典型火炮炮架静刚度分析与优化设计

论文摘要

当前火炮设计,仍然主要依赖工程师的主观经验和已有的设计规范,沿用“设计——研制——试验——修改”的反复修改路线。这造成了火炮设计的许多理性不足、火炮的研发周期长和成本高等问题。提高火炮的设计性能,缩短研发周期,降低设计成本,成为火炮设计中亟待解决的问题。随着CAE技术的发展和优化设计技术的成熟,研究新的火炮结构设计方法,设计新的高性能火炮构型具有重要意义。本文采用CAE技术和优化设计技术,以一典型火炮为对象,对其炮架进行了改进设计与优化创新设计,具体的研究工作如下：1、基于CAE技术的火炮炮架静刚度分析。基于典型火炮结构的相似性,建立了适用于典型火炮的简化力学模型,提出了检验炮架静刚度的评估方法。根据火炮力学模型建立了一典型火炮初始设计的有限元模型,进行了多工况下的静力计算,对其静刚度进行了初步的评估,并对炮架的整体变形与应力分布进行了详细分析。结果表明,该炮架静刚度弱,整体变形过大,需要对炮架中支撑刚度弱的部位进行强化。2、基于CAE技术的火炮炮架的改进设计。根据对火炮初始设计的计算分析,确定影响炮架静刚度的薄弱部位,对炮架进行了两个阶段的改进设计,并对改进设计进行了静刚度评估。评估结果表明,改进设计大大提高了炮架的静刚度,这对火炮性能提升有很明显的作用。同时发现,基于CAE技术对炮架的改进存在反复性,不能对结构进行全面彻底的改进等问题。3、基于拓扑优化技术的火炮炮架的创新设计。以炮架的最大刚度为优化目标,最大限度的提高炮架的静刚度,建立了火炮的拓扑优化设计的数学模型,依靠现有的商业软件(Optistruct),对炮架进行了拓扑优化设计,并对炮架进行了加筋创新构型设计与评估。结果证明,优化技术不仅避免了炮架的重复设计,而且能够更快,更有效的提高炮架的静刚度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 火炮设计的研究现状和前景
• 1.2 CAE技术的发展与应用
• 1.3 结构优化技术的发展与应用
• 1.4 本文研究内容
• 2 火炮结构的静力特性分析
• 2.1 引言
• 2.2 火炮结构模型介绍
• 2.2.1 建立典型火炮简化模型
• 2.2.2 静刚度评价指标
• 2.3 某火炮的有限元模型
• 2.4 火炮初始设计评估
• 2.4.1 火炮初始设计静刚度评估
• 2.4.2 炮架的变形与应力分析
• 2.5 小结
• 3 炮架的改进设计
• 3.1 引言
• 3.2 炮架的改进设计一
• 3.2.1 炮架的改进设计
• 3.2.2 改进设计的静刚度评估
• 3.2.3 改进设计位移与应力分析
• 3.3 炮架的改进设计二
• 3.3.1 炮架的改进设计
• 3.3.2 改进设计的静刚度评估
• 3.4 小结
• 4 炮架拓扑优化设计
• 4.1 引言
• 4.2 炮架的拓扑优化
• 4.2.1 炮架的拓扑问题描述
• 4.2.2 拓扑优化的数学模型
• 4.2.3 火炮的优化设计结果与创新方案设计
• 4.3 创新设计的性能评估
• 4.3.1 创新设计一的性能评估
• 4.3.2 创新设计二的性能评估
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