单兵武器协同仿真与系统优化设计研究
发布时间：2022-12-04 00:50
以单兵综合作战系统武器分系统为研究对象,针对其研制过程中涉及多个学科领域知识的特点,从系统角度出发,运用协同仿真与多学科设计优化等现代设计理论与方法,对其展开研究。 结合单兵武器系统的战术技术要求,从结构、弹道和动力学三个方面对单兵武器系统进行多学科分解,将其分解为榴弹结构、武器结构、内弹道、外弹道、终点弹道、武器自动机动力学、弹丸-身管耦合运动、人枪相互作用等八个学科,结合各学科领域的知识,建立了各单学科仿真分析模型；在此基础上,为从全局角度对单兵武器系统的整体性能进行研究,构建了单兵武器系统协同仿真与多学科设计优化框架。 对多学科设计优化搜索策略展开研究,重点研究了遗传算法,为提高其优化效率,对遗传算法的并行性进行了研究,并对其交叉和变异算子进行了自适应改造,结合免疫学理论,在遗传算法中引入了免疫算子,形成了自适应并行免疫遗传算法。运用该算法对三个复杂多峰函数进行了优化求解,在保证收敛精度的情况下,大幅提高了收敛速度。 根据单兵武器系统协同仿真框架,基于协同仿真理论与方法,建立了单兵武器系统全弹道协同仿真、弹道-武器协同仿真和人枪系统协同仿真三个模型。对各协...
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究概况
1.2.1 单兵综合作战系统
1.2.2 步榴合一武器
1.2.3 计算机仿真与虚拟样机技术
1.2.4 有限元分析
1.2.5 协同仿真
1.2.6 多学科设计优化
1.3 本文的主要内容
2 单兵武器系统协同仿真与多学科设计优化框架研究
2.1 多学科设计优化方法
2.1.1 多学科设计优化数学模型
2.1.2 多学科设计优化方法
2.2 单兵武器系统协同仿真与多学科设计优化框架
2.2.1 单兵武器系统学科分解
2.2.2 单兵武器系统协同仿真框架
2.2.3 单兵武器系统多学科设计优化框架
2.3 单兵武器系统各学科仿真分析模型
2.3.1 内弹道仿真模型
2.3.2 外弹道仿真模型
2.3.3 榴弹终点弹道仿真模型
2.3.4 武器动力学仿真模型
2.3.5 人-枪相互作用仿真模型
2.4 本章小结
3 多学科设计优化搜索策略与算法改进
3.1 多学科设计优化搜索策略
3.2 遗传算法及其特点
3.2.1 遗传算法基本技术
3.2.2 遗传算法基本流程
3.2.3 遗传算法的特点
3.3 自适应并行免疫遗传算法
3.3.1 自适应性
3.3.2 免疫算子
3.3.3 并行性
3.3.4 自适应并行免疫遗传算法基本流程
3.4 优化算例
3.5 本章小结
4 单兵武器系统协同仿真与模型验证研究
4.1 协同仿真方法
4.1.1 基于统一语言的协同仿真方法
4.1.2 基于接口的协同仿真方法
4.2 单兵武器系统协同仿真流程
4.3 全弹道协同仿真与模型验证
4.3.1 全弹道协同仿真各学科模型耦合关系分析
4.3.2 全弹道协同仿真模型
4.3.3 全弹道协同仿真方案管理
4.3.4 全弹道协同仿真模型验证与参数影响分析
4.4 弹道-武器协同仿真与模型验证
4.4.1 弹道-武器协同仿真各学科模型耦合关系分析
4.4.2 弹道-武器协同仿真模型
4.4.3 弹道-武器协同仿真模型验证
4.5 人枪系统协同仿真与模型验证
4.5.1 人枪系统协同仿真各学科模型耦合关系分析
4.5.2 人枪系统协同仿真模型
4.5.3 人枪系统协同仿真模型验证
4.6 本章小结
5 单兵武器小口径榴弹多学科设计优化研究
5.1 小口径榴弹传统设计方法
5.2 小口径榴弹多学科设计优化模型
5.2.1 各学科分析模型建模及其耦合关系分析
5.2.2 小口径榴弹多学科设计优化建模
5.3 小口径榴弹多学科设计优化流程
5.4 结果及分析
5.4.1 以榴弹杀伤面积最大为优化目标
5.4.2 以弹丸飞行时间最短为优化目标
5.4.3 以榴弹/武器综合性能为目标进行多学科设计优化
5.5 本章小结
6 单兵武器弹丸-身管耦合系统多学科设计优化研究
6.1 非线性动力学问题
