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基于大长径比弹药弹炮耦合可靠性参数灵敏度分析

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火炮发射与控制学报 2024年

作者：李子涵高小科王军刘宁南京理工大学机械工程学院西北机电工程研究所

针对大长径比智能弹药发射过程可靠性与安全性要求高、影响因素复杂、参数设计难度大等特点，采用SPH光滑粒子算法建立某舰炮弹炮耦合模型，对关键结构采用有限元与关键参数化相结合的方法，考虑挤进、膛内运动弹炮耦合过程，结合Vuamp... 详细信息

针对大长径比智能弹药发射过程可靠性与安全性要求高、影响因素复杂、参数设计难度大等特点，采用SPH光滑粒子算法建立某舰炮弹炮耦合模型，对关键结构采用有限元与关键参数化相结合的方法，考虑挤进、膛内运动弹炮耦合过程，结合Vuamp子程序，实现了挤进过程中内弹道计算与弹炮耦合有限元仿真联合求解。以弹丸出膛姿态，身管炮口振动输出参数表征，构建载荷、边界等与响应输出的映射关系，通过参数灵敏度分析获得各个输入参数对炮口状态的影响程度。得出大长径比弹丸质心在轴线上的偏移是占比最高的影响因素。该过程与结果为进一步提升火炮可靠性提供方法与依据，以便获得最优弹炮参数设计区间。

关键词：大长径比弹药弹丸结构弹炮耦合灵敏度分析

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电磁轨道发射装置弹炮耦合动力学特性研究

电磁轨道发射装置弹炮耦合动力学特性研究

第七届多体系统动力学青年学者学术研讨会

作者：李昂程诚南京理工大学能源与动力工程学院

电磁轨道发射利用直线电机原理,突破了传统化学能发射的初速极限。在其内弹道阶段,高速运动的一体化发射组件极易与通电导轨和绝缘支撑发生摩擦、碰撞、冲击,经历弹炮之间复杂的机械、电磁耦合作用后,在出膛之前即具有时变的垂向速度和... 详细信息

电磁轨道发射利用直线电机原理,突破了传统化学能发射的初速极限。在其内弹道阶段,高速运动的一体化发射组件极易与通电导轨和绝缘支撑发生摩擦、碰撞、冲击,经历弹炮之间复杂的机械、电磁耦合作用后,在出膛之前即具有时变的垂向速度和位移,造成明显的起始扰动。为提高电磁轨道发射的内弹道稳定性从而提高射击精度,本研究采用混合有限元/边界元方法,建立电磁场-结构场-运动场耦合的动力学模型,通过数值模拟计算出电枢与导轨之间的时变接触力、一体化发射组件与绝缘支撑之间的碰撞力、紧固封装应力分布,以及一体化发射组件各方向的初速和位移分量,从而对电磁轨道发射装置弹炮耦合动力学特性进行分析,最后结合不同工况研究电流波形和轨道弧面半径对一体化发射组件各方向初速和位移分量的影响。研究结果表明:一体化发射组件进入高速段后出现明显晃动,枢轨接触力在电流进入下降沿后迅速降低,下降沿较平缓的电流有利于保持枢轨接触力,凸轨道相较平轨道能够减小一体化发射组件的垂向位移。

关键词：电磁轨道发射弹炮耦合起始扰动发射动力学多物理场耦合

来源： cnki会议评论

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基于接触模型的弹炮耦合问题研究

兵工学报 2006年第6期27卷 984-987页

作者：刘雷陈运生杨国来南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

建立了基于接触理论的弹丸与身管耦合的动力学模型。模型中将身管离散为有限个刚性段,每两段质心间用一个无质量的梁连接,根据Timoshenko梁理论确定质心间的力和力矩,考虑弹丸弹带、前定心部与膛壁的碰摩,膛线对弹带的扭转作用,对弹丸... 详细信息

建立了基于接触理论的弹丸与身管耦合的动力学模型。模型中将身管离散为有限个刚性段,每两段质心间用一个无质量的梁连接,根据Timoshenko梁理论确定质心间的力和力矩,考虑弹丸弹带、前定心部与膛壁的碰摩,膛线对弹带的扭转作用,对弹丸在膛内的运动过程进行了仿真计算,结果表明该动力学模型较真实地反映了弹丸膛内运动的规律,利用该模型可进一步研究弹丸与全炮发射过程的耦合问题。

