舰炮身管的模态分析与多目标优化

舰炮的炮口扰动是影响舰炮射击精度的重要因素。为了减少舰炮的炮口扰动,优化身管结构,建立了柔性身管的ABAQUS有限元模型,将有限元模型的模态计算值与模态试验值进行比较,发现建立的柔性身管有限元模型是合理可行的。提出了混沌量子粒子群算法与动力学联合优化的方法,进行身管和炮口的多目标优化。优化结果表明,优化后炮口中心的线速度、角速度和角位移与优化前相比显著减小,身管质量有所降低,结构更加合理,该优化方法有效可行,为下一步全炮总体优化设计提供了一定的借鉴。     

基于刚柔耦合的坦克炮发射动力学仿真分析

炮口扰动是影响坦克炮射击精度的重要因素，为研究弹丸出炮口瞬间的炮口扰动规律，基于多体动力学与有限元方法构建了坦克刚柔耦合的全车动力学仿真模型，该模型考虑了身管的柔性特性，对身管进行了模态分析，得到了身管的模态中性文件。通过仿真，对比了后坐部分最大后坐位移与最大后坐速度的试验值与仿真值，对刚柔耦合模型的仿真结果进行了验证。在此基础上，分析了刚性身管和柔性身管对炮口扰动的影响，结果表明：考虑身管柔性特性的刚柔耦合模型能够有效提高坦克炮射击仿真精度。     

遥控武器站总体结构参数优化研究

为减小遥控武器站炮口扰动以提高射击精度,建立了遥控武器站部分机构参数化三维模型、有限元模型和刚柔耦合动力学模型。基于多学科集成优化软件ModelCenter进行了系统集成,以减小炮口扰动为目标,建立了遥控武器站总体结构参数优化模型。采用多目标遗传算法对总体结构参数进行了优化,优化后炮口振动状况明显改善,与位移相关的起始撼动和与速度相关的起始扰动分别较原方案降低了17.05%和19.04%。     

线膛身管有限元网格参数化建模方法

为了精确快速地建立身管结构有限元网格模型，提出基于Python脚本语言操作单元和节点坐标的参数化建模方法，建立身管结构有限元网格模型。使用该方法能够精确地建立身管内膛(包含药室、坡膛和导向部)和外部轮廓的有限元网格模型，并进行参数化建模。以76 mm火炮身管为对象，建立身管与弹丸耦合的有限元模型，计算弹丸在身管内的全弹道运动过程，并结合相应实验进行验证。研究结果表明：该方法能够精确快速地建立身管结构有限元网格模型。     

火炮身管锥度对弹丸起始扰动的影响分析

火炮身管设计时,根据强度理论有一段圆锥段,身管圆锥段锥度的大小影响近炮口段身管刚度的大小,刚度大小对于弹丸起始扰动的影响规律值得进行研究。针对这一问题,建立某大口径火炮弹炮耦合全炮动力学有限元模型,计算不同工况下锥度为c=0°、c=0.38°、c=0.73°和c=1.17°时弹丸膛内的运动规律。分析结果表明,对建立的某大口径火炮而言,在保证身管质量、质心不变的前提下,身管锥度越小,即身管近炮口段越粗,身管近炮口段刚度越大,越有利于减小弹丸起始扰动。     

考虑自重挠度的火炮试验装置身管稳定性校核研究

针对炮口强冲击条件下身管可能出现失稳的问题,将某型火炮试验装置身管近似为一端固定、一端铰支的九阶梯变截面构件．基于有限元软件平台,提取身管各截面在重力作用下的挠度,建立具有初始挠度的身管有限元模型,并验证其在冲击条件下的稳定性．该研究结论为炮口冲击式火炮试验装置的可行性论证提供了科学依据．     

身管自重弯曲对射击精度的影响分析与修正

运用有限元方法计算出身管在自重作用下不同射角时炮口端的弯曲度，得出炮口角随射角的变化关系，分析身管自重弯曲对火炮射击精度的影响，并建立身管弯曲的修正模型。证明身管的自重弯曲是影响射击精度的不可忽略的因素，提出了一种计算弯曲度和修正射击的方法。     

身管柔性化对火炮动力后坐试验的影响研究

为研究火炮动力后坐试验过程中身管变形对火炮后坐复进运动的影响,以某自行火炮火力部分作为研究对象,基于多体动力学和有限元方法,构建了考虑身管柔性化的火力部分刚柔耦合动力学模型。该模型中,炮膛合力以样条函数的形式直接作用在炮口前端。通过仿真,对比火炮后坐部分最大后坐速度、最大后坐位移以及最大后坐速度时的后坐位移和时间的仿真值与实弹射击过程中的试验值,结果表明,采用冲击的方式进行火炮后坐模拟试验时,身管柔性特征对火炮后坐复进特性影响较小,也证明冲击式火炮后坐试验装置的研制可行性。     

