某型车载炮炮口冲击波作用下的车辆驾驶室疲劳分析与优化

摘要

车载式自行火炮巧妙地将牵引火炮与轮式车辆结合起来，具有精确打击能力和战术机动性强等优势。车载榴弹炮的设计围绕轮式车辆和自行火炮整体化的思想展开，在设计中很关键的一环就是考虑火炮发射过程中炮口气流对车身的冲击破坏，这将直接影响整车系统的布置与安全性能。本文以此为目标开展研究，以某型155mm车载榴弹炮的驾驶室为研究对象，综合计算流体力学、瞬态动力学、疲劳耐久性以及车身结构优化等方面的理论与分析方法，利用有限元建模与分析软件，通过数值仿真得到驾驶室在火炮发射时受到炮口冲击波作用的瞬态动力学响应及疲劳损伤结果，并针对结构薄弱区域提出优化改进方案。
　　论文首先介绍了炮口气流现象，明确了带有制退器的火炮发射时的炮口冲击波属于三维非定常欠膨胀波，分别建立了两种极限工况下的有限元模型，利用计算流体力学软件进行求解，并得到了冲击波超压在驾驶室表面的分布。通过对比试验与数值仿真结果，验证了该模型及结果的正确性。
　　根据该型驾驶室的三维几何模型建立有限元模型，提取出监测表面的面平均超压．时间历程数据作为载荷，计算驾驶室在冲击波作用下的瞬态动力学响应，得出受冲击影响较为严重的区域，并将计算结果作为输入，运用疲劳分析软件模拟驾驶室在受到火炮多次发射冲击后的疲劳损伤情况。
　　根据前面的计算结果，针对驾驶室顶部区域进行了多目标优化，并针对不同的薄弱区域提出改进措施，综合多目标优化与改进措施作为驾驶室整体优化方案，再次进行数值计算，验证优化方案的有效性。本文的研究结果对车载榴弹炮的车身设计及改进具有较强的指导意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景与意义

1．2 轮式车载榴弹炮与炮口冲击波研究现状

1．2．1 轮式车载榴弹炮发展概况

1．2．2 炮口冲击波的研究现状

1．3 疲劳耐久性与结构优化研究概况

1．3．1 疲劳耐久性研究概况

1．3．2 结构优化研究概况

1．4 本文主要研究内容

2 炮口冲击波特性分析及数值模拟

2．1 炮口气流概述

2．1．1 初始流场

2．1．2 火药气体流场

2．1．3 其他炮口现象

2．1．4 带制退器的炮口流场

2．2 计算流体力学与数值仿真

2．2．1 引言

2．2．2 流体力学基本方程组

2．2．3 湍流模型介绍

2．2．4 数值模拟离散方式

2．3 炮口冲击波数值模拟分析

2．3．1 炮口冲击波的数值计算

2．3．2 某型155mm车载炮炮口冲击波仿真计算

2．4 本章小结

3 驾驶室结构冲击动态响应分析

3．1 驾驶室有限元模型的建立

3．2 驾驶室在冲击波作用下的动态响应

3．2．1 流固耦合技术

3．2．2 瞬态响应分析

3．2．3 驾驶室的动态响应

3．3 本章小结

4 驾驶室结构在炮口冲击作用下的疲劳损伤分析

4．1 疲劳分析理论基础

4．1．1 疲劳的定义及特点

4．1．2 疲劳累计损伤理论

4．1．3 疲劳寿命的分析方法

4．1．4 疲劳的有限元分析方法

4．2 驾驶室的疲劳损伤分析

4．2．1 定义载荷-时间序列

4．2．2 疲劳破坏类型和疲劳设计方法的确定

4．2．3 定义材料参数

4．2．4 疲劳损伤计算

4．2．5 疲劳损伤仿真结果分析

4．3 本章小结

5 驾驶室结构优化

5．1 车身结构优化概述

5．2 驾驶室优化方案

5．3 整体优化方案的计算与分析

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间参与的科学研究情况