关键词：机械学动力学接触弹炮耦合

基于弹塑性接触/碰撞模型的弹炮耦合问题研究

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弹道学报 2008年第3期20卷 103-106页

作者：葛建立杨国来陈运生徐伟南京理工大学机械工程学院南京210094

采用等参六面体缩减积分单元,分别建立了火炮有膛线身管和无膛线身管与弹丸的接触/碰撞有限元模型,弹丸的弹带采用双线性弹塑性材料模型,考虑了弹丸弹带、前定心部与膛壁的碰撞及膛线对弹丸的扭转作用,对弹丸在膛内的运动过程进行了仿... 详细信息

采用等参六面体缩减积分单元,分别建立了火炮有膛线身管和无膛线身管与弹丸的接触/碰撞有限元模型,弹丸的弹带采用双线性弹塑性材料模型,考虑了弹丸弹带、前定心部与膛壁的碰撞及膛线对弹丸的扭转作用,对弹丸在膛内的运动过程进行了仿真计算.对比2种模型的计算结果表明,膛线与弹带的接触/碰撞对弹丸在膛内运动时期及后效期的飞行姿态影响较大,建立膛线和弹带的精确有限元模型是必要的.

关键词：有限元法接触/碰撞弹炮耦合膛线

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小口径火炮弹炮耦合动态响应有限元时程分析

振动与冲击 2012年第23期31卷 104-108,147页

作者：苏忠亭徐达李晓伟韩振飞装甲兵工程学院兵器工程系北京100072 北京京航计算通讯研究所北京100074

基于移动荷载思想应用有限单元法和悬臂梁理论研究了小口径火炮弹丸膛内运动过程中的身管振动情况。应用圆柱坐标系将身管结构离散为标准的扇形单元,依据弹带凹槽部和凸起部沿膛线运动过程对各单元进行编号,将弹带视为弹塑性体,凹槽部... 详细信息

基于移动荷载思想应用有限单元法和悬臂梁理论研究了小口径火炮弹丸膛内运动过程中的身管振动情况。应用圆柱坐标系将身管结构离散为标准的扇形单元,依据弹带凹槽部和凸起部沿膛线运动过程对各单元进行编号,将弹带视为弹塑性体,凹槽部应用线性简化模型,凸起部应用Dubowsky模型,身管简化为柔性变截面悬臂梁,考虑弹带挤进过程和刚体前定心部对内膛的瞬态碰撞规律,将弹丸膛内运动过程分为三个阶段,根据工程梁理论建立了移动弹丸作用下身管径向振动的时变动力学方程。将计算结果与炮口振动实验数据相比较,可知在忽略火炮后坐、摇架、炮塔等结构影响下,弹炮耦合模型比较准确。

关键词：小口径火炮弹炮耦合有限单元法悬臂梁 Dubowsky模型

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弹性身管的弹炮耦合问题研究

机械强度 2013年第3期35卷 297-301页

作者：郭保全刘佳中北大学机电工程学院太原030051

建立精确的线膛炮身管与弹丸模型,基于Adams中的柔性体接触理论,在考虑身管弹性的基础上,建立弹带和弹丸前定心部与身管内膛的接触模型,在该软件平台上分别对弹丸与刚性体线膛炮身管、弹丸与弹性化处理的线膛炮身管的弹炮耦合过程进行... 详细信息

建立精确的线膛炮身管与弹丸模型,基于Adams中的柔性体接触理论,在考虑身管弹性的基础上,建立弹带和弹丸前定心部与身管内膛的接触模型,在该软件平台上分别对弹丸与刚性体线膛炮身管、弹丸与弹性化处理的线膛炮身管的弹炮耦合过程进行动力学仿真,得到两组弹炮耦合时的炮口振动及对应的弹丸运动响应数据。将所得数据进行对比,结合以往事实,说明在研究弹炮耦合时考虑身管弹性的重要性。结果表明该动力学模型在一定程度上表征弹丸与身管之间的作用机理,可以为通过减小身管振动的方法来提高射击精度提供理论参考。

关键词：接触动力学弹炮耦合仿真

弹炮耦合中若干因素对弹丸起始扰动的影响分析研究

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弹炮耦合中若干因素对弹丸起始扰动的影响分析研究

作者：李振南京理工大学

学位级别：硕士

弹丸起始扰动的研究对提高火炮射击精度有着非常重要的意义。本文建立了某车载炮计及挤进的弹炮耦合发射动力学模型,采用欧拉-拉格朗日耦合方法进行了仿真计算和分析研究,并讨论了不同因素对弹丸膛内运动及弹丸起始扰动的影响。本文研... 详细信息

