动能弹模拟发射装置俯仰架结构设计与有限元仿真分析

发布时间：2020-12-27 12:44

　　动能弹发射系统是一个极其复杂的机构,其往往是通过设计人员的经验进行设计的。这样动能弹发射系统就必然会经历“设计→制作→实验→改进”这一过程。但是,有时候需要对某些部件进行实验数据采集时,采用整个发射系统来进行实弹试验是非常浪费的。因此,非常有必要设计一种动能弹模拟发射装置,并通过将关键部件安装在模拟装置上进行试验,以获得该部件的实验数据。在动能弹发射的过程中整个系统会受到多种载荷的作用。本文结合国内外动能弹发射系统的设计与研究,以模拟发射装置的俯仰架为研究对象,对其进行了专门的设计与优化。优化后的俯仰架不仅符合了实验时对刚度和强度的要求,同时也在质量上较初步设计时下降了19%。本文首先根据技术指标的要求及设计经验,分析了动能弹发射系统的连接关系以及在工作过程中的受力情况,将其等效在模拟发射装置上,完成了模拟装置俯仰架的三维模型绘制;在此基础上依据载荷的大小以及边界条件,利用OptiStruct的分析模块对该俯仰架进行了静力学分析、模态分析以及运用RADIOSS进行了非线性动力学分析。由结果可以看出,初步设计的俯仰架是符合项目指标的。其次,通过OptiStruct将俯仰架刚强度为约束,将... 

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1. 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 课题来源及概述
        1.1.2 课题研究背景及意义
    1.2 国内外关于俯仰架的研究现状
        1.2.1 国外相关的研究现状
        1.2.2 国内相关的研究现状
    1.3 俯仰架的实际研究意义
    1.4 本文主要研究内容及结构
2. 俯仰架设计方法及优化理论
    2.1 多体系统发射动力学
        2.1.1 发射动力学简介
        2.1.2 多体发射系统动力学模型
        2.1.3 任意刚体的场传递矩阵
        2.1.4 俯仰架的场传递矩阵
    2.2 结构优化基本理论及方法
        2.2.1 结构优化基本理论及数学模型求解方法
        2.2.2 拓扑优化方法
    2.3 本章小结
3. 俯仰架结构设计及受力分析
    3.1 模拟发射装置的技术要求
    3.2 模拟发射装置的结构及工作原理
        3.2.1 模拟发射装置的机构组成
        3.2.2 模拟发射装置的工作原理
    3.3 俯仰架与各部件的连接关系
    3.4 俯仰架的结构特点
    3.5 俯仰架载荷及边界条件的确定
        3.5.1 俯仰架受力分析概述
        3.5.2 俯仰架受力分析
        3.5.3 分布载荷的数学模型
        3.5.4 利用止推装置模拟实际情况
        3.5.5 载荷大小的确定
        3.5.6 约束条件的确定
    3.6 本章小结
4. 俯仰架有限元模型的建立与分析
    4.1 有限元分析概述
        4.1.1 有限元法的基本原理和分析过程
        4.1.2 有限元软件的求解与实现
    4.2 俯仰架有限元建模
        4.2.1 HyperMesh简介
        4.2.2 俯仰架模型的简化
        4.2.3 有限元模型网格的划分
        4.2.4 俯仰架有限元模型的描述
    4.3 俯仰架静力学分析
        4.3.1 OptiStruct静力学功能简介
        4.3.2 刚强度准则
        4.3.3 材料属性的选定
        4.3.4 载荷的设置
        4.3.5 边界条件的设定
        4.3.6 静态刚强度计算结果和分析
    4.4 俯仰架的模态分析
        4.4.1 模态分析采用的计算方法
        4.4.2 模态分析的步骤
        4.4.3 模态分析的结果
    4.5 俯仰架非线性动力学分析
        4.5.1 RADIOSS简介
        4.5.2 非线性动力学有限元显式积分算法的引入
        4.5.3 非线性动力学有限元分析流程
        4.5.4 非线性动力学有限元模型的建立
        4.5.5 非线性动力学有限元计算结果及分析
    4.6 本章小结
5. 俯仰架拓扑优化设计
    5.1 引言
    5.2 拓扑优化的技术及步骤
        5.2.1 OptiStruct优化功能的介绍
        5.2.2 拓扑优化技术简介
        5.2.3 拓扑优化的步骤
    5.3 俯仰架拓扑优化数学模型的确定
        5.3.1 目标函数的确定
        5.3.2 设计变量的确定
        5.3.3 约束条件的确定
    5.4 俯仰架的拓扑优化
        5.4.1 设计区域和非设计区域的划分
        5.4.2 网格的划分以及材料和边界条件的设立
        5.4.3 拓扑优化结果分析
        5.4.4 俯仰架的反设计
    5.5 拓扑优化前后的比较
        5.5.1 有限元分析结果对比
        5.5.2 综合评价
    5.6 本章小结
6. 总结与展望
    6.1 本论文主要内容和研究成果
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[2]机械结构拓扑优化设计研究现状及其发展趋势[J]. 牛小铁,董立立.  煤矿机械. 2012(09)
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[4]三维含摩擦多刚体碰撞问题的数值计算方法[J]. 赵振,刘才山,陈滨.  中国科学G辑:物理学、力学、天文学. 2006(01)
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硕士论文
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[2]车载动能弹发射装置设计与动力学分析[D]. 夏倩倩.南京理工大学 2015
[3]基于ESO的液压机下横梁结构拓扑优化及双向进化结构优化方法研究[D]. 孙圣权.重庆大学 2008
[4]重型货车车架结构的拓扑优化设计[D]. 巢媛.重庆大学 2007



本文编号：2941757