结构优化及其在轻型火炮设计中的应用
发布时间：2021-12-09 12:33
结构优化是火炮部件轻量化设计的关键技术之一。本文以轻型火炮结构优化为研究背景,研究结构优化方法及其在火炮关键部件后大架、摇架设计中的应用。研究内容有：（1）建立了后大架-下架后支臂-土壤相互作用静力学有限元模型,采用有限元-无限元混合单元模拟土壤半无限空间体,分析了后大架的结构性能。（2）建立了后大架最大应力和质量多目标参数优化设计的数学模型,采用改进非支配序列遗传算法（NSGA-Ⅱ）进行寻优计算,获得了后大架质量与后大架最大应力的Pareto解集作为确定性优化设计的最优解。（3）对后大架焊缝及热影响区应力进行6-sigma（?）急健性评估,指出确定性优化设计结果在可靠性方面的问题,针对这一问题对后大架进行了6-sigma（?）急健性优化设计。（4）针对摇架的运动与受力特点,建立了多工况静力学有限元模型分析摇架的结构性能,研究了变密度法拓扑优化中一些关键参数的设置问题,阐述了单工况静力学拓扑优化在摇架减重孔设计中的局限性,提出了一种基于拓扑优化和分层序列优化方法的优化设计策略对摇架进行多工况协同优化,并将该策略成功应用于摇架减重孔设计中。上述研究在轻型火炮部件的研制、结构优化理论及工程...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 结构优化当前应用研究分析
1.3 结构优化在火炮工程上的应用现状
1.4 本文研究的主要对象
1.5 本文的主要研究内容及方法
2 结构优化理论与方法
2.1 结构优化概述
2.2 参数化结构优化方法
2.2.1 概述
2.2.2 参数化优化的数学模型
2.2.3 优化算法
2.2.4 Python语言在Abaqus软件中的应用简介
2.3 拓扑优化方法
2.3.1 基本理论
2.3.2 变密度法拓扑优化
2.4 结构稳健优化方法
2.5 本章小结
3 火炮后大架有限元建模与分析
3.1 概述
3.2 后大架-下架后支臂-土壤相互作用有限元模型
3.2.1 概述
3.2.2 土壤本构模型简介
3.2.3 无限元及其在土壤结构建模中的应用
3.2.4 主要部件及其相互作用有限元建模
3.3 有限元分析结果与后大架结构存在的问题
3.4 本章小结
4 火炮后大架优化设计
4.1 概述
4.2 火炮后大架参数化有限元模型
4.3 后大架多目标优化数学模型
4.4 近似模型构造
4.5 多目标确定性结构优化算法原理与实现流程
4.6 确定性优化结果分析
4.7 面向焊接质量的稳健性优化设计
4.8 最终优化结果分析
4.9 本章小结
5 火炮摇架减重孔优化设计研究
5.1 概述
5.2 摇架静力学拓扑优化模型
5.2.1 摇架的受力分析
5.2.2 摇架静力学有限元分析
5.2.3 拓扑优化的数学模型
5.3 基于静力学拓扑优化与分层序列优化的摇架减重孔设计策略
5.3.1 单工况静力学拓扑优化在摇架减重孔设计中的局限性
5.3.2 摇架减重孔的多工况拓扑优化策略
5.3.3 优化设计过程及结果分析
5.4 本章小结
6 结束语
6.1 本文工作小结
6.2 展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于近似模型管理的微小卫星结构多目标优化设计[J]. 郑侃,廖文和,张翔. 中国机械工程. 2012(06)
[2]无限元应用于土石坝坝基远场探讨[J]. 代凌辉,唐新军,徐千军. 人民黄河. 2012(02)
[3]基于参数优化的炮塔轻量化设计[J]. 葛建立,过斌,杨国来,陈运生. 火炮发射与控制学报. 2011(04)
[4]渐进结构优化法（ESO）和双向渐进结构优化法（BESO）的近期发展[J]. 谢亿民,黄晓东,左志豪,唐继武,荣见华. 力学进展. 2011(04)
[5]基于NSGA-Ⅱ算法的多连杆悬架多目标优化[J]. 奉铜明,钟志华,闫晓磊,陈瑜. 汽车工程. 2010(12)
[6]拉丁方与正交拉丁方的应用和构造[J]. 刘秀梅. 宁德师专学报(自然科学版). 2010(04)