弹丸起始扰动的研究对提高火炮射击精度有着非常重要的意义。本文建立了某车载炮计及挤进的弹炮耦合发射动力学模型,采用欧拉-拉格朗日耦合方法进行了仿真计算和分析研究,并讨论了不同因素对弹丸膛内运动及弹丸起始扰动的影响。本文研究为提高火炮射击密集度和火炮总体结构设计具有重要的参考意义。主要研究内容如下：(1)根据弹炮耦合问题结构特征和有限元网格建模规范,联合应用Matlab、 Solidworks 及 HyperMesh建立了较为精确的膛线身管、弹丸有限元模型和车载炮全炮非线性有限元模型。(2)研究了拉格朗日有限元法、有限元-光滑粒子自适应耦合方法和欧拉-拉格朗日耦合算法求解弹炮耦合问题的适应性,采用三种方法进行了弹带挤进仿真,对弹丸质心运动规律、弹带变形及弹丸动态挤进阻力等参量进行了深入的对比分析。综合分析结果,确立了欧拉-拉格朗日耦合算法对求解弹炮耦合发射动力学问题的有效性。(3)应用欧拉-拉格朗日耦合算法对某车载炮进行了弹炮耦合发射动力学仿真分析,获得了弹丸质心速度、加速度,弹丸质心垂向和横向位移、角位移、角速度以及弹丸前定心部与身管内壁的接触力的变化规律,结合部分实验数据,从一定程度上验证了考虑挤进的弹炮耦合发射动力学模型的正确性。(4)采用Python脚本语言完成ABAQUS前处理。计算分析了弹炮耦合中摩擦系数、弹丸前定心部与身管内壁间隙、弹丸质量偏心、弹丸初始装填角以及后坐部分的质量偏心等因素对弹丸起始扰动的影响规律。

关键词：车载炮非线性动力学弹炮耦合弹丸起始扰动欧拉-拉格朗日耦合算法有限元-光滑粒子自适应耦合算法

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考虑身管初始挠度的弹炮耦合振动特性分析

机械强度 2019年第2期41卷 504-508页

作者：狄长春秦俊奇方宇杨玉良军械工程学院火炮工程系石家庄050000

为研究火炮发射过程中运动弹丸激励下的身管振动特性,以某型火炮为例,基于Euler-Bernoulli梁理论,建立考虑身管初始挠度的移动弹丸-弹性身管耦合振动方程,利用模态叠加法对方程进行求解。基于有限元软件Abaqus以及动力学分析软件Adams... 详细信息

为研究火炮发射过程中运动弹丸激励下的身管振动特性,以某型火炮为例,基于Euler-Bernoulli梁理论,建立考虑身管初始挠度的移动弹丸-弹性身管耦合振动方程,利用模态叠加法对方程进行求解。基于有限元软件Abaqus以及动力学分析软件Adams建立相应考虑初始挠度的刚柔耦合动力学模型,并对数值计算的结果进行验证。在模型的基础上,对弹丸速度和弹丸质量影响炮口振动特性的规律进行分析。结果表明对于在运动弹丸激励下身管振动问题,身管初始挠度对振动分析结果的影响很大,不可忽略。在考虑身管初始挠度的情况下,弹丸速度越大,对弯曲身管的校直作用越明显,炮口振动幅值越大;弹丸速度一定时,弹丸质量越大,炮口振动幅值越大。

关键词：弹炮耦合刚柔耦合初始挠度模态叠加原理

基于有限元弹炮耦合的某牵引火炮炮口扰动灵敏度分析

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火炮发射与控制学报 2014年第1期35卷 25-30页

作者：张俊飞顾克秋付帅南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

针对影响火炮炮口扰动因素的问题,建立了某牵引火炮刚柔耦合参数化有限元模型,考虑了有限元弹炮耦合接触/碰撞、膛内时期膛线对弹丸的扭转、衬瓦与身管间隙、摇架板厚参数、火线高、耳轴及方向机刚度与阻尼、高平机刚度及阻尼、后大架... 详细信息

针对影响火炮炮口扰动因素的问题,建立了某牵引火炮刚柔耦合参数化有限元模型,考虑了有限元弹炮耦合接触/碰撞、膛内时期膛线对弹丸的扭转、衬瓦与身管间隙、摇架板厚参数、火线高、耳轴及方向机刚度与阻尼、高平机刚度及阻尼、后大架尺寸参数等因素的影响。以炮口线速度和角速度表征炮口扰动,构建目标函数,通过灵敏度分析获得各因素对炮口扰动的影响程度。该结果为炮口扰动优化设计提供一定依据,对探寻各参数与炮口扰动关联性具有借鉴意义。

关键词：机械设计炮口扰动弹炮耦合灵敏度