某大口径迫击炮座钣结构优化设计

发布时间：2023-08-13 18:58

　　迫击炮发射时以座钣直接承受后坐阻力,座钣质量通常占有很大比重。因此在满足基本设计要求的前提下,对座钣进行结构优化设计、减轻座钣的质量对迫击炮座钣的便携性具有重要意义。本文以“十三五”预研项目为背景,采用碳纤维增强复合材料铺层和结构优化设计相结合的方法,进行座钣的轻量化设计和仿真分析,全文主要研究内容如下:(1)建立迫击炮-土壤耦合动态非线性有限元模型。通过全炮动态有限元数值仿真,得到了4种工况下的钛合金座钣应力、位移分布规律。对钛合金座钣进行拓扑优化,结合有限元数值结果获得了座钣传力路径。(2)进行钛合金座钣形状优化和尺寸优化。通过对座钣内部筋钣结构的形状优化和对座钣全部筋钣的尺寸优化,得到了轻量化的钛合金座钣,比原座钣减重22.57%。动态有限元数值结果对比表明该座钣符合强度要求,迫击炮射击稳定性与座钣轻量化前接近,炮口扰动水平甚至略优。(3)设计钛合金骨架与复合材料铺层相结合的轻量化座钣结构。基于钛合金座钣传力路径,设计了钛合金承力骨架;通过碳纤维增强复合材料铺层设计,建立了复合材料座钣模型。结合复合材料的铺层厚度优化和钛合金骨架的尺寸优化,得到了优化后的复合材料座钣,比原座钣减重...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 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 迫击炮座钣发展现状
        1.2.2 迫击炮座钣结构优化设计
        1.2.3 复合材料在武器装备中的应用
    1.3 本文主要研究内容
2 迫击炮座钣传力路径仿真分析
    2.1 迫击炮有限元建模
        2.1.1 有限元分析建模步骤
        2.1.2 座钣结构及网格划分
        2.1.3 迫击炮其它结构及网格划分
        2.1.4 发射地面条件模拟
        2.1.5 发射工况和边界条件
    2.2 座钣动态有限元数值结果及分析
    2.3 迫击炮座钣传力路径分析
        2.3.1 传力路径分析方法
        2.3.2 拓扑优化方法
        2.3.3 迫击炮座钣拓扑优化
        2.3.4 迫击炮座钣传力路径分析
    2.4 本章小结
3 钛合金座钣轻量化设计
    3.1 座钣的轻量化设计要求
    3.2 座钣优化概述
        3.2.1 座钣优化方法选择
        3.2.2 优化设计要素
        3.2.3 形状优化方法
        3.2.4 尺寸优化方法
    3.3 钛合金座钣优化设计
        3.3.1 钛合金座钣形状优化
        3.3.2 钛合金座钣尺寸优化
    3.4 轻量化钛合金座钣动态有限元数值仿真
    3.5 本章小结
4 复合材料座钣设计及优化
    4.1 座钣钛合金骨架设计
    4.2 碳纤维树脂基复合材料铺层设计
        4.2.1 复合材料结构设计原则
        4.2.2 复合材料的选择
        4.2.3 复合材料铺层设计
    4.3 复合材料座钣优化设计
    4.4 复合材料座钣动态有限元数值仿真
    4.5 本章小结
5 迫击炮射击稳定性分析
    5.1 迫击炮射击稳定性
    5.2 座钣稳定性分析
        5.2.1 座钣在X、Z轴向的稳定性分析
        5.2.2 座钣下沉量对比分析
    5.3 炮口扰动分析
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3841758