某迫击炮动态特性分析与弹炮配合间隙优化设计
发布时间：2021-09-11 21:51
本文以某科研项目为背景,针对迫击炮靶场射击试验过程中多次出现迫击炮弹尾翼颈部折断现象,利用动态非线性有限元法以及多目标结构优化算法对膛内振动特性进行了分析研究,所做的主要研究工作如下：（1）利用Hypermesh软件对迫击炮炮身、座钣、炮架及迫击炮弹等结构进行网格划分,建立各部件之间的连接关系,完成全炮结构有限元模型的建立。（2）基于有限元模态分析原理和步骤,以迫击炮全炮为研究对象,在Abaqus软件中建立迫击炮模态分析有限元模型,采用Lanczos方法计算了弹丸位于身管的尾部、中部和炮口三个不同位置时全炮自由模态的固有频率和振型,并与发射载荷的频谱分析图进行了对比。（3）基于动态非线性有限元理论,建立了考虑弹炮间接触碰撞的全炮动态非线性有限元模型,利用Abaqus/Explicit显式求解器求解迫击炮发射过程,获得了弹丸初速以及炮口和弹丸扰动,在此基础上研究了不同弹炮配合间隙和土壤特性对尾翼动态强度和过载的影响。（4）基于参数化结构优化方法,以弹炮配合间隙为设计变量,建立弹炮配合间隙参数化有限元模型。以弹丸起始扰动的位移、角位移和角速度为优化目标,利用Isight优化软件,结合多目标...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 迫击炮发展和现状
1.2.2 非线性有限元法
1.2.3 火炮发射动力学
1.2.4 火炮结构优化设计
1.3 本文主要研究内容
2 迫击炮弹结构组成与膛内受力
2.1 迫击炮弹结构组成
2.2 迫击炮弹与身管配合间隙
2.3 迫击炮弹膛内受力
2.3.1 火药气体压力
2.3.2 惯性力
2.3.3 摩擦力
2.4 本章小结
3 全炮结构有限元建模与模态分析
3.1 有限元建模方法
3.2 全炮结构有限元模型
3.2.1 模型简化
3.2.2 网格划分
3.2.3 连接关系
3.3 迫击炮模态分析
3.3.1 模态分析原理
3.3.2 模态提取方法
3.3.3 模态分析步骤
3.3.4 模态分析模型
3.3.5 计算结果分析
3.4 本章小结
4 全炮动态非线性有限元分析
4.1 动力学有限元基本理论
4.1.1 动力学有限元方程
4.1.2 显式积分方法
4.1.3 隐式积分方法
4.1.4 Abaqus中的接触算法
4.2 动态非线性有限元模型
4.2.1 内弹道基本假设
4.2.2 土壤特性
4.2.3 载荷施加及边界条件
4.3 计算结果分析
4.3.1 弹丸初速分析
4.3.2 炮口和弹丸扰动分析
4.3.3 尾翼动态强度分析
4.3.4 尾翼动态过载分析
4.4 弹炮配合间隙对尾翼折断的影响
4.4.1 间隙大小对弹丸扰动的影响
4.4.2 间隙大小对尾翼动态强度的影响
4.4.3 间隙大小对尾翼动态过载的影响
4.5 土壤特性对尾翼折断的影响
4.5.1 不同土壤对弹丸扰动的影响
4.5.2 不同土壤对尾翼动态强度的影响
4.5.3 不同土壤对尾翼动态过载的影响
4.6 本章小结
5 弹炮配合间隙优化设计
5.1 参数化结构优化方法
5.1.1 参数化优化数学模型
5.1.2 Python语言
5.2 多目标优化方法
5.2.1 多目标优化数学模型
5.2.2 NSGA-Ⅱ算法
5.3 弹炮配合间隙优化
5.3.1 目标函数的确定
5.3.2 设计变量及约束条件
5.3.3 弹炮配合间隙参数化有限元模型
5.3.4 优化结果分析
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]影响弹丸起始扰动的火炮结构参数灵敏度分析与优化研究[J]. 李强,顾克秋,王力. 火炮发射与控制学报. 2014(04)
[2]自行高炮行进间射击炮口响应特性研究[J]. 谢润,杨国来. 兵工学报. 2014(08)
