迫击炮座钣的结构优化与轻量化设计

发布时间：2021-12-24 10:36

　　从未来作战需求来看,减轻重量、提高机动性和快速反应能力已成为迫击炮的发展趋势。根据迫击炮承担的任务,要求迫击炮在保证威力的条件下,尽可能尺寸小、重量轻,而迫击炮座钣是主要的部件,座钣轻量化是新型迫击炮关键技术之一。本文重点从座钣结构、材料两个方面,采用有限元法进行了优化设计。主要研究内容如下:本文首先对迫击炮发射过程及座钣受力进行了分析,迫击炮发射时大多以密实中硬土介质为支撑,座钣承受很大的炮膛合力,因此设计时必须充分考虑结构不能发生塑性变形,在此基础上,初步进行了座钣的结构设计。为了对结构进行详细的刚强度分析,建立了座钣与土壤耦合力学有限元模型,土壤采用半无限空间体,座钣-土壤采用非线性接触关系。使用ANSYS Workbench对不同射角下座钣在最大炮膛合力作用下的应力应变进行了仿真与分析。并设计了炮射试验测试方案,验证了仿真的合理性。在仿真与试验结果分析基础上,对材料和结构进行了进一步优化,质量比现有同口径迫击炮的座钣减轻50%,结构满足发射刚强度要求。本文在座钣优化设计、仿真及试验验证技术方面的研究成果可为迫击炮轻量化提供参考。 

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：86 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 国内外研究进展
        1.2.1 迫击炮研究的进展
        1.2.2 迫击炮座钣研究的进展
    1.3 本文的研究内容和方法
2 迫击炮座钣的结构设计
    2.1 迫击炮发射过程及座钣受力分析
        2.1.1 迫击炮的发射过程
        2.1.2 迫击炮发射时座钣的受力分析
    2.2 座钣的设计准则
        2.2.1 座钣的技术要求
        2.2.2 座钣的结构特点
        2.2.3 座钣的加强筋设计
        2.2.4 座钣的材料选用
    2.3 座钣总体结构初步设计
    2.4 本章小结
3 土力学与仿真建模方法
    3.1 概述
    3.2 土力学基本理论
        3.2.1 土的物理性质指标与工程分类
        3.2.2 土的动力性质
        3.2.3 土的本构关系
    3.3 接触问题的有限元分析方法
        3.3.1 有限元建模方法
        3.3.2 有限元接触模型
    3.4 土的无限元分析方法
        3.4.1 无限元原理及应用
    3.5 本章小结
4 迫击炮发射时座钣的载荷分析
    4.1 概述
    4.2 迫击炮发射特点
    4.3 迫击炮内弹道数学模型
    4.4 迫击炮发射时载荷计算与分析
    4.5 本章小结
5 迫击炮座钣的有限元刚强度仿真与分析
    5.1 概述
    5.2 ANSYS Workbench简介
    5.3 座钣在土壤支撑下的有限元建模
        5.3.1 座钣与土壤三维模型的建立及导入
        5.3.2 座钣与土壤的材料模型
        5.3.3 网格划分
        5.3.4 接触定义
        5.3.5 边界条件与载荷设置
    5.4 仿真结果与分析
        5.4.1 75°射角下座钣的刚强度分析
        5.4.2 85°射角下座钣的刚强度分析
        5.4.3 结果分析与对比
    5.5 本章小结
6 迫击炮发射试验与验证
    6.1 试验方案设计
    6.2 试验测试原理
    6.3 试验过程及数据分析
        6.3.1 试验过程
        6.3.2 数据获取与分析
        6.3.3 试验结果
    6.4 试验与仿真结果对比分析
    6.5 本章小结
7 座钣的材料优化设计
    7.1 概述
    7.2 优化模型的建立
    7.3 优化结果的分析
        7.3.1 优化后座钣土壤支撑下的计算结果
        7.3.2 座钣优化前后结果分析对照
    7.4 本章小结
8 座钣的结构优化设计
    8.1 概述
    8.2 三种结构方案优化模型的建立
        8.2.1 方案一优化模型的建立
        8.2.2 方案二优化模型的建立
        8.2.3 方案三优化模型的建立
    8.3 三种优化方案结果对比与分析
    8.4 本章小结
9 结论与展望
    9.1 本文总结
    9.2 应用展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]迫击炮座钣-土壤耦合发射动力学分析研究[J]. 周中佳,卜华涛,何永.  兵器装备工程学报. 2016(02)
[2]迫击炮座钣有限元分析及优化[J]. 王伟,高跃飞.  机械工程与自动化. 2014(06)
[3]迫击炮座板参数化设计系统开发[J]. 徐凤军,高跃飞,柯彪.  机械工程与自动化. 2014(03)
[4]基于ANSYS Workbench的迫击炮缓冲机模态分析[J]. 任文勇,潘玉田,刘佳,张忠营.  机械工程与自动化. 2013(02)
[5]超越:PP87式82mm迫击炮（上）[J]. 崔忠旺,宋志河.  轻兵器. 2012(12)
[6]基于AWE某迫击炮座钣瞬态动力学分析[J]. 柳云峰.  机械工程与自动化. 2011(03)
[7]迫击炮炮口制退器可行性分析[J]. 刘荣华,高跃飞,史阳东,侯栋.  弹道学报. 2010(04)
[8]背在身上的炮:M6C-640T突击队员型迫击炮[J]. 郭亚楠.  轻兵器. 2010(17)
[9]基于便携式迫击炮现有瞄准镜的射击指挥系统设计[J]. 陈兴荣,郑传文,王铭坤.  四川兵工学报. 2009(04)
[10]三维辐射无限元[J]. 谢洪阳,龚文惠,王元汉.  应用力学学报. 2008(01)

硕士论文
[1]典型火炮结构静动力分析与轻量化设计[D]. 吴雪云.大连理工大学 2011
[2]迫击炮软后坐技术研究[D]. 罗正.南京理工大学 2011
[3]某轻型迫击炮全炮动力学仿真分析[D]. 佘凯.南京理工大学 2009
[4]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
[5]某车载自动迫击炮全炮动力学仿真[D]. 邬欣明.南京理工大学 2008



本文编号：3550332