某舰炮中腹摆弹机摆体结构设计与优化及疲劳分析

摘要

随着信息化技术的发展和近现代作战局势的变化，各类新型技术被充分利用于武器的研发。火炮是水面舰载不可或缺的作战武器，加强对舰炮武器性能的研究，缩短开发周期，降低生产成本在舰炮武器的设计研发中是至关重要的。本论文针对某型大口径中腹摆弹机执行部分摆臂结构最优化设计及其疲劳特性展开研究。
　　本文首先对国内外舰炮的相关研究及相关技术做了详细分析，总结了基于有限元法的优化设计和疲劳分析技术，为课题的开展奠定理论基础。
　　基于某大口径中腹摆弹机的结构设计，将摆体运动的每个瞬态视为一个静态，分析了某大口径中腹摆弹机的摆臂结构受载荷状况，将摆体所受自由度约束、集中力和惯性载荷共分成六个方向的分量，完成了摆体结构载荷的模拟，基于MATLAB数值仿真获得了相关数据。
　　以摆体的总体积为目标函数，应力最大值和位移变化最大值为状态变量，选定各板厚为设计变量，对摆体的主要板件截面厚度进行了优化设计。在保证摆体整体结构强度满足设计指标的前提下，使总体积下降8.1％，优化效果较为显著。
　　基于对摆体的模态分析获得相应的临界转速分别为：1448r/min、2018r/min、4780r/min、4822r/min、5690r/min和5838r/min。为了防止共振的发生，实际工作时应予以避免。通过自由模态和约束模态的对比分析出约束对结构整体的振动特性的影响。
　　对摆体进行疲劳寿命分析，估算摆体寿命，并对优化前后的摆体寿命进行对比，得出结论：优化前后摆体寿命较低的区域分布均与高应力区域分布有关。探讨了大口径中腹摆弹机摆体结构疲劳特性的影响因素：摆体旋转角加速度?对摆体结构的疲劳特性有较大的影响；材料的固有属性越优结构安全系数越大，疲劳寿命越长；零件表面粗糙度越大，结构的安全系数越小，结构的疲劳寿命也越短。为摆体样机的加工制造过程中加工工艺的改进提供了参考。
　　最后对本课题所做研究进行了总结，并指出研究过程中存在的一些不足，需要开展更多的研究工作，以完善大口径中腹摆弹装置的设计与分析。

目录

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目录

第1章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 舰炮的研究现状

1.3 主要研究内容及章节安排

1.4 本章小结

第2章 优化设计理论和疲劳分析理论研究

2.1 某大口径中腹摆弹机摆体优化设计理论与方法的研究

2.2 某大口径中腹摆弹机摆体疲劳分析理论与方法的研究

2.3 本章小结

第3章 某大口径中腹摆弹机结构设计

3.1 大口径中腹摆弹机设计目标

3.2 大口径中腹摆弹机结构设计

3.3 大口径中腹摆弹机链传动系统的设计校核

3.4 本章小结

第4章 大口径中腹摆弹机摆体的优化设计

4.1 大口径中腹摆弹机传动机构动力学建模

4.2 摆体有限元模型的建立

4.3 摆体静力学分析及结果

4.4 摆体主要板件板厚优化设计

4.5 本章小结

第5章 大口径中腹摆弹机摆体的模态分析

5.1 模态分析理论

5.2 大口径中腹摆弹机摆体的自由模态分析

5.3 大口径中腹摆弹机摆体的约束模态分析

5.4摆体自由模态与约束模态的对比分析

5.5 本章小结

第6章 大口径中腹摆弹机摆体的疲劳特性分析

6.1 摆体六个载荷步的静力学分析

6.2 基于ANSYS-FE-SAFE的疲劳特性分析

6.3 大口径中腹摆弹机摆体疲劳特性影响因素的研究

6.4 本章小结

结论与展望

总结

展望

参考文献

附录

附录1 动力学求解代码

附录2 APDL代码

攻读硕士期间所发表的学术论文及参加的科研项目

致谢