健性较低。本文选取确定性优化设计结果作为最初设计点,对其进行稳健性优化。通过优化后后大架结构最大应力降低且结构稳健性、可靠度提高。(3)通过灵敏度分析,选取对下部架体支撑刚度影响较大的结构参数作为设计变量,以下部架体支撑刚度最大为目标,基于参数化优化方法对下部架体组合尺寸参数进行优化,构造出拟合精度最高的RBF近似模型,选取多岛遗传算法对下部架体支撑刚度进行优化,大大提高了下部架体支撑刚度。(4)针对某轻型牵引炮下架减重设计,建立了火炮下架结构在3种典型射角工况下的有限元模型,通过计算分析可知,下架最大应力及变形较小,减重空间较大。受到传统的分层序列优化方法的启发,提出了改进的分层序列优化方法,以实现下架多工况减重设计。本文详细阐述了下架在三种工况之间的分层序列方法及各个优化层次之间约束条件的传递方式,利用拓扑方法,获得最佳材料分布,最终的减重设计效果验证了本文提出方法的有效性。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TJ303
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 结构优化方法概述
        1.2.1 结构拓扑优化方法
        1.2.2 结构稳健性优化方法
        1.2.3 参数化结构优化方法
    1.3 结构优化在火炮中的应用
    1.4 本文主要的研究内容与方法
2 下部架体在不同土壤支撑下的动态响应
    2.1 概述
    2.2 全炮结构动力学有限元建模研究
        2.2.1 三维实体模型简化
        2.2.2 全炮结构离散化
        2.2.3 部件之间的连接关系
        2.2.4 土壤-前后大架之间的相互作用关系
        2.2.5 下部架体结构材料属性
        2.2.6 边界条件及载荷
    2.3 土壤特性对后大架结构动态响应影响
    2.4 土壤特性对下架结构动态响应的影响
    2.5 土壤特性对驻锄受力特性的影响
    2.6 本章小结
3 计及焊缝的后大架应力稳健性优化
    3.1 概述
    3.2 焊缝有限元建模方式比较
        3.2.1 不计及焊缝材料的焊缝有限元分析
        3.2.2 计及焊缝材料的焊缝有限元建模
    3.3 计及焊缝的后大架有限元建模
    3.4 计及焊缝的后大架确定性优化
        3.4.1 设计变量的确定
        3.4.2 确定性优化结果及其分析
    3.5 后大架稳健性优化
        3.5.1 稳健性优化数学模型
        3.5.2 后大架稳健性优化结果
        3.5.3 优化结果分析
    3.6 本章小结
4 下部架体支撑刚度特性研究
    4.1 概述
    4.2 下部架体支撑刚度
    4.3 下部架体支撑刚度对炮口扰动的影响规律
        4.3.1 炮口扰动
        4.3.2 炮口扰动综合评价指标
        4.3.3 下部架体支撑刚度对炮口扰动的影响规律
    4.4 影响下部架体支撑刚度因素灵敏度分析
        4.4.1 板厚对下部架体支撑刚度的影响
        4.4.2 组合结构尺寸参数对下部架体支撑刚度的影响
    4.5 基于参数化的下架及前大架组合结构优化
        4.5.1 设计参数的确定及提取计算结果
        4.5.2 构造近似模型
        4.5.3 数学模型及其优化算法
        4.5.4 优化结果分析
    4.6 本章小结
5 基于改进分层序列法的下架多工况减重设计
    5.1 概述
    5.2 下部架体有限元建模及下架强度分析
        5.2.1 下部架体有限元建模
        5.2.2 下架强度分析
    5.3 下架优化策略及其数学模型
        5.3.1 基于改进分层序列的下架优化策略
        5.3.2 拓扑优化数学模型
    5.4 下架优化过程
    5.5 下架优化结果及验证分析
    5.6 本章小结
6 全文总结
    6.1 工作总结
    6.2 展望
致谢
参考文献

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本文编号：2864740