身管可靠性分析及优化设计

发布时间：2020-04-22 04:49

【摘要】：随着现代战争对子弹的初速、射频等要求的提高,身管内壁的烧蚀损伤越来越严重,对于身管的烧蚀寿命与结构优化设计的研究变得十分必要。本文以某型号高射机枪为研究目标,考虑身管参数的随机性,利用随机有限元的方法对其可靠寿命进行分析,并以提高使用寿命为目标对其结构进行了优化设计,主要研究内容包括以下几点：(1)针对某典型武器身管,根据已有的身管几何模型,利用Hypermesh与ANSYS建立某型高射机枪的平面有限元模型并施加必要的边界条件和载荷,然后对该模型进行热力学与动力学耦合分析,得到子弹发射过程中身管内壁的温度和应力的分布；然后考虑身管材料参数和尺寸参数离散性的情况下,结合可靠性计算的方法,根据国军标的射击规范得到了该型号身管的可靠寿命分布；(2)针对某典型武器身管,先通过蒙特卡洛方法求解身管的烧蚀灵敏参数,并利用散布图完成参数间相关关系的研究；利用求得的敏感参数采用改进的响应面法完成了身管烧蚀功能函数的构建,然后进行身管参数灵敏度的分析；(3)针对某典型武器身管,在得到身管烧蚀的功能函数之后,考虑到优化中施加的约束：最大应力、子弹初速、振动频率、尺寸约束,结合可靠性设计的理论,利用遗传算法和高斯牛顿法完成了对身管烧蚀寿命的可靠性优化；(4)在完成该型号身管的可靠性分析与优化的基础之上,利用MATLAB与Excel的接口ExcelLink以及ANSYS和Excel的二次开发接口,实现与MATLAB和ANSYS之间的数据传递,完成了身管热压耦合分析与优化软件的设计与开发；
【图文】：

效期结束时膛线起始位置的温度最高，，在实际的射击试验中也是该位置的损伤最逡逑为严重，这一结果证明了有限元分析的正确性；图２．７为后处理提取的身管内壁逡逑危险点的温度响应的曲线，从湿度变化图中我们可Ｗ看出子弹的温度呈现先急速逡逑上升再缓慢下降的趋势，出现这一现象的主要原因在于在子弹发射的内弹道时期逡逑时间较短内壁温度急剧上升，在后效期和间隔期由于子弹已经出膛且阶段时间较逡逑

考虑到枪管弹膛与弹壳之间的配合，子弹与身管采用斜肩定位式，弹壳的斜逡逑肩通过与弹药室的一锥接触定位，所身管内壁的一锥的锥度不能改变，否则会逡逑使得弹壳无法定位，所我们在参数的分析过程中，对图３．１中一锥的尺寸Ｌ７逡逑和Ｌ１０作为固定尺寸，在分析过程中仅考虑其在公差范围内的变化。逡逑计算中的蒙特卡洛抽样参数选取了邋１５个比较关注的尺寸参数和２个材料参逡逑数（身管钢和错络层材料），表３．１为输入参数分布；逡逑逦Ｕ逦逦Ｗ逦ＷＡ逡逑Ｔ逡逑ｉ逡逑３逦ｉ逦ｔ逡逑：］广N逡逑Ｊ＾，ｄ－Ｍ［Ｌ．ＬＵ．＿邋ｌ！ｓ逦Ｌ！３逦＾逡逑图３．１身管二维尺寸图逡逑逦表３．１输入参数及其分布阵位；ｍｍ）逦逡逑随机变量逦分布类型逦逦变异系数逡逑Ｌ１逦正态分布逦１５７逦
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TJ25

【参考文献】

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本文编号：2636168