[7]Shape optimization of 3D curved slots and its application to the squirrel-cage elastic support design[J]. WANG Dan,ZHANG WeiHong*,WANG ZhenPei & ZHU JiHong Engineering Simulation and Aerospace Computing,The Key Laboratory of Contemporary Design & Integrated Manufacturing Technology,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710072,China. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2010(10)
[8]多学科优化设计在热成形车架轻量化中的应用[J]. 胡朝辉,成艾国,钟志华. 中国机械工程. 2010(06)
[9]基于动力学仿真的舰炮基座结构拓扑优化设计[J]. 朱孙科,马大为,何勇,于存贵,乐贵高. 系统仿真学报. 2009(20)
[10]高速动车组铝合金车体结构优化策略[J]. 佟维,刘晓雪. 计算力学学报. 2009(03)
博士论文
[1]连续体结构拓扑优化理论及其在炮塔结构设计中的应用研究[D]. 杜春江.南京理工大学 2008
[2]基于Kriging方法的结构可靠性分析及优化设计[D]. 张崎.大连理工大学 2005
[3]连续体结构拓扑优化理论与应用研究[D]. 左孔天.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]超轻型火炮摇架结构优化[D]. 钱辉仲.南京理工大学 2012
[2]基于可靠度的随机参数结构优化设计[D]. 郭伟.西安电子科技大学 2011
[3]轻量化牵引火炮动力学分析与优化研究[D]. 周成.南京理工大学 2011
[4]基于组合优化算法的结构稳健优化设计方法研究与应用[D]. 项立银.南京理工大学 2011
[5]自行火炮结构动力学分析及优化设计研究[D]. 柳高洁.南京理工大学 2009
[6]迫击炮座钣的结构分析与优化设计[D]. 马洪锋.南京理工大学 2009
[7]轻量化牵引火炮全炮动态应力分析[D]. 刘达.南京理工大学 2008
[8]炮尾炮闩结构的多目标优化及稳健设计[D]. 赵旅.南京理工大学 2008
[9]大客车车身骨架结构拓扑优化设计[D]. 赵永辉.武汉理工大学 2008
[10]非支配排序遗传算法（NSGA）的研究与应用[D]. 高媛.浙江大学 2006
本文编号：3530639
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 结构优化当前应用研究分析
1.3 结构优化在火炮工程上的应用现状
1.4 本文研究的主要对象
1.5 本文的主要研究内容及方法
2 结构优化理论与方法
2.1 结构优化概述
2.2 参数化结构优化方法
2.2.1 概述
2.2.2 参数化优化的数学模型
2.2.3 优化算法
2.2.4 Python语言在Abaqus软件中的应用简介
2.3 拓扑优化方法
2.3.1 基本理论
2.3.2 变密度法拓扑优化
2.4 结构稳健优化方法
2.5 本章小结
3 火炮后大架有限元建模与分析
3.1 概述
3.2 后大架-下架后支臂-土壤相互作用有限元模型
3.2.1 概述
3.2.2 土壤本构模型简介
3.2.3 无限元及其在土壤结构建模中的应用
3.2.4 主要部件及其相互作用有限元建模
3.3 有限元分析结果与后大架结构存在的问题
3.4 本章小结
4 火炮后大架优化设计
4.1 概述
4.2 火炮后大架参数化有限元模型
4.3 后大架多目标优化数学模型
4.4 近似模型构造
4.5 多目标确定性结构优化算法原理与实现流程
4.6 确定性优化结果分析
4.7 面向焊接质量的稳健性优化设计
4.8 最终优化结果分析
4.9 本章小结
5 火炮摇架减重孔优化设计研究
5.1 概述
5.2 摇架静力学拓扑优化模型
5.2.1 摇架的受力分析
5.2.2 摇架静力学有限元分析
5.2.3 拓扑优化的数学模型
