火炮抽筒系统接触碰撞动态特性与结构优化研究
发布时间：2021-11-10 08:36
在自动、半自动火炮射击过程中,负责完成抽出药筒任务的是炮闩装置中的抽筒系统。由部队训练和对越自卫反击战中的统计数据以及现有文献归纳可知,抽筒系统故障主要有两个方面:一是在抽筒过程中,药筒在抽筒力（抽筒系统产生）和抽筒阻力（弹道膛压产生）的综合作用下被“拉断”,无法完全顺利抽出;二是抽筒系统功能部件发生塑性变形甚至动态断裂,导致抽筒失效。这将导致自动火炮停止工作,影响其战斗力的充分发挥。针对上述火炮抽筒系统存在的药筒卡壳、构件塑性变形甚至断裂等问题,本文以立楔式炮闩的抽筒系统为研究对象,基于动力学理论和虚拟样机技术,对抽筒过程的接触碰撞动态特性进行了研究,并进行了抽筒系统关键部件—抽筒子的结构优化设计。首先,建立了中小口径火炮立楔式炮闩抽筒系统的三维模型,分析了抽筒过程的工作机理;运用静态弹塑性理论和非线性有限元技术对抽筒过程进行了理论分析,得出药筒不会被“拉断”的临界膛压值,并确定了恰当的抽筒时机;根据残余膛压和药筒的指定运动获得了抽筒阻力的变化规律,得出了抽筒系统动态响应的工作阻力。其次,为实现药筒指定运动下的顺利抽筒,建立了抽筒系统的连续接触动力学模型;推导出了系统各构件所需的运动...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
含矩形孔的微结构
（3）忽略温度变化对抽筒过程的影响，即不考虑药室和药筒的热变形。（4）药室只发生弹性变形，药筒发生弹塑性变形，且药筒材料采用双线性模型。按轴对称问题建立药筒和药室的有限元模型如图2.5所示，药筒和药室分别划分530和 2212 个单元，单元类型均为CAX4R。图 2.5 抽筒系统的有限元型模
第二个分析步（Step-2）模拟抽筒过程，持续 5.4ms。第三个分析步（Step-3）持续 18.6ms，模拟药筒与抽筒子分离后，药筒抽出的过程。2.4.2 药筒发射应力分析药筒在膛压作用下，除靠近底部的区域外，等效应力均超过了屈服极限，发生了不同程度的塑性变形。药筒的变形过程主要可分为贴膛前自由膨胀、贴膛后与药室共同膨胀至最大膛压、膛压下降后与药室共同收缩三个阶段。通常，药筒在贴膛前已经发生屈服，并且由于存在塑性变形，药筒在与药室共同收缩过程中，会受到药室的反向加载。图 2.7 至图 2.9 分别给出了最大膛压作用下（t=2ms）、开始抽筒时刻（t=6ms）以及分析结束时药筒和药室的应力分布云图。从图 2.7 中可以看出，最大膛压作用下的最大等效应力出现在药室内壁，达到 694MPa，而此时药筒的最大等效应力为 547MPa，位于外壁靠近底部的区域。从图 2.8 中可以看出，抽筒开始时，药筒同时受残余膛压、药室反向加载和抽筒过程的轴向拉伸，其内壁底部出现最大应力，达到 479MPa。由图 2.9可以看到，药筒完全抽出后，同样在底部内壁的圆角处仍存在 316MPa 的残余应力。
【参考文献】：
期刊论文
[1]非线性应力波传播理论的发展及应用[J]. 王礼立,任辉启,虞吉林,周风华,吴祥云,唐志平,胡时胜,杨黎明,董新龙. 固体力学学报. 2013(03)
[2]基于绝对节点坐标的柔性体碰撞仿真[J]. 虞磊,赵治华,任启鸿,任革学. 清华大学学报(自然科学版). 2010(07)
[3]《火炮结构原理》课程教学优化研究[J]. 李鹏,狄长春,陈永才,刘海平. 科技信息. 2010(13)
[4]柔性多体系统多点碰撞的理论和实验研究[J]. 刘锦阳,马易志. 上海交通大学学报. 2009(10)
[5]国外火炮动力学发展综述[J]. 王宝元,马春茂. 火炮发射与控制学报. 2009(03)
[6]多体系统动力学碰撞问题研究综述[J]. 董富祥,洪嘉振. 力学进展. 2009(03)
[7]弯曲波对含多圆孔薄板的散射与动应力集中[J]. 赵嘉喜,刘殿魁,齐辉,杨在林. 爆炸与冲击. 2008(06)
[8]某火炮自动机虚拟样机建模与仿真[J]. 曾晋春,杨国来,王晓锋. 火炮发射与控制学报. 2008(01)
[9]结构优化设计理论与方法研究进展[J]. 李晶,鹿晓阳,陈世英. 工程建设. 2007(06)
[10]椭圆孔三维应力集中及其对疲劳强度的影响[J]. 佘崇民,郭万林,孟波,张斌. 计算力学学报. 2007(02)
博士论文
[1]时域有限差分法关键技术及其应用研究[D]. 丁伟.西安电子科技大学 2007
[2]自行火炮非线性有限元模型及仿真可视化技术研究[D]. 王长武.南京理工大学 2002
硕士论文
[1]中腹摆弹机构刚—柔耦合动力特性分析及其主动振动抑制[D]. 古青波.哈尔滨工程大学 2013