[3]结构非线性有限元分析现状综述[J]. 伍霞,甘信广,王思杰. 科技创新导报. 2011(23)
[4]结合NSGA-Ⅱ算法和蒙特卡罗模拟技术实现结构的鲁棒优化[J]. 柳高洁,顾克秋. 机械设计. 2009(04)
[5]iSIGHT在多目标优化问题中的应用研究[J]. 宋保维,李楠. 火力与指挥控制. 2008(S2)
[6]某自行火炮总体结构参数灵敏度分析与优化[J]. 葛建立,杨国来,曾晋春,陈运生. 火炮发射与控制学报. 2007(01)
[7]近战利器现代迫击炮[J]. 宋德军. 国防科技. 2006(02)
[8]迫击炮的过去、现在和未来[J]. 张自廉,赵志合. 国防科技. 2005(11)
[9]车载炮发射动力学仿真研究[J]. 管红根,袁人枢,高树滋,何永,米粮川. 兵工学报. 2005(01)
[10]自行火炮有限元参数化建模方法[J]. 楚志远,杨国来,陈运生. 南京理工大学学报(自然科学版). 2002(02)
博士论文
[1]自行火炮弹炮多体发射系统动力学仿真研究[D]. 陈世业.南京理工大学 2013
[2]车载式火炮刚柔耦合发射动力学研究[D]. 曾晋春.南京理工大学 2010
[3]车载炮动态非线性有限元仿真研究[D]. 葛建立.南京理工大学 2007
[4]多目标优化方法研究及其工程应用[D]. 安伟刚.西北工业大学 2005
[5]多柔体系统参数化模型及其在火炮中的应用研究[D]. 杨国来.南京理工大学 1999
硕士论文
[1]某舰炮参数化建模及仿真研究[D]. 陈帅.南京理工大学 2015
[2]基于刚柔耦合动力学的火炮射击稳定性优化[D]. 王飞.南京理工大学 2015
[3]某迫榴式轻型牵引火炮的发射动力学分析研究[D]. 宋焦.南京理工大学 2014
[4]迫击炮弹末制导控制系统仿真研究[D]. 闫向远.沈阳理工大学 2014
[5]基于弹炮耦合的火炮非线性动态特性分析与研究[D]. 林秉奇.南京理工大学 2013
[6]基于ANSYS的遗传算法在框架结构优化中的应用[D]. 杜保平.西安建筑科技大学 2011
[7]城轨车辆碰撞及端部结构优化的仿真研究[D]. 车全伟.大连交通大学 2010
[8]基于遗传算法的多目标优化问题的研究与应用[D]. 徐磊.中南大学 2007
[9]块Lanczos法及其在大跨屋盖风致响应分析中的应用[D]. 王志坤.汕头大学 2007
[10]某舰炮非线性有限元动力学分析[D]. 徐宝.南京理工大学 2007
本文编号：3393783
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 迫击炮发展和现状
1.2.2 非线性有限元法
1.2.3 火炮发射动力学
1.2.4 火炮结构优化设计
1.3 本文主要研究内容
2 迫击炮弹结构组成与膛内受力
2.1 迫击炮弹结构组成
2.2 迫击炮弹与身管配合间隙
2.3 迫击炮弹膛内受力
2.3.1 火药气体压力
2.3.2 惯性力
2.3.3 摩擦力
2.4 本章小结
3 全炮结构有限元建模与模态分析
3.1 有限元建模方法
3.2 全炮结构有限元模型
3.2.1 模型简化
3.2.2 网格划分
3.2.3 连接关系
3.3 迫击炮模态分析
3.3.1 模态分析原理
3.3.2 模态提取方法
3.3.3 模态分析步骤
3.3.4 模态分析模型
3.3.5 计算结果分析
3.4 本章小结
4 全炮动态非线性有限元分析
4.1 动力学有限元基本理论
4.1.1 动力学有限元方程
4.1.2 显式积分方法
4.1.3 隐式积分方法
4.1.4 Abaqus中的接触算法
4.2 动态非线性有限元模型
4.2.1 内弹道基本假设
4.2.2 土壤特性
4.2.3 载荷施加及边界条件
4.3 计算结果分析
4.3.1 弹丸初速分析
4.3.2 炮口和弹丸扰动分析
4.3.3 尾翼动态强度分析
4.3.4 尾翼动态过载分析
