枪械关重件疲劳可靠性设计分析

摘要

本文以某型枪械击针与拉壳钩等关重件为研究对象，分析了基于有限元和代理模型的关重件局部应力与应变分布规律，研究了基于疲劳失效下的击针和拉壳钩寿命可靠性问题，最后通过概率-区间混合变量对击针进行疲劳可靠性分析与参数影响优化。本论文主要对以下几个问题进行分析与研究: (1)考虑枪弹发射过程中的主要影响因素，以某枪械击针和拉壳钩为研究对象，建模时对影响较小的因素予以忽略或简化处理。结合该枪模型的几何形状、受载特性及有限元分析的目标，利用随机有限元法建立仿真模型并进行分析，充分考虑重要边界条件和材料参数对关重件局部应力应变的影响。 (2)针对击针、拉壳钩等自动武器复杂部件，其真实物理性能模型通常很复杂，目标性能与设计变量之间一般不能输出显式的函数关系式。在不降低模型精度情况下，以击针和拉壳钩为例，借助代理模型分析手段，利用应力应变仿真分析结果，从尺寸、材料常数以及初始条件等参数中定义随机输入变量，建立Kriging插值模型。最后得到了击针和拉壳钩危险界面的等效应力与随机输入变量的关系曲面。 (3)通过上述有限元仿真分析，获得关重件危险截面处节点的应力-时间历程曲线，对应力谱进行雨流计数法处理，结合Neuber公式进行关重件危险节点的局部应力应变分析，最后根据Miner损伤累积模型估算部件的疲劳寿命。采用退化数据统计方法，对击针的疲劳寿命进行可靠性分析与预测;另外拟合了击针和拉壳钩疲劳损伤退化量的分布函数，并由此退化数据分析评估了击针和拉壳钩的可靠性。 (4)对于传统可靠性分析必须基于概率统计理论，而概率理论要求大样本存在或事件具备可重复性来刻画概率参数的缺陷，引入了区间变量来描述复杂零件某些因样本缺乏的参数，提出了一种基于概率-区间混合变量的自动武器关重件的疲劳可靠性分析方法。最后结合了不确定性理论与优化方法，以击针为例，研究了在具有不确定情况下的可靠性优化设计方法。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1选题的背景及意义

1．2可靠性工程的研究现状

1．3有限元法在枪械关重件分析中的应用现状

1．3．2拉壳钩应力-应变分布的研究

1．4结构设计代理模型研究现状

1．5疲劳可靠性的研究现状

1．6概率-区间混合变量的可靠性问题的研究现状

1．7本论文的主要研究工作

2基于有限元分析的关重件局部应力-应变变化规律

2．1引言

2．2某型自动武器结构特点

2．3击针应力与应变分析

2．3．1几何模型的建立

2．3．2材料模型与网格划分

2．3．3载荷与边界条件

2．3．4仿真结果与分析

2．3．5击针应力的影响因素方差分析

2．4拉壳钩应力与应变分析

2．4．1抽壳阻力的计算

2．4．2拉壳钩几何模型的建立

2．4．3 拉壳钩的网格划分与材料模型

2．4．4拉壳钩的载荷与边界条件

2．4．5拉壳钩的仿真结果与分析

2．5本章小结

3基于Kriging模型的枪械关重件应力分析

3．1引言

3．2 Kriging模型的建立

3．2．1多项式回归模型

3．2．2相关函数的类型及选择

3．2．3 Kriging模型的评估

3．3试验设计方法

3．3．1正交设计

3．3．2拉丁超立方设计

3．4基于Kriging模型的击针应力分析

3．4．1基于响应面法的击针应力分析

3．4．2击针应力Kriging模型的建立

3．4．3试验数据的抽样

3．4．4击针应力的原始曲面

3．4．5击针应力的Kriging近似曲面

3．5基于Kriging模型的拉壳钩应力分析

3．6本章小结

4枪械关重件的疲劳寿命及其可靠性分析

4．1引言

4．2击针与拉壳钩的失效判据分析

4．3．1应变-寿命关系曲线

4．3．2疲劳参数的确定

4．4疲劳寿命的预测方法

4．4．1 Neuber公式

4．4．2 Neuber局部应力-应变分析法

4．5击针疲劳损伤的计算

4．5．1雨流计数法

4．5．2击针局部应力与应变计算

4．5．3击针疲劳损伤的计算

4．5．4击针疲劳寿命的Neuber公式预测

4．5．5击针疲劳寿命的修正Manson公式估算

4．5．6拉壳钩疲劳寿命的估算

4．6击针疲劳损伤概率的统计分析

4．6．1确定随机变量

4．6．2蒙特卡洛抽样与拟合

4．7击针疲劳寿命可靠性分析

4．7．1退化数据统计分析的基本概念

4．7．2击针疲劳损伤退化模型的建立

4．7．3平均寿命预测

4．7．4击针的疲劳寿命可靠性分析

4．8拉壳钩疲劳寿命可靠性分析

4．8．1确定随机变量

4．8．2蒙特卡洛抽样与拟合

4．9本章小结

5概率-区间混合变量的疲劳可靠性设计分析

5．1引言

5．2仅含概率变量的可靠性分析

5．3考虑概率-区间混合变量的可靠性分析

5．3．1概率-区间混合模型的建立

5．3．2基于响应面的概率-区间混合变量可靠性求解

5．3．3响应面模型的构建

5．3．4 混合可靠性分析的算法流程

5．4应用实例分析

5．5基于随机有限元法的击针可靠性分析

5．5．1随机有限元法简介

5．5．2变量的确定

5．5．3基于ANSYS的结构混合可靠性分析方法

5．5．4基于概率-区间混合可靠性分析的击针的参数影响分析

5．6本章小结

6总结与展望

6．1总结

6．2展望

致谢

参考文献

附录