论文部分内容阅读
火炮发射过程是一个复杂的非线性动力学问题,以大口径火炮为研究背景,运用有限元方法理论,建立弹炮耦合全炮动力学有限元模型,在考虑挤进过程情况下对弹丸膛内运动过程进行模拟；以弹丸起始扰动来衡量火炮射击精度,分析火炮结构参量对弹丸起始扰动的影响,为火炮系统总体设计与结构设计提供依据。本文主要研究内容如下：(1)系统阐述了弹带材料弹塑性基本理论,介绍了弹带材料弹塑性变形过程中基本理论公式,为建立的弹炮耦合有限元模型中弹带材料模型提供了理论依据。重点介绍了弹带材料的本构模型,选用Johnson-Cook本构模型对弹带材料弹塑性进行模拟,考虑了弹带在挤进过程中产生的损伤累计。同时分别对弹丸挤进过程与弹丸膛内运动过程中弹丸膛内受力情况进行分析,初步得到了弹丸挤进过程中挤进阻力以及弹丸膛内运动方程,该结果可为弹丸挤进过程与膛内运动过程提供理论依据。(2)在建立好的弹炮耦合全炮动力学有限元模型基础上,改变弹带材料参数,分析对比弹带材料参数对弹丸膛内运动的影响,同时分析对比在不同摩擦性质状态下弹丸膛内运动规律,通过计算得到,弹带材料参数对弹丸膛内运动规律影响很小,但不同的摩擦性质下弹丸膛内运动规律有区别。(3)弹丸膛内运动受到诸多因素的影响,且身管几何结构复杂,如何对火炮身管部件进行有限元建模困扰着众多的火炮研究者,随着科学技术的发展,已能够实现对含坡膛结构的身管进行有限元建模；同时运用ALE网格自适应技术对弹带结构进行离散化,考虑身管在重力场产生的预弯作用,构建了含挤进过程的弹炮耦合全炮动力学有限元模型,对弹带挤进过程中弹带刻槽进行了模拟,并分析对比含挤进过程与忽略挤进过程弹丸膛内运动规律,得到挤进过程对弹丸膛内运动有很大的影响。(4)以弹炮耦合系统动力学有限元模型为基础,以弹丸出炮口时刻的角位移、角速度、速度作为弹丸运动的特征量,并以此来表征弹丸起始扰动,构建弹丸起始扰动归一化函数,衡量火炮的射击精度。分析研究火炮上架刚度、摇架刚度、身管外形等结构参量对弹丸起始扰动的影响规律,为火炮结构设计提供依据。同时,构造近似模型对上架与摇架刚度进行匹配,并采用多岛遗传算法对近似模型进行寻优计算。