炮闩抽壳机构非线性动力学分析及优化

摘要

炮闩抽壳机构作为舰炮的重要组成部分，它的主要作用是抽出炮弹发射后留在膛内的药筒，其工作性能的好坏会直接影响舰炮的持续战斗能力，甚至影响战场上的局势。因此，为提高舰炮工作的可靠性，对抽壳机构进行分析研究尤为重要。本文以某舰炮抽壳机构为研究对象，针对抽壳部件工作过程中塑性失效的问题，结合非线性有限元理论与试验设计方法对其进行结构动力学分析及优化研究。
　　主要内容如下：
　　（1）建立经典内弹道学模型模拟了膛内的动态变化，运用MATLAB软件求得了膛内压力载荷，并对比实测数据验证了结果的正确性。然后分别建立药筒抽壳阻力的数学模型与有限元模型进行理论计算与仿真模拟，并将两种方法求得的结果进行对比分析，验证了仿真结果的有效性，为后续动力学分析提供载荷数据。
　　（2）根据抽壳机构工作原理在PROE中对模型进行合理简化，运用HYPERMESH、ABAQUS进行网格单元的划分与设置，并定义各部件连接关系，完成了整个有限元模型的建立。最后选用非线性有限元显式算法对抽壳机构进行动力学分析，得到了三个关键部件的应力分布规律，找到了结构的薄弱区域，并列为优化目标。
　　（3）结合动力学仿真结果，分析了影响抽壳机构各部件动力学响应的因素，本文主要从部件质量与复进速度来进行研究，运用正交试验对抽壳机构三个关键部件进行了多目标优化分析。得到了不同因素的最优水平，进而选出单个目标的优组合，再利用矩阵分析法计算出多目标的权矩阵，从而确定最优组合方案。根据最优方案改进模型，并对比优化前后的力学特性与抽壳特性验证了模型优化的合理性。优化后抽壳部件应力得到了明显的改善，抽筒子最大应力下降了17.5％，摇臂最大应力下降了13.4％，抽壳模板最大应力下降了12.2％；优化前后系统能量变化不大，平均抛壳速度仅下降了0.36m/s，这说明抽壳机构优化后对整体的抽壳特性影响不大。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容及章节安排

1.4 本章小结

第2章 结构动力学非线性有限元分析方法

2.1 概述

2.2 动力学非线性有限元方程

2.3 动力学非线性有限元方程解法

2.4 接触问题的有限元理论

2.5 本章小结

第3章 抽壳力理论计算与有限元仿真

3.1 抽壳力形成过程分析

3.2 基于内弹道学的膛压计算

3.3 抽壳力数学模型计算

3.4 抽壳力数值模拟仿真

3.5 本章小结

第4章 抽壳机构有限元模型建立及动力学分析

4.1 抽壳机构工作原理

4.2炮闩抽壳机构有限元模型

4.3 抽壳机构非线性有限元结果分析

4.4 本章小结

第5章 基于正交试验的优化设计

5.1 正交试验设计方法理论

5.2 抽壳机构正交试验设计

5.3 试验结果分析

5.4 优化后抽壳机构结构动力学分析

5.5 本章小结

总结与展望

1.总结

2.展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术成果及参加的科研项目

致谢