火炮抽筒系統(tǒng)接觸碰撞動態(tài)特性與結構優(yōu)化研究.pdf

1、在自動、半自動火炮射擊過程中，負責完成抽出藥筒任務的是炮閂裝置中的抽筒系統(tǒng)。由部隊訓練和對越自衛(wèi)反擊戰(zhàn)中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及現(xiàn)有文獻歸納可知，抽筒系統(tǒng)故障主要有兩個方面：一是在抽筒過程中，藥筒在抽筒力（抽筒系統(tǒng)產(chǎn)生）和抽筒阻力（彈道膛壓產(chǎn)生）的綜合作用下被“拉斷”，無法完全順利抽出；二是抽筒系統(tǒng)功能部件發(fā)生塑性變形甚至動態(tài)斷裂，導致抽筒失效。這將導致自動火炮停止工作，影響其戰(zhàn)斗力的充分發(fā)揮。
　　針對上述火炮抽筒系統(tǒng)存在的藥筒卡殼、構件

2、塑性變形甚至斷裂等問題，本文以立楔式炮閂的抽筒系統(tǒng)為研究對象，基于動力學理論和虛擬樣機技術，對抽筒過程的接觸碰撞動態(tài)特性進行了研究，并進行了抽筒系統(tǒng)關鍵部件—抽筒子的結構優(yōu)化設計。
　　首先，建立了中小口徑火炮立楔式炮閂抽筒系統(tǒng)的三維模型，分析了抽筒過程的工作機理；運用靜態(tài)彈塑性理論和非線性有限元技術對抽筒過程進行了理論分析，得出藥筒不會被“拉斷”的臨界膛壓值，并確定了恰當?shù)某橥矔r機；根據(jù)殘余膛壓和藥筒的指定運動獲得了抽筒阻力的變

3、化規(guī)律，得出了抽筒系統(tǒng)動態(tài)響應的工作阻力。
　　其次，為實現(xiàn)藥筒指定運動下的順利抽筒，建立了抽筒系統(tǒng)的連續(xù)接觸動力學模型；推導出了系統(tǒng)各構件所需的運動，得出了系統(tǒng)內(nèi)碰撞力和抽筒力的變化規(guī)律，為研究構件的結構強度提供較為真實的沖擊載荷。
　　再次，建立了抽筒系統(tǒng)的關鍵部件—抽筒子的平板含孔結構的彈性波動方程，并采用時域有限差分方法對所建方程進行數(shù)值計算；推導出抽筒子在抽筒過程的動應力分布、應力集中區(qū)域；并定性地研究各個介質(zhì)力學

4、參數(shù)（彈性模量、泊松比和密度）以及撞擊速度的變化對動應力幅值和波動的影響。
　　最后，對抽筒子進行了動態(tài)有限元分析，獲得了抽筒過程中抽筒子的等效應力分布，結合理論計算結果，進一步確定了抽筒子的應力集中區(qū)域；對抽筒子進行了拓撲優(yōu)化設計，獲得了材料的最優(yōu)分布，在此基礎上對抽筒子進行了重新設計，并對改進后結構進行了有限元分析，分析結果驗證了優(yōu)化后的抽筒子結構具有更好的力學性能，為解決抽筒故障提供了合理且有效的途徑。
　　本文為解決