4.4 弹炮配合间隙对尾翼折断的影响
4.4.1 间隙大小对弹丸扰动的影响
4.4.2 间隙大小对尾翼动态强度的影响
4.4.3 间隙大小对尾翼动态过载的影响
4.5 土壤特性对尾翼折断的影响
4.5.1 不同土壤对弹丸扰动的影响
4.5.2 不同土壤对尾翼动态强度的影响
4.5.3 不同土壤对尾翼动态过载的影响
4.6 本章小结
5 弹炮配合间隙优化设计
5.1 参数化结构优化方法
5.1.1 参数化优化数学模型
5.1.2 Python语言
5.2 多目标优化方法
5.2.1 多目标优化数学模型
5.2.2 NSGA-Ⅱ算法
5.3 弹炮配合间隙优化
5.3.1 目标函数的确定
5.3.2 设计变量及约束条件
5.3.3 弹炮配合间隙参数化有限元模型
5.3.4 优化结果分析
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]影响弹丸起始扰动的火炮结构参数灵敏度分析与优化研究[J]. 李强,顾克秋,王力. 火炮发射与控制学报. 2014(04)
[2]自行高炮行进间射击炮口响应特性研究[J]. 谢润,杨国来. 兵工学报. 2014(08)
[3]结构非线性有限元分析现状综述[J]. 伍霞,甘信广,王思杰. 科技创新导报. 2011(23)
[4]结合NSGA-Ⅱ算法和蒙特卡罗模拟技术实现结构的鲁棒优化[J]. 柳高洁,顾克秋. 机械设计. 2009(04)
[5]iSIGHT在多目标优化问题中的应用研究[J]. 宋保维,李楠. 火力与指挥控制. 2008(S2)
[6]某自行火炮总体结构参数灵敏度分析与优化[J]. 葛建立,杨国来,曾晋春,陈运生. 火炮发射与控制学报. 2007(01)
[7]近战利器现代迫击炮[J]. 宋德军. 国防科技. 2006(02)
[8]迫击炮的过去、现在和未来[J]. 张自廉,赵志合. 国防科技. 2005(11)
[9]车载炮发射动力学仿真研究[J]. 管红根,袁人枢,高树滋,何永,米粮川. 兵工学报. 2005(01)
[10]自行火炮有限元参数化建模方法[J]. 楚志远,杨国来,陈运生. 南京理工大学学报(自然科学版). 2002(02)
博士论文
[1]自行火炮弹炮多体发射系统动力学仿真研究[D]. 陈世业.南京理工大学 2013
[2]车载式火炮刚柔耦合发射动力学研究[D]. 曾晋春.南京理工大学 2010
[3]车载炮动态非线性有限元仿真研究[D]. 葛建立.南京理工大学 2007
[4]多目标优化方法研究及其工程应用[D]. 安伟刚.西北工业大学 2005
[5]多柔体系统参数化模型及其在火炮中的应用研究[D]. 杨国来.南京理工大学 1999
硕士论文
[1]某舰炮参数化建模及仿真研究[D]. 陈帅.南京理工大学 2015
[2]基于刚柔耦合动力学的火炮射击稳定性优化[D]. 王飞.南京理工大学 2015
[3]某迫榴式轻型牵引火炮的发射动力学分析研究[D]. 宋焦.南京理工大学 2014
[4]迫击炮弹末制导控制系统仿真研究[D]. 闫向远.沈阳理工大学 2014
[5]基于弹炮耦合的火炮非线性动态特性分析与研究[D]. 林秉奇.南京理工大学 2013
[6]基于ANSYS的遗传算法在框架结构优化中的应用[D]. 杜保平.西安建筑科技大学 2011
[7]城轨车辆碰撞及端部结构优化的仿真研究[D]. 车全伟.大连交通大学 2010
[8]基于遗传算法的多目标优化问题的研究与应用[D]. 徐磊.中南大学 2007
[9]块Lanczos法及其在大跨屋盖风致响应分析中的应用[D]. 王志坤.汕头大学 2007
[10]某舰炮非线性有限元动力学分析[D]. 徐宝.南京理工大学 2007
本文编号：3393783
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3393783.html
