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舰炮抽壳系统非线性结构动力学分析

作　者: 徐耀春
导　师: 张庆奎
学　校: 江苏科技大学
专　业: 机械制造及自动化
关键词: 显式算法数值模拟塑性变形抽壳系统
分类号: TJ391
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

炮闩机构是舰炮的重要机构之一,其主要作用是闭锁炮膛、击发底火和抽出药筒。在某中口径舰炮实际工作过程中发现抽壳系统的动态特性是影响舰炮可靠性的重要因素。针对炮弹发射过程中抽壳系统存在的塑性变形和构件磨损问题,以及抽壳动作不能顺利完成现象,在结构动力学理论的基础上,结合有限元技术分别对药筒的抽壳力和抽壳系统的结构动力学进行特性研究分析,并完成数值模拟。本文主要研究内容有:1)在抽壳力的模拟中,首先阐述了炮弹发射和药筒抽出过程,进行了弹塑性力学分析,并探讨了影响抽壳力的因素;然后利用有限元软件ABAQUS对抽壳力进行数值模拟,并结合实验验证了方法的合理性和正确性,为药筒的改进设计提供了参考。2)对抽壳系统的结构动力学分析,论述了抽壳系统的结构及工作原理,应用三维软件PRO/E和有限元软件HyperMesh分别建立了某舰炮抽壳系统的实体模型和有限元分析模型;然后运用ABAQUS的显示算法对模型进行分析研究,揭示了抽壳系统结构的应力分布规律,比较了摇臂磨损前后抽壳系统的动态特性,探讨了磨损后对抽壳系统能量和抽壳速度的影响,并针对抽筒子的塑性变形对抽壳系统中的摇臂进行优化,解决了抽筒子塑性变形的问题,确定了摇臂的最佳厚度选择;最后通过实验验证了有限元分析模型的合理性和正确性。通过实验和仿真分析相结合对舰炮抽壳系统的非线性结构动力学研究,为抽壳系统的研究提出了一种等效模型,为舰炮构件磨损分析提供一种研究方法,同时也为以后产品的改进设计提供理论和实践上的支持。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-18
  1.1 课题研究的背景及意义  12-14
  1.2 国内外研究现状  14-16
    1.2.1 火炮动力学  14-15
    1.2.2 炮闩机构  15-16
  1.3 本文主要研究内容及章节安排  16-17
    1.3.1 主要研究内容  16
    1.3.2章节安排及论文结构框架  16-17
  1.4 本章小结  17-18
第2章非线性结构动力学分析理论  18-32
  2.1 有限元法  18-20
    2.1.1 有限元法的基本思想  18-19
    2.1.2 有限元法分析的基本步骤  19-20
  2.2 弹塑性力学理论  20-22
    2.2.1 应变强化模式  20-21
    2.2.2 受内压的厚壁圆筒理论  21-22
  2.3 结构动力学理论基础  22-28
    2.3.1 结构动力学非线性有限元方程组的求解方法  22-27
    2.3.2 阻尼模型  27-28
  2.4 接触-碰撞理论  28-31
    2.4.1 摩擦模型  29-30
    2.4.2 ABAQUS 中的接触-碰撞约束  30-31
  2.5 本章小结  31-32
第3章基于弹塑性理论的抽壳力分析  32-46
  3.1 舰炮炮弹发射与抽壳过程  32-33
  3.2 弹塑性力学分析  33-38
    3.2.1 药筒贴膛前的力学分析  33-35
    3.2.2 药筒贴膛后到膛压达到最大阶段的力学分析  35-37
    3.2.3 膛压下降阶段的力学分析  37-38
  3.3 抽壳力影响因素的理论分析  38-41
  3.4 抽壳力的数值模拟  41-44
    3.4.1 建立有限元模型  41
    3.4.2 材料定义  41-42
    3.4.3 接触定义  42
    3.4.4 载荷和边界条件  42-43
    3.4.5 结果分析  43-44
  3.5 抽壳力的实验验证  44-45
  3.6 本章小结  45-46
第4章舰炮抽壳系统有限元模型建立  46-54
  4.1 抽壳系统的工作原理  46-47
  4.2 抽壳系统实体模型  47
  4.3 抽壳系统有限元模型  47-53
    4.3.1 网格划分  47-48
    4.3.2 阻尼分析  48-49
    4.3.3 抽壳系统各部件间的连接  49-53
    4.3.4 载荷与边界条件  53
  4.4 本章小结  53-54
第5章抽壳系统的非线性结构动力学分析  54-72
  5.1 抽壳系统结构的应力分析  54-57
  5.2 摇臂磨损前后抽壳系统的动态特性分析  57-60
  5.3 摇臂的厚度对抽壳系统动态特性的影响  60-66
    5.3.1 摇臂厚度的初步研究  60-62
    5.3.2 摇臂厚度最优选择方案  62-66
  5.4 应力实验的研究  66-70
    5.4.1 应力应变电测技术  66-68
    5.4.2 测试系统与测试结果  68-70
  5.5 本章小结  70-72
总结与展望  72-74
  1. 总结  72-73
  2. 创新点  73
  3. 展望  73-74
参考文献  74-78
攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研项目  78-79
致谢  79-80
详细摘要  80-84

舰炮抽壳系统非线性结构动力学分析

内容摘要

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