5.3 基于静力学拓扑优化与分层序列优化的摇架减重孔设计策略
5.3.1 单工况静力学拓扑优化在摇架减重孔设计中的局限性
5.3.2 摇架减重孔的多工况拓扑优化策略
5.3.3 优化设计过程及结果分析
5.4 本章小结
6 结束语
6.1 本文工作小结
6.2 展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于近似模型管理的微小卫星结构多目标优化设计[J]. 郑侃,廖文和,张翔. 中国机械工程. 2012(06)
[2]无限元应用于土石坝坝基远场探讨[J]. 代凌辉,唐新军,徐千军. 人民黄河. 2012(02)
[3]基于参数优化的炮塔轻量化设计[J]. 葛建立,过斌,杨国来,陈运生. 火炮发射与控制学报. 2011(04)
[4]渐进结构优化法（ESO）和双向渐进结构优化法（BESO）的近期发展[J]. 谢亿民,黄晓东,左志豪,唐继武,荣见华. 力学进展. 2011(04)
[5]基于NSGA-Ⅱ算法的多连杆悬架多目标优化[J]. 奉铜明,钟志华,闫晓磊,陈瑜. 汽车工程. 2010(12)
[6]拉丁方与正交拉丁方的应用和构造[J]. 刘秀梅. 宁德师专学报(自然科学版). 2010(04)
[7]Shape optimization of 3D curved slots and its application to the squirrel-cage elastic support design[J]. WANG Dan,ZHANG WeiHong*,WANG ZhenPei & ZHU JiHong Engineering Simulation and Aerospace Computing,The Key Laboratory of Contemporary Design & Integrated Manufacturing Technology,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710072,China. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2010(10)
[8]多学科优化设计在热成形车架轻量化中的应用[J]. 胡朝辉,成艾国,钟志华. 中国机械工程. 2010(06)
[9]基于动力学仿真的舰炮基座结构拓扑优化设计[J]. 朱孙科,马大为,何勇,于存贵,乐贵高. 系统仿真学报. 2009(20)
[10]高速动车组铝合金车体结构优化策略[J]. 佟维,刘晓雪. 计算力学学报. 2009(03)
博士论文
[1]连续体结构拓扑优化理论及其在炮塔结构设计中的应用研究[D]. 杜春江.南京理工大学 2008
[2]基于Kriging方法的结构可靠性分析及优化设计[D]. 张崎.大连理工大学 2005
[3]连续体结构拓扑优化理论与应用研究[D]. 左孔天.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]超轻型火炮摇架结构优化[D]. 钱辉仲.南京理工大学 2012
[2]基于可靠度的随机参数结构优化设计[D]. 郭伟.西安电子科技大学 2011
[3]轻量化牵引火炮动力学分析与优化研究[D]. 周成.南京理工大学 2011
[4]基于组合优化算法的结构稳健优化设计方法研究与应用[D]. 项立银.南京理工大学 2011
[5]自行火炮结构动力学分析及优化设计研究[D]. 柳高洁.南京理工大学 2009
[6]迫击炮座钣的结构分析与优化设计[D]. 马洪锋.南京理工大学 2009
[7]轻量化牵引火炮全炮动态应力分析[D]. 刘达.南京理工大学 2008
[8]炮尾炮闩结构的多目标优化及稳健设计[D]. 赵旅.南京理工大学 2008
[9]大客车车身骨架结构拓扑优化设计[D]. 赵永辉.武汉理工大学 2008
[10]非支配排序遗传算法（NSGA）的研究与应用[D]. 高媛.浙江大学 2006
本文编号：3530639
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3530639.html
