迫击炮座钣结构轻量化设计

摘要

迫击炮作为一种近战武器，其机动性能一直备受关注，而迫击炮座钣质量占全炮比重较大，其轻量化设计就显得尤为重要。 本课题结合ANSYS Workbench有限元工程技术仿真平台对迫击炮座钣进行刚度和强度分析，并在此基础上对座钣进行结构轻量化设计和材料轻量化设计。首先，通过建立座钣在中硬密实土壤中发射时的有限元模型，进行了三种典型工况下的座钣刚强度分析，得到座钣的等效应力云图、位移云图和前十阶固有频率，为后续轻量化设计提供对比依据；其次，根据座钣各部件优化权重确定优化变量，进行座钣初步结构优化，以缩小变量优化范围，而后建立座钣参数化模型，以座钣材料许用应力作为约束条件，利用尺寸优化模块对座钣进行再优化，得到结构轻量化座钣模型及其等效应力云图、位移云图，并与原座钣进行比较分析；最后，在前两者仿真结果基础上，利用ACP模块建立了钛合金筋钣架-复合材料主钣相结合的座钣模型，以两种材料强度破坏准则为约束条件，利用尺寸优化模块对其进行结构优化，得到材料轻量化座钣模型及其等效应力云图、位移云图，再次与原座钣进行比较分析。 仿真结果表明：原座钣在三种工况下都满足强度要求且尚有优化余量，其低阶固有频率远离激振频率，具有良好的刚度；结构轻量化座钣在满足强度要求的基础上较原座钣减重25.2%，且结构更加合理；材料轻量化座钣在满足强度要求的基础上较原座钣减重58.4%，且等效应力分布情况和座钣稳定性良好。本课题的研究成果对迫击炮座钣轻量化设计具有一定的理论价值与参考意义。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 迫击炮座钣

1.2.2 轻量化设计

1.3 论文内容安排

第二章 有限元分析方法及建模理论

2.1 概述

2.2 有限元分析方法简介

2.2.1 基本思想

2.2.2 ANSYS Workbench软件简介

2.3 非线性有限元方程及求解方法

2.3.1 离散方程

2.3.2 求解方法

2.4 土壤本构模型选择

1、土壤的分类

2、土壤的力学性质

3、土壤的本构模型

2.5 有限元模型建立

2.5.1 三维实体模型建立

2.5.2 定义材料属性

2.5.3 网格划分

2.5.4 定义接触类型

2.6 本章小结

第三章 座钣刚强度分析

3.1概述

3.2 迫击炮内弹道计算

3.2.1 迫击炮内弹道特点

3.2.2 迫击炮内弹道计算

3.3 座钣静力分析

3.3.1 座钣受力分析

3.3.2 射击工况选择

3.3.3 约束设置

3.3.4 仿真结果及分析

3.4 座钣模态分析

3.4.1 边界条件设置

3.4.2 仿真结果及分析

3.5 座钣瞬态动力学分析

3.5.1 边界条件与载荷设置

3.5.2 仿真结果及分析

3.5.3 动静力学仿真结果对比

3.6 本章小结

第四章 座钣结构轻量化设计

4.1 概述

4.2 座钣结构优化问题描述

1、设计变量

2、目标函数

3、约束条件

4.3 座钣结构优化过程及结果分析

4.3.1 结构初步优化

4.3.2 优化模型建立

4.3.3 优化方法选择

4.3.4 优化结果分析

4.4 座钣结构轻量化模型瞬态动力学分析

4.5 座钣结构轻量化前后仿真结果对比

1、座钣轻量化结果对比及分析

2、座钣稳定性对比及分析

4.6 本章小结

第五章 座钣材料轻量化设计

5.1 概述

5.2 座钣主体设计

5.2.1 座钣筋钣架

5.2.2 座钣复合材料主钣

5.3 材料轻量化座钣优化设计

5.3.1 复合材料层合板失效准则

5.3.2 优化模型建立

5.3.3 优化结果分析

5.4 座钣材料优化模型瞬态动力学分析

5.5 座钣材料轻量化前后仿真结果对比

1、座钣轻量化结果对比及分析

2、座钣稳定性对比及分析

5.5 本章小结

第六章 结束语

6.1 本课题主要工作与结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