6.1.1 非线性动力学方程
6.1.2 显式积分算法
6.1.3 Johnson-Cook材料模型
6.2 近似方法
6.2.1 Kriging近似方法
6.2.2 Kriging近似模型算例
6.3 弹丸-身管耦合运动仿真模型
6.3.1 弹丸-身管耦合运动参数化有限元模型
6.3.2 弹丸-身管耦合运动有限元模型验证
6.3.3 基于试验设计的弹丸-身管耦合运动Kriging近似模型构建
6.4 弹丸-身管耦合系统多学科设计优化研究
6.4.1 弹丸-身管耦合系统各学科耦合关系分析
6.4.2 弹丸-身管耦合系统多学科设计优化模型
6.4.3 弹丸-身管耦合系统多学科设计优化流程
6.4.4 优化结果及分析
6.5 本章小结
7 单兵人枪系统多学科设计优化研究与系统集成平台开发
7.1 多学科多目标优化问题
7.1.1 Pareto最优理论
7.1.2 多目标遗传算法
7.2 单兵人枪系统各学科耦合关系分析
7.3 单兵人枪系统多学科设计优化研究
7.3.1 单兵人枪系统多学科设计优化模型
7.3.2 单兵人枪系统多学科设计优化流程
7.3.3 优化结果及分析
7.4 单兵武器协同仿真与系统优化设计软件平台开发
7.4.1 软件平台框架与功能设计
7.4.2 开发与运行环境
7.4.3 软件平台功能实现
7.5 本章小结
8 全文工作总结和展望
8.1 研究工作总结
8.2 论文主要创新点
8.3 研究工作展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于虚拟样机技术的30mm自动炮动态特性仿真研究[J]. 韩小平,赵富全,郝刚,周世海. 火炮发射与控制学报. 2012(01)
[2]机载导弹发射动力学建模与虚拟样机仿真[J]. 廖莎莎,吴成. 北京理工大学学报. 2011(09)
[3]面向高速动车组列车的协同仿真平台[J]. 岳英超,肖田元,范文慧,马成. 系统仿真学报. 2011(08)
[4]基于虚拟样机的空空导弹引战模型[J]. 李合新. 弹箭与制导学报. 2011(03)
[5]基于LS-DYNA的火炮空投着陆过程仿真[J]. 徐保成,崔青春,曾志银,鲁玉祥. 火炮发射与控制学报. 2011(02)
[6]基于ANSYS的某型高射机枪有限元分析[J]. 查俊,丁成标,叶少勇,陈伟,储俊. 四川兵工学报. 2011(03)
[7]多学科优化设计在热成形车架轻量化中的应用[J]. 胡朝辉,成艾国,钟志华. 中国机械工程. 2010(06)
[8]高速杆式弹侵彻有限厚靶板数值模拟[J]. 赵晓宁,何勇,张先锋. 系统仿真学报. 2010(02)
[9]单兵自动武器建模与仿真分析[J]. 赵彦峻,骆宇飞,齐玉辉,徐诚. 南京理工大学学报(自然科学版). 2009(06)
[10]基于ANSYS/LS-DYNA的击针撞击应力数值仿真[J]. 郝秀平,张家越,薄玉成,徐健. 山西师范大学学报(自然科学版). 2009(04)
博士论文
[1]特种小型机电引信设计及关键技术研究[D]. 吴志亮.南京理工大学 2010
[2]基于并行遗传算法的风扇/压气机叶片气动优化设计[D]. 汪光文.南京航空航天大学 2009
[3]多学科设计优化方法在7000米载人潜水器总体设计中的应用[D]. 刘蔚.上海交通大学 2007
[4]XX卫星热控百叶窗系统设计及虚拟样机协同仿真[D]. 赖一楠.哈尔滨理工大学 2006
[5]飞行器分布式协同进化多学科设计优化方法研究[D]. 陈琪锋.中国人民解放军国防科学技术大学 2003
[6]整体式冲压发动机导弹总体一体化设计[D]. 谷良贤.西北工业大学 2002
[7]免疫进化计算理论及应用[D]. 王磊.西安电子科技大学 2001
硕士论文
[1]基于HLA的协同仿真研究[D]. 芮国强.中国科学技术大学 2011
[2]单兵系统生命参数的测控平台设计[D]. 李卿.南京理工大学 2009
[3]单兵系统生命参数检测技术的研究[D]. 王雅静.南京理工大学 2009
