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某舰炮转弹机非线性结构动力学分析及优化设计

作 者: 潘旭辉
导 师: 潘宝俊
学 校: 江苏科技大学
专 业: 机械制造及自动化
关键词: 转弹机 显式算法 正交试验设计 结构优化 有限元分析
分类号: TJ391
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 19次
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内容摘要


随着现代海战的需要和科学技术的发展,对舰炮技术性能的要求也越来越高。转弹机作为舰炮供弹系统的重要组成部分,其性能直接决定着整个供弹系统的可靠性。本文针对某舰炮转弹机出现的振动及部件断裂问题,结合非线性有限元理论和结构动力学,运用ABAQUS软件对转弹机进行结构动力学仿真分析,并通过正交试验设计方法对转弹机主要部件进行结构优化。文中主要就以下内容进行研究:1)运用PRO/E软件和有限元前处理软件HyperMesh分别建立了转弹机的三维实体模型与有限元模型,利用ABAQUS软件分析了转弹机的运动状态和关键部件的结构强度,揭示了摇臂的应力集中非常严重,并结合应力测试实验验证了其有限元模型的合理性和方法的正确性。2)针对物理样机试验中出现的振动问题,对转弹机关键部件建立合理模型,并进行模态分析,研究其固有特性,确定了结构的薄弱部位。结合非线性结构动力学模型,研究了主要部件连接处的位移响应。通过对模态和位移响应的研究,得出三大部件均出现了不同程度的振动。3)结合正交试验设计方法对转弹机主要部件进行了结构优化,通过对优化前后主要部件动态特性和动态强度的对比分析,评估了结构优化的可行性。本文对舰炮转弹机进行了结构动力学仿真、分析了主要部件的固有属性且检验了转弹机的可靠性(结构强度、位移响应等)。在动力学仿真分析的基础上,结合正交试验设计优化方法改进主要部件的结构,改善了系统的动态特性,提高了主要部件的刚度和强度,为舰炮转弹机结构改进提出一种方法,同时也为提高舰炮技术性能提供参考依据。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章 绪论  12-19
  1.1 选题背景和意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-17
    1.2.1 非线性有限元法  13-14
    1.2.2 结构动力学  14
    1.2.3 火炮动力学  14-15
    1.2.4 试验设计方法  15-17
  1.3 本文研究的主要内容和章节安排  17-18
    1.3.1 主要研究内容  17
    1.3.2 章节安排  17-18
  1.4 本章小结  18-19
第2章 非线性结构动力学分析理论和方法  19-31
  2.1 概述  19-20
  2.2 有限元法的基本理论  20-21
    2.2.1 有限元的基本思想  20
    2.2.2 有限元的基本过程  20-21
  2.3 非线性结构动力学有限元方程组的解法  21-27
    2.3.1 概述  21-22
    2.3.2 直接积分法  22-26
    2.3.3 振型叠加法  26-27
  2.4 接触理论  27-30
    2.4.1 摩擦模型  27-28
    2.4.2 接触算法  28-30
  2.5 本章小结  30-31
第3章 转弹机有限元模型的建立  31-40
  3.1 概述  31
  3.2 转弹机的工作原理  31-32
  3.3 转弹机的有限元模型  32-39
    3.3.1 单元选择和网格划分  33-35
    3.3.2 材料属性  35
    3.3.3 ABAQUS 中Interaction 模块  35-38
    3.3.4 边界条件和载荷  38-39
    3.3.5 分析类型  39
  3.4 本章小结  39-40
第4章 转弹机非线性结构动力学分析  40-58
  4.1 概述  40
  4.2 转弹机不同时刻运动状态分析  40-41
  4.3 转弹机关键部件的模态分析  41-43
  4.4 转弹机关键部件应力分布分析  43-49
  4.5 转弹机动态响应分析  49-53
    4.5.1 影响转弹机系统动力特性的因素  49-50
    4.5.2 位移响应分析  50-52
    4.5.3 导杆弹簧分析  52-53
  4.6 摇臂应力实验  53-57
    4.6.1 应力应变电测技术  53-55
    4.6.2 测试系统与测试结果  55-57
  4.7 本章小结  57-58
第5章 转弹机有限元正交试验优化设计  58-74
  5.1 概述  58
  5.2 正交试验设计基本理论  58-63
    5.2.1 正交表及其性质  59-60
    5.2.2 正交试验设计的基本程序  60-63
  5.3 转弹机有限元正交试验方案设计  63-67
  5.4 优化后转弹机结构动力学分析  67-72
    5.4.1 优化后关键部件应力分析  68-70
    5.4.2 优化后转弹机位移响应分析  70-72
  5.5 应用  72-73
  5.6 本章小结  73-74
总结与展望  74-76
参考文献  76-79
攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研项目  79-80
致谢  80-81
详细摘要  81-85

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中图分类: > 工业技术 > 武器工业 > 火炮 > 舰炮
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