火箭武器发射箱结构优化研究

发布时间：2020-11-10 14:19

【摘要】：传统火箭炮发射箱的设计大多依据和参考的是以往的设计经验和结构,随着火箭弹质量的大幅度提升,发射箱刚度和强度等设计问题凸显,仅借鉴现有的结构已很难满足设计要求。故本文提出了基于结构优化理论和有限元分析的火箭炮发射箱设计方法和流程。首先建立了满足已知设计参数的发射箱初始几何模型,考虑到实际工况下火箭弹重力和然气射流压强对发射箱的动态作用,定义了火箭弹位于发射箱多个不同位置的有限元模型以及不同压强载荷下的有限元模型。其次以刚度最大化为目标对发射箱全部有限元模型进行了静载条件下的拓扑优化,并比较了不同制造约束对发射箱拓扑优化结果的影响。依据发射箱拓扑优化结果重新构建了发射箱新模型,并对新模型的结构性能开展了验证,结果表明新模型刚度和强度都满足要求。最后以质量最小化为目标对发射箱新模型进行了形状优化,优化后结果表明发射箱变形、应力等都在合理范围之内。本文探究了多个不同工况下发射箱拓扑优化后的材料分布,依据拓扑优化结果中材料的基本布局重新构建了满足设计要求的发射箱新模型,并对其进行了减重。进而总结提出了基于结构优化理论和有限元分析的火箭炮发射箱设计方法和流程,为火箭炮领域其它相关结构件的设计提供参考。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TJ393
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景及意义
        1.1.1 课题研究背景
        1.1.2 课题目的与意义
    1.2 国内外结构优化研究现状
        1.2.1 传统设计与优化设计
        1.2.2 结构优化历史
        1.2.3 国内外结构优化现状
    1.3 本文主要研究内容
2 结构优化方法与理论
    2.1 引言
    2.2 有限元分析理论
        2.2.1 弹性力学基本方程
        2.2.2 有限元法求解流程
    2.3 拓扑优化方法与理论
        2.3.1 拓扑优化数学模型
        2.3.2 材料插值模型
        2.3.3 数值不稳定现象
    2.4 结构优化方法
        2.4.1 结构优化数学模型
        2.4.2 灵敏度分析方法
        2.4.3 近似模型
        2.4.4 优化方法
    2.5 小结
3 发射箱拓扑优化与几何重构
    3.1 引言
    3.2 发射箱初始几何模型
    3.3 发射箱拓扑优化有限元模型
        3.3.1 网格划分
        3.3.2 初始材料属性
        3.3.3 相互作用
        3.3.4 有限元求解工况
    3.4 优化参数设置
        3.4.1 设计区域划分
        3.4.2 制造约束
        3.4.3 优化求解控制参数
    3.5 拓扑优化结果
        3.5.1 制造约束方案1结果
        3.5.2 制造约束方案2结果
        3.5.3 燃气压强作用下优化结果
    3.6 发射箱几何重构
    3.7 小结
4 发射箱性能验证
    4.1 引言
    4.2 发射箱重构模型动力学分析
    4.3 验证结果
    4.4 小结
5 发射箱形状优化
    5.1 引言
    5.2 多位置工况
    5.3 形状变量
    5.4 优化参数
    5.5 形状优化结果
    5.6 小结
6 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 论文创新点
    6.3 展望
致谢
参考文献

【参考文献】

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本文编号：2878031