某轻型牵引炮下部架体结构优化

摘要

结构优化是设计火炮部件的先进手段之一。本文以某轻型牵引炮下部架体为研究对象，研究结构优化方法在火炮关键部件后大架、前大架、下架设计中的应用，解决现有下部架体存在的不足。
　　本研究主要内容包括：⑴建立全炮动力学有限元模型，基于集中参数模型模拟下部架体与土壤之间的相互作用关系。选取五种刚度、阻尼不同的土壤类型，获得下部架体在不同土壤支撑作用下的动态特性响应规律。通过计算发现后大架最大应力较大、下架材料利用率低、下部架体支撑刚度不足等问题。⑵研究后大架焊缝建模有限元方式，确定含焊缝的后大架有限元模型，运用确定优化设计方法降低后大架应力。针对确定性优化结果可靠度与稳健性较低。本文选取确定性优化设计结果作为最初设计点，对其进行稳健性优化。通过优化后后大架结构最大应力降低且结构稳健性、可靠度提高。⑶通过灵敏度分析，选取对下部架体支撑刚度影响较大的结构参数作为设计变量，以下部架体支撑刚度最大为目标，基于参数化优化方法对下部架体组合尺寸参数进行优化，构造出拟合精度最高的RBF近似模型，选取多岛遗传算法对下部架体支撑刚度进行优化，大大提高了下部架体支撑刚度。⑷针对某轻型牵引炮下架减重设计，建立了火炮下架结构在3种典型射角工况下的有限元模型，通过计算分析可知，下架最大应力及变形较小，减重空间较大。受到传统的分层序列优化方法的启发，提出了改进的分层序列优化方法，以实现下架多工况减重设计。本文详细阐述了下架在三种工况之间的分层序列方法及各个优化层次之间约束条件的传递方式，利用拓扑方法，获得最佳材料分布，最终的减重设计效果验证了本文提出方法的有效性。