大口径火炮身管热弯曲计算与试验

建立火炮在阳光照射下身管上下表面温度场、热弯曲及炮口角的计算模型。以某大口径长身管火炮为实例,计算该炮的炮口弯曲量与炮口角,进行自然阳光照射与环境模拟条件下的热弯曲试验,验证计算模型与计算结果的正确性与可信性;提出通过测量身管上下表面温度快速求取火炮身管不同环境温度及温差下的弯曲量与炮口角的工程应用方法。     

基于模态分析方法的管道导波频散曲线计算

推导了管道中导波传播的有限元方程,使用 ANSYS 有限元软件建立了管道模型;对导波进行模态分析,得到了管道模型的一系列特征频率与振型,通过对管道振型的模态识别,提取了管道中各模态导波的模态特征,计算得到了管道中导波的频散曲线,该曲线与解析法所得到的频散曲线相吻合。该方法可以应用于周期性重复组合的任何结构（如横截面固定的杆、板、管）中导波的频散曲线计算。     

某舰炮托架多目标拓扑优化设计

为避免单目标拓扑优化无法考虑其他因素的缺点,通过基于密度法中的SIMP法,采用折衷规划法定义了多目标拓扑优化。以某舰炮为例,对其托架进行了多目标拓扑优化,得到了同时满足舰炮射角为0°、49°和方向角为0°时刚度最大以及动态低阶振动频率最大要求的舰炮托架的拓扑结构,并根据此优化对托架进行了结构重新改进和有限元的验证,表明了该优化设计方法的可行性。对于舰炮托架结构改进设计具有工程应用价值,对其他一般机械结构问题也提供了一种设计思路。     

舰炮反导系统总体结构分析及其优化决策

本文对现有国际上10余种舰炮近程反导系统的总体配置、探测传感器安装位置和种类、杀伤命中机制、自动机型式、弹—炮结合及炮座安装型式等进行了分析对比,并采用价值工程模糊综合决策法(VEFDM)对其总体结构方案进行了优化决策,从而为火炮总体优化设计提供一定的参考依据。     

基于耳轴轴承非线性的炮口响应分析

针对火炮耳轴轴承接触的非线性问题进行研究,推导了耳轴轴承接触刚度计算式,提出在ADAMS中考虑间隙和接触非线性的转动铰建模方法．基于多体动力学和接触理论,建立考虑耳轴轴承间隙的某自行火炮发射动力学模型,并对不同间隙水平下的炮口垂向扰动情况进行分析．仿真结果表明：由于非线性的存在,随着间隙水平的增加,3个垂向扰动指标（角位移、速度、角速度）并非单调或线性变化,但其在取值区间上存在一个平稳值（0．22-0．28mm）,耳轴间隙在该范围内能够保证射击精度的稳定性．     

Design optimization for a launching system with novel structure

A launching system with novel structure using optimization method is investigated to improve the muzzle velocity of guns in this article. This system has two tandem chambers of which the front one is ignited first and the other is ignited after a while. The launching process of this novel system is modelled and a series of different schemes are simulated, to discover the interior ballistic performance of this novel launching system. In order to obtain the optimal loading conditions, an optimization model combined with the combustion model is established. The optimal schemes can improve the muzzle velocity by 20.6% without changing the parameters of barrel. It means that this novel launch system could improve the interior ballistics performance significantly and it still has considerable potential to be ameliorated.     

某自动步枪身管内膛破坏特点研究

通过枪管的寿命试验,获取该枪的寿命值。利用MATLAB进行二项式曲线拟合,得到枪管的初速预测模型,并根据内膛表面形貌和断面形貌的显微图像,找出内膛破坏的特点及枪管寿终原因,为今后身管武器研究提供一定的借鉴作用。     

Numerical investigation of dynamic interaction with projectile and harmonic behaviour for T-finned machine gun barrels

Machine gun barrels differ from their rifle counterparts in terms of profile. To support high rates of sustained fire, machine gun barrels are made thicker in order to dissipate more heat and maintain their flexural rigidity and thus accuracy, but on other hand they also contribute in weight addition to weapon. This investigation deals with comparison between a conventional machine gun barrel and an improved innovative design having T-fins, both having same weight and chambered in 5.56 × 45 NATO ammunition, to compare their structural and harmonic characteristics which were parameterized by factors such as modal spectrum, directional deformation at muzzle ends during a single shot fire and harmonic behaviour at corresponding range of exciting frequencies. The solid models of both the barrels having same weight, were created using Solidworks. The continuous input data functions were generated by MATLAB using the field tested discreet data points. The generated velocity-distance functions were converted into time dependent functions using integration algorithms to calculate transient parameters such as time steps, excitation frequency range, angle of rotation of projectile and its angular velocity. The dynamic condition simulated the varying nature of forces due to eccentricity in projectile and this data was fed to a time step study using ANSYS transient structural work bench followed by modal and harmonic analysis. The results showed a significant reduction in muzzle end deformation which thus proved that the T-finned barrel, although had same weight as that of the conventional one, but had better structural and harmonic characteristics, and hence it would inherit better firing accuracy.