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某火炮结构参数灵敏度分析与优化研究

作　者: 张俊飞
导　师: 顾克秋
学　校: 南京理工大学
专　业: 火炮、自动武器与弹药工程
关键词: 牵引火炮参数化建模灵敏度分析炮口扰动信号特征
分类号: TJ30
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

本文应用有限元法建立基于弹炮耦合作用下的某大口径牵引火炮参数化模型,并通过灵敏度分析与优化设计、信号特征提取等方法对火炮结构参数匹配进行研究,寻找结构参数与炮口响应之间的规律,为火炮结构参数的深入研究提供必要的指导与技术支持。研究内容包含以下几个方面：(1)采用刚柔混合有限元建模方法,建立了基于弹炮耦合作用下的牵引火炮动力学有限元模型,并利用隐式与显式两种求解器各自的优势模拟火炮整个发射过程。在此基础上,通过修改建模过程中所对应的脚本文件,实现了火炮模型的参数化。(2)在合理选取牵引火炮结构参数基础上,以炮口线速度与角速度表征炮口扰动程度,建立目标函数,通过表征量的一阶差商大小来反映灵敏度大小,获得各因素对炮口扰动的影响程度及规律,找出影响较大的结构参数,为进一步对炮口扰动优化提供依据。(3)建立了表征炮口扰动程度的优化设计数学模型,同时考虑寻优效率及计算精度,使用近似模型替代原始全炮有限元参数化模型,选用多岛遗传算法(MIGA)进行寻优计算,优化求得炮口扰动目标函数最优解,经对比分析,达到了优化目的。(4)为了能够全面获得火炮各结构参数与弹丸膛内发射过程的内在联系,通过离散小波分解与小波能谱熵指标相结合的方法对炮口角速度信号进行时频分析,并生成5尺度下的小波分解灰度图及小波能谱熵图来提取响应信号特征,更直观的描述火炮发射过程中输入参数与输出响应之间的关系。上述研究工作对火炮系统的结构优化设计及方案修改等方面具有一定参考与指导意义。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
1 绪论  9-20
  1.1 选题背景及意义  9-10
  1.2 大口径牵引火炮发展现状  10-13
  1.3 结构参数灵敏度分析与优化研究现状  13-15
  1.4 模型响应信号特征研究现状  15-18
  1.5 本文主要研究内容  18-20
2 基于弹炮耦合的牵引火炮动力学有限元建模研究  20-38
  2.1 概述  20
  2.2 基于弹炮耦合的牵引火炮有限元建模技术  20-28
    2.2.1 弹炮耦合基本假设  20-21
    2.2.2 弹体及弹带的弹塑性有限元模型  21-22
    2.2.3 含膛线的身管建模方法  22-26
    2.2.4 ABAQUS/Explicit接触的数学描述  26-28
  2.3 牵引火炮刚柔耦合参数化有限元模型  28-36
    2.3.1 火炮系统有限元建模策略与技术概要  28-30
    2.3.2 全炮有限元模型的建立  30-35
    2.3.3 参数化有限元模型  35-36
  2.4 本章小结  36-38
3 牵引火炮总体结构参数灵敏度分析  38-58
  3.1 概述  38
  3.2 结构参数灵敏度分析方法  38-41
  3.3 火炮总体结构参数灵敏度分析  41-57
    3.3.1 设计变量的定义及选取  41-43
    3.3.2 目标函数的确定  43-45
    3.3.3 摇架前、后套箍端面板厚影响  45-46
    3.3.4 摇架臂板厚影响  46-47
    3.3.5 前衬瓦与身管间隙影响  47-48
    3.3.6 后大架长影响  48-49
    3.3.7 火线高影响  49-50
    3.3.8 耳轴连接器轴、径向等效刚度及阻尼影响  50-52
    3.3.9 耳轴连接器等效扭转刚度及阻尼影响  52-54
    3.3.10 高平机等效刚度及阻尼影响  54-55
    3.3.11 方向机等效刚度及阻尼影响  55-56
    3.3.12 结果分析  56-57
  3.4 本章小结  57-58
4 牵引火炮炮口扰动影响参数优化研究  58-68
  4.1 概述  58-59
  4.2 牵引火炮参数化有限元模型  59-60
  4.3 优化数学模型的建立  60-61
  4.4 近似模型的构造  61-63
  4.5 基于ISIGHT平台的炮口扰动优化  63-65
  4.6 炮口扰动优化结果分析  65-67
  4.7 本章小结  67-68
5 火炮动力学模型响应信号特征研究  68-81
  5.1 概述  68
  5.2 响应信号特征提取方法  68-71
    5.2.1 信号的离散小波分析  68-69
    5.2.2 信号的信息熵特征分析  69-71
  5.3 火炮发射动力学模型  71-74
    5.3.1 研究对象及有限元模型  71-72
    5.3.2 计算结果  72-74
  5.4 响应信号分析  74-80
    5.4.1 信号的傅里叶变换  74-75
    5.4.2 信号的小波分解  75-79
    5.4.3 响应信号的小波能谱熵指标  79-80
  5.5 本章小结  80-81
6 全文总结  81-83
  6.1 本文工作小结  81-82
  6.2 展望  82-83
致谢  83-84
参考文献  84-88

某火炮结构参数灵敏度分析与优化研究

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