某型速射火炮点传火装置失效机理的数值仿真与结构优化

论文摘要

采用有限元法对工程项目研发过程中出现的问题，进行复现及机理定位(特别是试验具有毁坏性的火工品)，有利于找到较优解决问题的措施，节省人力、物力，且缩短研发时间。本文对某点传火装置与系统联合试验过程中，所出现的问题进行研究，利用商用有限元分析软件MSC．Dytran对试验产生的现象作数值仿真，以寻找导致其失效的机理，并最终通过数值分析对点传火装置的结构进行改进、优化，优化结构的正确性通过试验进行验证。基于小尺寸火工品所承受瞬态冲击载荷的特点，采用具有有限元多构件接触显示积分算法的有限元分析软件MSC．Dytran，作为数值分析、仿真解算器，美国MSC．Software公司前后处理软件MSC．Patran为操作平台，在完成对失效点传火装置物理解剖的基础上，利用计算机完成点传火装置失效现象的复现，失效机理分析。利用准确复现失效现象所获得的仞始及边界条件，完成了点传火装置的结构优化及验证。主要内容为：1．对失效的点传火装置作物理解剖，完成对点传火装置失效物理描述及分析，并测量装置各零件的尺寸数据，完成试验失效现象的定量分析。并以此为标准，验证后续有限元分析所采用的初始及边界条件的正确性。2．在计算机上复现点传火装置失效现象，通过数值分析，完成点传火装置结构失效的机理分析，利用分析所获得的数据诸如应力、应变云图以及与试验结果的对比分析，完成点传火装置的定性分析。3．在明确点传火装置失效机理的基础上，通过对改进结构的计算、仿真，以及计算结果与失效现象仿真分析结果的对比，完成点传火装置结构的优化。4．对在计算机上完成的优化方案进行加工，通过试验，完成结构优化后点传火装置的验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 点传火装置失效机理数值分析及结构优化的目的和意义
• 1.1.1 目的
• 1.1.2 意义
• 1.2 课题来源
• 1.3 解决思路的提出以及主要工作
• 1.4 瞬态接触有限元法的国内外应用简述
• 1.5 论文的结构形式
• 第二章 相关理论与仿真工具
• 2.1 有限元法概述
• 2.2 计算机仿真分析软件的选择
• 2.2.1 有限元分析软件及其选用
• 2.2.2 MSC.Patran及MSC.Dytran介绍
• 2.3 有限单元方法（FEM）
• 2.4 隐式积分技术及显式积分技术
• 2.4.1 隐式方法
• 2.4.2 显式方法
• 2.4.3 两种方法的比较
• 2.5 接触理论
• 2.5.1 接触力及瞬时速度的数学表示
• 2.5.2 接触条件的数学表示
• 2.6 材料本构
• 第三章 点传火装置工作失效物理描述及分析
• 3.1 点传火装置结构描述
• 3.2 点传火装置工作原理简述
• 3.3 工作失效描述
• 3.4 失效物理描述及分析
• 3.4.1 外形对比分析
• 3.4.2 芯电极对比分析
• 3.4.3 发火电极对比分析
• 3.5 分析结论
• 第四章 点传火装置工作失效机理数值分析
• 4.1 有限元分析流程简介
• 4.2 分析过程
• 4.2.1 分析对象
• 4.2.2 边界条件
• 4.2.3 初始条件
• 4.2.4 材料参数
• 4.2.5 材料本构
• 4.2.6 关于建模的其它说明
• 4.3 计算结果分析
• 4.3.1 结构总体云图分析
• 4.3.2 绝缘塑料云图分析
• 4.3.3 芯电极云图分析
• 4.4 分析结论
• 4.5 优化措施
• 第五章 点传火装置的结构优化
• 5.1 点传火装置优化结构分析
• 5.1.1 优化后的点传火装置结构
• 5.1.2 边界条件
• 5.1.3 初始条件
• 5.1.4 材料参数
• 5.1.5 关于建模的其它说明
• 5.2 仿真结果及分析
• 5.2.1 结构总体云图分析
• 5.2.2 绝缘塑料云图分析
• 5.2.3 芯电极云图分析
• 5.3 仿真分析结论
• 第六章 点传火装置优化结构的试验验证
• 第七章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻博/硕期间取得的研究成果