結(jié)構(gòu)優(yōu)化是設(shè)計火炮部件的先進手段之一。本文以某輕型牽引炮下部架體為研究對象,研究結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法在火炮關(guān)鍵部件后大架、前大架、下架設(shè)計中的應(yīng)用,解決現(xiàn)有下部架體存在的不足。研究內(nèi)容有:(1)建立全炮動力學有限元模型,基于集中參數(shù)模型模擬下部架體與土壤之間的相互作用關(guān)系。選取五種剛度、阻尼不同的土壤類型,獲得下部架體在不同土壤支撐作用下的動態(tài)特性響應(yīng)規(guī)律。通過計算發(fā)現(xiàn)后大架最大應(yīng)力較大、下架材料利用率低、下部架體支撐剛度不足等問題。(2)研究后大架焊縫建模有限元方式,確定含焊縫的后大架有限元模型,運用確定優(yōu)化設(shè)計方法降低后大架應(yīng)力。針對確定性優(yōu)化結(jié)果可靠度與穩(wěn)健性較低。本文選取確定性優(yōu)化設(shè)計結(jié)果作為最初設(shè)計點,對其進行穩(wěn)健性優(yōu)化。通過優(yōu)化后后大架結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力降低且結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性、可靠度提高。(3)通過靈敏度分析,選取對下部架體支撐剛度影響較大的結(jié)構(gòu)參數(shù)作為設(shè)計變量,以下部架體支撐剛度最大為目標,基于參數(shù)化優(yōu)化方法對下部架體組合尺寸參數(shù)進行優(yōu)化,構(gòu)造出擬合精度最高的RBF近似模型,選取多島遺傳算法對下部架體支撐剛度進行優(yōu)化,大大提高了下部架體支撐剛度。(4)針對某輕型牽引炮下架減重設(shè)計,建立了火炮下架結(jié)構(gòu)在3種典型射角工況下的有限元模型,通過計算分析可知,下架最大應(yīng)力及變形較小,減重空間較大。受到傳統(tǒng)的分層序列優(yōu)化方法的啟發(fā),提出了改進的分層序列優(yōu)化方法,以實現(xiàn)下架多工況減重設(shè)計。本文詳細闡述了下架在三種工況之間的分層序列方法及各個優(yōu)化層次之間約束條件的傳遞方式,利用拓撲方法,獲得最佳材料分布,最終的減重設(shè)計效果驗證了本文提出方法的有效性。
【學位單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TJ303
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 選題背景及意義
    1.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法概述
        1.2.1 結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法
        1.2.2 結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性優(yōu)化方法
        1.2.3 參數(shù)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法
    1.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化在火炮中的應(yīng)用
    1.4 本文主要的研究內(nèi)容與方法
2 下部架體在不同土壤支撐下的動態(tài)響應(yīng)
    2.1 概述
    2.2 全炮結(jié)構(gòu)動力學有限元建模研究
        2.2.1 三維實體模型簡化
        2.2.2 全炮結(jié)構(gòu)離散化
        2.2.3 部件之間的連接關(guān)系
        2.2.4 土壤-前后大架之間的相互作用關(guān)系
        2.2.5 下部架體結(jié)構(gòu)材料屬性
        2.2.6 邊界條件及載荷
    2.3 土壤特性對后大架結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)影響
    2.4 土壤特性對下架結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)的影響
    2.5 土壤特性對駐鋤受力特性的影響
    2.6 本章小結(jié)
3 計及焊縫的后大架應(yīng)力穩(wěn)健性優(yōu)化
    3.1 概述
    3.2 焊縫有限元建模方式比較
        3.2.1 不計及焊縫材料的焊縫有限元分析
        3.2.2 計及焊縫材料的焊縫有限元建模
    3.3 計及焊縫的后大架有限元建模
    3.4 計及焊縫的后大架確定性優(yōu)化
        3.4.1 設(shè)計變量的確定
        3.4.2 確定性優(yōu)化結(jié)果及其分析
    3.5 后大架穩(wěn)健性優(yōu)化
        3.5.1 穩(wěn)健性優(yōu)化數(shù)學模型
        3.5.2 后大架穩(wěn)健性優(yōu)化結(jié)果
        3.5.3 優(yōu)化結(jié)果分析
    3.6 本章小結(jié)
4 下部架體支撐剛度特性研究
    4.1 概述
    4.2 下部架體支撐剛度
    4.3 下部架體支撐剛度對炮口擾動的影響規(guī)律
        4.3.1 炮口擾動
        4.3.2 炮口擾動綜合評價指標
        4.3.3 下部架體支撐剛度對炮口擾動的影響規(guī)律
    4.4 影響下部架體支撐剛度因素靈敏度分析
        4.4.1 板厚對下部架體支撐剛度的影響
        4.4.2 組合結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)對下部架體支撐剛度的影響
    4.5 基于參數(shù)化的下架及前大架組合結(jié)構(gòu)優(yōu)化
        4.5.1 設(shè)計參數(shù)的確定及提取計算結(jié)果
        4.5.2 構(gòu)造近似模型
        4.5.3 數(shù)學模型及其優(yōu)化算法
        4.5.4 優(yōu)化結(jié)果分析
    4.6 本章小結(jié)
5 基于改進分層序列法的下架多工況減重設(shè)計
    5.1 概述
    5.2 下部架體有限元建模及下架強度分析
        5.2.1 下部架體有限元建模
        5.2.2 下架強度分析
    5.3 下架優(yōu)化策略及其數(shù)學模型
        5.3.1 基于改進分層序列的下架優(yōu)化策略
        5.3.2 拓撲優(yōu)化數(shù)學模型
    5.4 下架優(yōu)化過程
    5.5 下架優(yōu)化結(jié)果及驗證分析
    5.6 本章小結(jié)
6 全文總結(jié)
    6.1 工作總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻

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本文編號：2864740