[2]某火炮炮闩系统故障预测研究及关键件寿命分析[D]. 付昆.南京理工大学 2012
[3]基于ABAQUS的位移约束结构拓扑优化方法研究[D]. 张新超.长沙理工大学 2012
[4]舰炮抽壳系统非线性结构动力学分析[D]. 徐耀春.江苏科技大学 2011
[5]多体系统的刚柔耦合动力学及其在发射系统中的应用[D]. 方建士.南京理工大学 2006
[6]火炮抽壳系统的动态弹塑性分析[D]. 卓晓琪.南京理工大学 2002
本文编号：3486943
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
含矩形孔的微结构
（3）忽略温度变化对抽筒过程的影响，即不考虑药室和药筒的热变形。（4）药室只发生弹性变形，药筒发生弹塑性变形，且药筒材料采用双线性模型。按轴对称问题建立药筒和药室的有限元模型如图2.5所示，药筒和药室分别划分530和 2212 个单元，单元类型均为CAX4R。图 2.5 抽筒系统的有限元型模
第二个分析步（Step-2）模拟抽筒过程，持续 5.4ms。第三个分析步（Step-3）持续 18.6ms，模拟药筒与抽筒子分离后，药筒抽出的过程。2.4.2 药筒发射应力分析药筒在膛压作用下，除靠近底部的区域外，等效应力均超过了屈服极限，发生了不同程度的塑性变形。药筒的变形过程主要可分为贴膛前自由膨胀、贴膛后与药室共同膨胀至最大膛压、膛压下降后与药室共同收缩三个阶段。通常，药筒在贴膛前已经发生屈服，并且由于存在塑性变形，药筒在与药室共同收缩过程中，会受到药室的反向加载。图 2.7 至图 2.9 分别给出了最大膛压作用下（t=2ms）、开始抽筒时刻（t=6ms）以及分析结束时药筒和药室的应力分布云图。从图 2.7 中可以看出，最大膛压作用下的最大等效应力出现在药室内壁，达到 694MPa，而此时药筒的最大等效应力为 547MPa，位于外壁靠近底部的区域。从图 2.8 中可以看出，抽筒开始时，药筒同时受残余膛压、药室反向加载和抽筒过程的轴向拉伸，其内壁底部出现最大应力，达到 479MPa。由图 2.9可以看到，药筒完全抽出后，同样在底部内壁的圆角处仍存在 316MPa 的残余应力。
【参考文献】：
期刊论文
[1]非线性应力波传播理论的发展及应用[J]. 王礼立,任辉启,虞吉林,周风华,吴祥云,唐志平,胡时胜,杨黎明,董新龙. 固体力学学报. 2013(03)
[2]基于绝对节点坐标的柔性体碰撞仿真[J]. 虞磊,赵治华,任启鸿,任革学. 清华大学学报(自然科学版). 2010(07)
[3]《火炮结构原理》课程教学优化研究[J]. 李鹏,狄长春,陈永才,刘海平. 科技信息. 2010(13)
[4]柔性多体系统多点碰撞的理论和实验研究[J]. 刘锦阳,马易志. 上海交通大学学报. 2009(10)
[5]国外火炮动力学发展综述[J]. 王宝元,马春茂. 火炮发射与控制学报. 2009(03)
[6]多体系统动力学碰撞问题研究综述[J]. 董富祥,洪嘉振. 力学进展. 2009(03)
[7]弯曲波对含多圆孔薄板的散射与动应力集中[J]. 赵嘉喜,刘殿魁,齐辉,杨在林. 爆炸与冲击. 2008(06)
[8]某火炮自动机虚拟样机建模与仿真[J]. 曾晋春,杨国来,王晓锋. 火炮发射与控制学报. 2008(01)
[9]结构优化设计理论与方法研究进展[J]. 李晶,鹿晓阳,陈世英. 工程建设. 2007(06)
[10]椭圆孔三维应力集中及其对疲劳强度的影响[J]. 佘崇民,郭万林,孟波,张斌. 计算力学学报. 2007(02)
博士论文
[1]时域有限差分法关键技术及其应用研究[D]. 丁伟.西安电子科技大学 2007
[2]自行火炮非线性有限元模型及仿真可视化技术研究[D]. 王长武.南京理工大学 2002
硕士论文
[1]中腹摆弹机构刚—柔耦合动力特性分析及其主动振动抑制[D]. 古青波.哈尔滨工程大学 2013
[2]某火炮炮闩系统故障预测研究及关键件寿命分析[D]. 付昆.南京理工大学 2012
[3]基于ABAQUS的位移约束结构拓扑优化方法研究[D]. 张新超.长沙理工大学 2012
[4]舰炮抽壳系统非线性结构动力学分析[D]. 徐耀春.江苏科技大学 2011
[5]多体系统的刚柔耦合动力学及其在发射系统中的应用[D]. 方建士.南京理工大学 2006
[6]火炮抽壳系统的动态弹塑性分析[D]. 卓晓琪.南京理工大学 2002
本文编号：3486943
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