基于弹炮耦合的底排测试弹结构动态响应研究

摘要

本文采用非线性有限元理论对底排测试弹的结构动态响应进行了研究，揭示了弹炮耦合作用下弹丸的动态响应机理，并针对其中典型结构进行过载试验和仿真，为弹载关键器件的布局和抗过载设计提供了一定的参考依据。
　　分析了底排测试弹的结构组成和性能参数以及膛内的受力情况并介绍了弹载测试设备的结构和工作原理。讨论了底排测试弹膛内不同时期的运动特点及膛内各时期对弹丸存在影响的主要因素。
　　系统阐述了带膛线身管和含弹载测试装置的弹炮耦合模型的建立过程，并对边界条件和载荷施加以及预定义场的传递做了详细的说明。分析了身管重力场对底排测试弹膛内运动特性的影响;讨论了不同摩擦系数对弹丸质心过载的影响;对底排测试弹上弹尾、连接螺和弹载测试仪等关键部位最大膛压时刻的整体应力状态做了安全校核;对底排测试弹的轴向和周向加速度进行了计算，得到了过载响应规律。最后根据前文的仿真及试验中发现的底排测试弹过载响应不一致的现状总结出相关规律，并设计组合结构结合气锤冲击试验台，针对组合结构的不同位置的加速度响应做了更深入的试验和仿真研究，得到了组合结构在不同接触力和冲击速度下的加速度响应规律。
　　以上研究内容为揭示旋转弹丸膛内动力学响应机理以及弹载测试仪等关键部位的布局及抗过载设计提供了可行的理论及事实依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 弹炮耦合动力学研究现状

1．2．2 有限元非线性的发展现状

1．2．3 弹丸膛内过载及抗过载研究

1．3 主要研究内容

2 底排弹工作原理和膛内受力分析

2．1 底排弹的工作原理

2．1．1 底排弹的结构

2．1．2 底排弹的工作原理

2．2 底排弹膛内受力分析

2．2．1 火药气体压力

2．2．2 不均衡力

2．2．3 惯性力

2．2．4 导转侧力

2．2．5 定心部接触力

2．2．6 摩擦阻力

2．2．7 弹带压力

2．3 本章小结

3 弹炮耦合系统有限元建模技术与建模策略

3．1 有限元网格划分技术

3．1．1 网格单元类型和形状的选取

3．1．2 网格数量和疏密程度的选取

3．1．3 网格的质量检验

3．1．4 单元之间的网格过渡方法

3．1．5 网格处理软件的选取

3．2 线膛炮身管建模技术

3．2．1 膛线的类别

3．2．2 带膛线身管网格划分

3．3 底排弹的有限元建模策略与建模技术

3．4 弹炮耦合作用有限元模型

3．4．1 耦合模型计算方法理论

3．4．2 结合显隐算法优点的计算法在弹丸膛内发射系统中的应用

3．4．3 前提条件及相关假设

3．4．4 载荷及边界条件

3．4．5 数据传递的优势

3．5 本章小结

4 弹炮作用规律分析

4．1 弹丸膛内运动时期分析

4．1．1 约束期

4．1．2 半约束期

4．1．3 后效期

4．2 弹炮耦合系统接触碰撞有限元理论

4．2．1 一般接触界面条件

4．2．2 法向与切向接触约束关系

4．2．3 罚函数理论

4．3 动力学仿真计算结果分析

4．3．1 整体运动状态分析

4．3．2 底排测试弹关键部位强度分析

4．3．3 身管弯曲对弹丸发射特性的影响

4．3．4 不同部件典型位置应力分析

4．3．5 底排测试弹膛内周向运动特性对比

4．3．6 不同摩擦系数对弹丸膛内过载的影响

4．4 底排弹靶场试验及数据分析

4．4．1 弹载测试系统的组成

4．4．2 弹载测试软件系统工作原理

4．4．3 试验步骤

4．4．4 试验数据

4．5 本章小结

5 弹载器件过载响应及设计准则探究

5．1 测试弹不同部位过载响应

5．1．1 轴向位置对轴向过载的影响

5．1．2 周向位置对周向过载的影响

5．2 组合结构模型建立

5．2．1 组合结构及试验平台

5．2．2 数值仿真

5．3 组合结构过载影响因素探究

5．3．1 螺栓预紧力对不同位置组合结构加速度峰值响应影响分析

5．3．2 冲击速度对组合结构不同位置加速度差异响应影响分析

5．4 相关结论及设计应用初探

5．4．1 仿真结论

5．4．2 弹载器件设计安装初探

5．5 本章小结

6 总结

6．1 本文工作总结

6．2 前景与展望

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加的科学研究情况