[4]改进的遗传算法求解TSP问题[D]. 孙海雷.重庆大学 2007
[5]非支配排序遗传算法（NSGA）的研究与应用[D]. 高媛.浙江大学 2006
[6]单兵系统中生命参数监测技术的初步研究[D]. 陈剑.第四军医大学 2005
[7]飞机多学科设计协同优化及近似技术研究[D]. 白小涛.西北工业大学 2005
[8]结构优化中的模拟退火算法研究和应用[D]. 项宝卫.大连理工大学 2004
[9]20mm榴弹空中运动特性研究[D]. 霍俊仪.南京理工大学 2003
本文编号：3707296
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究概况
1.2.1 单兵综合作战系统
1.2.2 步榴合一武器
1.2.3 计算机仿真与虚拟样机技术
1.2.4 有限元分析
1.2.5 协同仿真
1.2.6 多学科设计优化
1.3 本文的主要内容
2 单兵武器系统协同仿真与多学科设计优化框架研究
2.1 多学科设计优化方法
2.1.1 多学科设计优化数学模型
2.1.2 多学科设计优化方法
2.2 单兵武器系统协同仿真与多学科设计优化框架
2.2.1 单兵武器系统学科分解
2.2.2 单兵武器系统协同仿真框架
2.2.3 单兵武器系统多学科设计优化框架
2.3 单兵武器系统各学科仿真分析模型
2.3.1 内弹道仿真模型
2.3.2 外弹道仿真模型
2.3.3 榴弹终点弹道仿真模型
2.3.4 武器动力学仿真模型
2.3.5 人-枪相互作用仿真模型
2.4 本章小结
3 多学科设计优化搜索策略与算法改进
3.1 多学科设计优化搜索策略
3.2 遗传算法及其特点
3.2.1 遗传算法基本技术
3.2.2 遗传算法基本流程
3.2.3 遗传算法的特点
3.3 自适应并行免疫遗传算法
3.3.1 自适应性
3.3.2 免疫算子
3.3.3 并行性
3.3.4 自适应并行免疫遗传算法基本流程
3.4 优化算例
3.5 本章小结
4 单兵武器系统协同仿真与模型验证研究
4.1 协同仿真方法
4.1.1 基于统一语言的协同仿真方法
4.1.2 基于接口的协同仿真方法
4.2 单兵武器系统协同仿真流程
4.3 全弹道协同仿真与模型验证
4.3.1 全弹道协同仿真各学科模型耦合关系分析
4.3.2 全弹道协同仿真模型
4.3.3 全弹道协同仿真方案管理
4.3.4 全弹道协同仿真模型验证与参数影响分析
4.4 弹道-武器协同仿真与模型验证
4.4.1 弹道-武器协同仿真各学科模型耦合关系分析
4.4.2 弹道-武器协同仿真模型
4.4.3 弹道-武器协同仿真模型验证
4.5 人枪系统协同仿真与模型验证
4.5.1 人枪系统协同仿真各学科模型耦合关系分析
4.5.2 人枪系统协同仿真模型
4.5.3 人枪系统协同仿真模型验证
4.6 本章小结
5 单兵武器小口径榴弹多学科设计优化研究
5.1 小口径榴弹传统设计方法
5.2 小口径榴弹多学科设计优化模型
5.2.1 各学科分析模型建模及其耦合关系分析
5.2.2 小口径榴弹多学科设计优化建模
5.3 小口径榴弹多学科设计优化流程
5.4 结果及分析
5.4.1 以榴弹杀伤面积最大为优化目标
5.4.2 以弹丸飞行时间最短为优化目标
5.4.3 以榴弹/武器综合性能为目标进行多学科设计优化
5.5 本章小结
6 单兵武器弹丸-身管耦合系统多学科设计优化研究
6.1 非线性动力学问题
6.1.1 非线性动力学方程
6.1.2 显式积分算法
6.1.3 Johnson-Cook材料模型
6.2 近似方法
6.2.1 Kriging近似方法
6.2.2 Kriging近似模型算例
6.3 弹丸-身管耦合运动仿真模型
6.3.1 弹丸-身管耦合运动参数化有限元模型
6.3.2 弹丸-身管耦合运动有限元模型验证
6.3.3 基于试验设计的弹丸-身管耦合运动Kriging近似模型构建
6.4 弹丸-身管耦合系统多学科设计优化研究
6.4.1 弹丸-身管耦合系统各学科耦合关系分析
6.4.2 弹丸-身管耦合系统多学科设计优化模型
6.4.3 弹丸-身管耦合系统多学科设计优化流程
