迫击炮炮箍位置优化及射击密集度影响因素分析

摘要

本文以某科研项目为背景，针对120mm迫击炮提高射击稳定性和射击密集度问题，利用动态非线性有限元法和多工况结构优化方法对炮箍位置进行了优化设计，并研究了弹炮结构参数对射击密集度的影响。
　　首先建立了120mm迫击炮-弹丸-土壤耦合系统的接触碰撞有限元模型，结合显式非线性动力学仿真，获得了全炮动态响应，并分析了迫击炮发射过程中的炮口扰动和弹丸膛内运动规律。
　　采用有限元法、层次分析法、Kriging模型和遗传算法相结合的方法，进行了迫击炮炮箍位置的多工况结构优化设计。以试验数据为训练样本，建立了基于迫击炮炮箍位置与炮口扰动之间的非线性映射关系。通过构建优化目标函数，利用遗传算法进行最优求解，获得了迫击炮炮箍最优位置，并有效减少了炮口扰动，有利于提高迫击炮射击稳定性。
　　在优化模型的基础上，进一步研究了弹炮结构参数对迫击炮射击密集度的影响。选择炮箍位置、弹炮间隙和弹丸质量偏心三种因素，利用动力学仿真获得了不同情况下的弹丸起始扰动，并通过进一步的射击密集度计算，获得了弹炮结构参数对射击密集度的影响规律。
　　本文的研究方法和结果对于研究迫击炮的多工况结构优化设计，提高迫击炮的射击稳定性和射击密集度具有一定的理论意义和工程应用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 迫击炮发展及研究

1．2．2 火炮发射动力学

1．2．3 多工况结构优化

1．3 本论文所做的主要工作

2 迫击炮-弹丸-土壤系统有限元建模

2．1 引言

2．2 有限元建模方法

2．3 迫击炮-弹丸-土壤系统有限元模型

2．3．1 追击炮有限元模型

2．3．2 弹丸有限元模型

2．3．3 土壤有限元模型

2．4 连接关系

2．5 本章小结

3 全炮动态非线性有限元计算及分析

3．1 引言

3．2 动力学有限元法的基本理论

3．2．1 动力学运动方程

3．2．2 动力学仿真数值方法

3．3 非线性动力学数值仿真

3．3．1 内弹道基本假设

3．3．2 土壤特性

3．3．3 载荷与边界条件

3．4 计算结果及分析

3．4．1 弹丸初速分析

3．4．2 炮口扰动和弹丸扰动分析

3．5 本章小结

4 迫击炮炮箍位置优化设计

4．1 引言

4．2 射击工况及设计变量的选取

4．3 各工况权重系数分配

4．3．1 层次分析法

4．3．2 权重系数确定

4．4 近似模型

4．4．1 Kriging模型

4．4．2 构建近似模型

4．5 优化目标函数

4．5．1 遗传算法

4．5．2 构建优化目标函数

4．6 优化结果与分析

4．7 本章小结

5 迫击炮射击密集度影响因素分析

5．1 引言

5．2 射击密集度

5．2．1 迫击炮射击密集度的影响因素

5．2．2 射击密集度模型

5．3 炮箍位置对射击密集度的影响分析

5．4 弹炮间隙对射击密集度的影响分析

5．4．1 弹炮间隙

5．4．2 计算结果及分析

5．5 弹丸质量偏心对射击密集度的影响分析

5．5．1 弹丸质量偏心

5．5．2 计算结果及分析

5．6 本章小结

6 全文总结与工作展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

致谢

参考文献

附录