彈丸起始擾動是影響火炮射擊精度的主要因素之一。本文以某大口徑輕型牽引火炮為研究對象,建立彈炮耦合全炮動力學有限元模型來描述火炮的射擊過程,重點研究相關(guān)參數(shù)對彈丸膛內(nèi)運動和彈丸起始擾動的影響規(guī)律,進而研究減小彈丸起始擾動的火炮結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方法,為提高火炮射擊精度的火炮結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計提供參考依據(jù)和技術(shù)途徑。本文的主要研究內(nèi)容如下：(1)討論了動力學分析中的非線性特性,闡述了非線性有限元動力學分析方法及其應用,為建立火炮發(fā)射動力學有限元模型奠定了理論基礎�？紤]彈丸與身管膛線的接觸／碰撞作用,建立了彈丸與身管耦合的有限元模型,綜合利用顯式和隱式求解方法各自的優(yōu)勢建立了彈炮耦合全炮動力學有限元模型,并在此基礎上實現(xiàn)了彈炮耦合全炮動力學有限元模型的參數(shù)化,為下文彈丸起始擾動的分析與優(yōu)化提供了研究平臺。(2)分析了影響火炮射擊精度的誤差源、彈丸起始擾動的形成過程、彈丸起始擾動對火炮射擊密集度的影響情況以及影響彈丸起始擾動的具體因素。在某大口徑輕型牽引火炮彈炮耦合全炮動力學有限元模型的基礎上,以彈丸豎直和水平方向角位移、角速度、速度作為彈丸運動特征量,同時以彈丸出炮口時刻豎直和水平方向的角位移、角速度、速度表征彈丸起始擾動,從彈炮相互作用參數(shù)、火炮部分結(jié)構(gòu)參數(shù)、不同土壤支撐等三個方面,計算并分析了部分因素對彈丸膛內(nèi)運動和彈丸起始擾動的影響規(guī)律,為相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)設計提供參考依據(jù)。(3)結(jié)合某大口徑輕型牽引火炮結(jié)構(gòu)減重的需要以及火炮射擊試驗中出現(xiàn)的一些情況,確定了相關(guān)火炮結(jié)構(gòu)參數(shù),并以此為變量建立彈炮耦合全炮動力學參數(shù)化有限元模型,以彈丸出炮口時刻豎直和水平方向的角位移、角速度、速度表征彈丸起始擾動,構(gòu)建目標函數(shù),采用最優(yōu)拉丁超立方試驗設計方法對火炮結(jié)構(gòu)參數(shù)進行靈敏度分析,獲得了各火炮結(jié)構(gòu)參數(shù)對彈丸起始擾動的影響規(guī)律和影響程度,為下文減小彈丸起始擾動的火炮結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設計提供依據(jù)。(4)在對火炮結(jié)構(gòu)參數(shù)進行靈敏度分析的基礎上,考慮到采用彈炮耦合全炮動力學有限元模型進行優(yōu)化的計算代價,引入近似模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù),構(gòu)建了代替彈炮耦合全炮動力學有限元模型的徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡近似模型,以彈丸起始擾動為目標,采用多島遺傳算法對火炮結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化,達到了理想的優(yōu)化效果。為提高火炮射擊精度的火炮結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設計提供技術(shù)途徑。
【學位單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TJ301
【部分圖文】：