6.4.4 优化结果及分析
6.5 本章小结
7 单兵人枪系统多学科设计优化研究与系统集成平台开发
7.1 多学科多目标优化问题
7.1.1 Pareto最优理论
7.1.2 多目标遗传算法
7.2 单兵人枪系统各学科耦合关系分析
7.3 单兵人枪系统多学科设计优化研究
7.3.1 单兵人枪系统多学科设计优化模型
7.3.2 单兵人枪系统多学科设计优化流程
7.3.3 优化结果及分析
7.4 单兵武器协同仿真与系统优化设计软件平台开发
7.4.1 软件平台框架与功能设计
7.4.2 开发与运行环境
7.4.3 软件平台功能实现
7.5 本章小结
8 全文工作总结和展望
8.1 研究工作总结
8.2 论文主要创新点
8.3 研究工作展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于虚拟样机技术的30mm自动炮动态特性仿真研究[J]. 韩小平,赵富全,郝刚,周世海. 火炮发射与控制学报. 2012(01)
[2]机载导弹发射动力学建模与虚拟样机仿真[J]. 廖莎莎,吴成. 北京理工大学学报. 2011(09)
[3]面向高速动车组列车的协同仿真平台[J]. 岳英超,肖田元,范文慧,马成. 系统仿真学报. 2011(08)
[4]基于虚拟样机的空空导弹引战模型[J]. 李合新. 弹箭与制导学报. 2011(03)
[5]基于LS-DYNA的火炮空投着陆过程仿真[J]. 徐保成,崔青春,曾志银,鲁玉祥. 火炮发射与控制学报. 2011(02)
[6]基于ANSYS的某型高射机枪有限元分析[J]. 查俊,丁成标,叶少勇,陈伟,储俊. 四川兵工学报. 2011(03)
[7]多学科优化设计在热成形车架轻量化中的应用[J]. 胡朝辉,成艾国,钟志华. 中国机械工程. 2010(06)
[8]高速杆式弹侵彻有限厚靶板数值模拟[J]. 赵晓宁,何勇,张先锋. 系统仿真学报. 2010(02)
[9]单兵自动武器建模与仿真分析[J]. 赵彦峻,骆宇飞,齐玉辉,徐诚. 南京理工大学学报(自然科学版). 2009(06)
[10]基于ANSYS/LS-DYNA的击针撞击应力数值仿真[J]. 郝秀平,张家越,薄玉成,徐健. 山西师范大学学报(自然科学版). 2009(04)
博士论文
[1]特种小型机电引信设计及关键技术研究[D]. 吴志亮.南京理工大学 2010
[2]基于并行遗传算法的风扇/压气机叶片气动优化设计[D]. 汪光文.南京航空航天大学 2009
[3]多学科设计优化方法在7000米载人潜水器总体设计中的应用[D]. 刘蔚.上海交通大学 2007
[4]XX卫星热控百叶窗系统设计及虚拟样机协同仿真[D]. 赖一楠.哈尔滨理工大学 2006
[5]飞行器分布式协同进化多学科设计优化方法研究[D]. 陈琪锋.中国人民解放军国防科学技术大学 2003
[6]整体式冲压发动机导弹总体一体化设计[D]. 谷良贤.西北工业大学 2002
[7]免疫进化计算理论及应用[D]. 王磊.西安电子科技大学 2001
硕士论文
[1]基于HLA的协同仿真研究[D]. 芮国强.中国科学技术大学 2011
[2]单兵系统生命参数的测控平台设计[D]. 李卿.南京理工大学 2009
[3]单兵系统生命参数检测技术的研究[D]. 王雅静.南京理工大学 2009
[4]改进的遗传算法求解TSP问题[D]. 孙海雷.重庆大学 2007
[5]非支配排序遗传算法（NSGA）的研究与应用[D]. 高媛.浙江大学 2006
[6]单兵系统中生命参数监测技术的初步研究[D]. 陈剑.第四军医大学 2005
[7]飞机多学科设计协同优化及近似技术研究[D]. 白小涛.西北工业大学 2005
[8]结构优化中的模拟退火算法研究和应用[D]. 项宝卫.大连理工大学 2004
[9]20mm榴弹空中运动特性研究[D]. 霍俊仪.南京理工大学 2003
本文编号：3707296
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