圖２．３．１１彈炮稱合全炮動力學有限元模型??顯式求解過程中應有三個注意點：（１）對于各部件的單元類型，殼單用一階四邊??縮積分殼單元Ｓ４Ｒ，實體單元用一階等參六面體減縮積分Ｃ３Ｄ８Ｒ，兩種單元都采用??控制，實體單元同時采用單元失真控制。（２）對于顯式求解器，影響顯式求解效率??穩(wěn)定極限值，顯式的穩(wěn)定極限值與最小單元尺寸成正比，即使模型中只有一個很小??者形狀扭曲的單元存在，都會大大降低穩(wěn)定極限值，增加計算時間。為了增加穩(wěn)定??長，加快分析速度，不應劃分過于細的網(wǎng)格，同時要保證網(wǎng)格質(zhì)量應出現(xiàn)過度??的單元。（３）對于部件材料的阻尼，常用的材料阻尼是瑞利（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）阻尼，它??兩個阻尼參數(shù)：質(zhì)量比例阻尼Ａｌｐｈａ是關(guān)于質(zhì)量矩陣的比例系數(shù)，主要用于消除低??蕩；剛度比例阻尼Ｂｅｔａ是關(guān)于剛度矩陣的比例系數(shù)，主要用于消除高階振蕩。剛??阻尼Ｂｅｔａ對顯式的計算效率影響很大，其值設置過小可能導致顯式計算無法完??合理設置Ａｌｐｈａ和Ｂｅｔａ對顯式的計算效率和計算精度至關(guān)重要。??彈炮稱合全炮參數(shù)化有限元模型??有限元參數(shù)化建模［５２］是指在輸入某些參數(shù)值后，實現(xiàn)對有限元模型中設計變量的動??

時間／ｓ?時間／ｓ??圖３．５．１８彈丸豎直方向角速度?圖３．５．１９彈丸水平方向角速度??２－｜?１?５－］?１??——復進機在下制退機在上?‘?一復進機在下制退機在上??－－－－－復迸機在上制退機在下?Ｎ?４?復進機在上制退機在下??丨：：一八??？８?Ｈ?‘?１???１?‘?１?‘?１???１?－３?－Ｉ???Ｊ???１???１?１?１?????０．０００?０，００３?０．００６?０．００９?０．０１２?０．０１５?０．０００?０．００３?０．００６?０．００９?０．０１２?０．０１５??時間／Ｓ?時間／Ｓ??圖３．５．２０彈丸豎直方向速度?圖３．５．２１彈丸水平方向速度??根據(jù)上圖兩種布置形式下彈丸腫內(nèi)的運動規(guī)律對比，可以看出制退機和復進機兩種??布置形式下的彈丸豎直和水平方向角位移、角速度、速度幾乎沒有差別ｒ也就是說制退??機在上還是在下的布置對彈丸腔內(nèi)的運動幾乎沒有影響。??同樣

圖２．３．１１彈炮稱合全炮動力學有限元模型??顯式求解過程中應有三個注意點：（１）對于各部件的單元類型，殼單用一階四邊??縮積分殼單元Ｓ４Ｒ，實體單元用一階等參六面體減縮積分Ｃ３Ｄ８Ｒ，兩種單元都采用??控制，實體單元同時采用單元失真控制。（２）對于顯式求解器，影響顯式求解效率??穩(wěn)定極限值，顯式的穩(wěn)定極限值與最小單元尺寸成正比，即使模型中只有一個很小??者形狀扭曲的單元存在，都會大大降低穩(wěn)定極限值，增加計算時間。為了增加穩(wěn)定??長，加快分析速度，不應劃分過于細的網(wǎng)格，同時要保證網(wǎng)格質(zhì)量應出現(xiàn)過度??的單元。（３）對于部件材料的阻尼，常用的材料阻尼是瑞利（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）阻尼，它??兩個阻尼參數(shù)：質(zhì)量比例阻尼Ａｌｐｈａ是關(guān)于質(zhì)量矩陣的比例系數(shù)，主要用于消除低??蕩；剛度比例阻尼Ｂｅｔａ是關(guān)于剛度矩陣的比例系數(shù)，主要用于消除高階振蕩。剛??阻尼Ｂｅｔａ對顯式的計算效率影響很大，其值設置過小可能導致顯式計算無法完??合理設置Ａｌｐｈａ和Ｂｅｔａ對顯式的計算效率和計算精度至關(guān)重要。??彈炮稱合全炮參數(shù)化有限元模型??有限元參數(shù)化建模［５２］是指在輸入某些參數(shù)值后，實現(xiàn)對有限元模型中設計變量的動??
【參考文獻】

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本文編號：2864620