沖擊載荷作用下移動(dòng)梁沿支撐結(jié)構(gòu)大位移運(yùn)動(dòng)的時(shí)變力學(xué)研究.pdf

1、高初速、高精度、高機(jī)動(dòng)性是火炮武器的重要發(fā)展方向，從而對(duì)火炮的剛度、強(qiáng)度、速度和精度提出了更高的要求，傳統(tǒng)的時(shí)不變力學(xué)理論難以適應(yīng)這種發(fā)展需求，有必要考慮火炮發(fā)射過程中時(shí)變參數(shù)的影響，本文以此為研究背景，結(jié)合國防“973”課題“XXX時(shí)變力學(xué)研究”，利用有限元法和動(dòng)力剛度矩陣法，對(duì)沖擊載荷作用下炮身大位移后坐運(yùn)動(dòng)過程中的時(shí)變力學(xué)問題進(jìn)行研究，主要工作包括以下幾個(gè)部分:
　　(1)利用Euler-Benoulli梁理論和有限元方法建

2、立了移動(dòng)力、移動(dòng)質(zhì)量和移動(dòng)彈簧-質(zhì)量沿梁運(yùn)動(dòng)的時(shí)變力學(xué)模型，通過數(shù)值計(jì)算總結(jié)了移動(dòng)載荷的質(zhì)量、速度、加速度以及邊界條件對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響規(guī)律。設(shè)計(jì)加工了移動(dòng)質(zhì)量沿懸臂梁運(yùn)動(dòng)的時(shí)變力學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲得了懸臂梁應(yīng)變、撓度等隨時(shí)間變化的規(guī)律，與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，驗(yàn)證了所建模型的正確性。
　　(2)根據(jù)Euler-Benoulli梁的控制方程，推導(dǎo)動(dòng)力剛度矩陣梁?jiǎn)卧木_形函數(shù)，將移動(dòng)質(zhì)量的慣性力作為梁的附加動(dòng)力剛度

3、矩陣處理，建立了移動(dòng)載荷作用下梁的動(dòng)力剛度矩陣模型，并通過Wittrick-Williams算法對(duì)系統(tǒng)的固有頻率進(jìn)行求解，通過數(shù)值計(jì)算分析了移動(dòng)質(zhì)量運(yùn)動(dòng)位置、重量大小、速度和加速度對(duì)移動(dòng)質(zhì)量系統(tǒng)固有頻率的影響規(guī)律。
　　(3)利用Hamilton原理的擴(kuò)展形式推導(dǎo)軸向變速運(yùn)動(dòng)梁的控制方程和邊界條件，通過求解頻域控制方程，結(jié)合位移邊界條件和載荷邊界條件，推導(dǎo)出軸向變速運(yùn)動(dòng)梁的動(dòng)力剛度矩陣，采用Hermite形函數(shù)，建立了軸向變速運(yùn)動(dòng)

4、梁的有限元模型，通過數(shù)值計(jì)算總結(jié)了梁軸向運(yùn)動(dòng)速度、加速度、軸向受力及邊界條件對(duì)固有頻率的影響規(guī)律。
　　(4)將炮身與搖架之間的相互作用關(guān)系簡(jiǎn)化成兩個(gè)彈性支撐，結(jié)合炮身動(dòng)態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試和基于譜元法的系統(tǒng)辨識(shí)模型，確定了彈性支撐隨頻率變化的剛度，建立了計(jì)及炮身后坐位移、后坐速度、后坐加速度和軸向載荷等因素的動(dòng)力剛度矩陣模型，通過數(shù)值計(jì)算結(jié)果和模態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析，討論了炮身后坐位移、后坐速度、后坐加速度和軸向載荷對(duì)系統(tǒng)固有頻率的影

5、響規(guī)律。
　　(5)推導(dǎo)計(jì)及炮身后坐速度、后坐加速度和軸向載荷影響的移動(dòng)梁?jiǎn)卧禂?shù)矩陣，將搖架簡(jiǎn)化成變截面梁并建立其系數(shù)矩陣，建立炮身-搖架耦合運(yùn)動(dòng)引起的附加矩陣，通過組裝上述各系數(shù)矩陣獲得了沖擊載荷作用下軸向運(yùn)動(dòng)梁沿支撐梁運(yùn)動(dòng)的二維時(shí)變力學(xué)模型，對(duì)某火炮炮身后坐的時(shí)變力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，通過與炮身模擬后坐實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，指出了二維時(shí)變力學(xué)模型處理搖架三維結(jié)構(gòu)特征所存在的不足。
　　(6)分別利用三維移動(dòng)梁?jiǎn)卧蜌卧獙?duì)

6、炮身及搖架的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散，對(duì)有限元網(wǎng)格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖析和信息自動(dòng)提取，利用“對(duì)號(hào)入座”的方法將炮身-搖架耦合運(yùn)動(dòng)引起的附加矩陣的元素疊加到與相應(yīng)單元對(duì)應(yīng)的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣中，形成系統(tǒng)的時(shí)變質(zhì)量矩陣和剛度矩陣，建立了沖擊載荷作用下炮身沿?fù)u架大位移后坐的三維時(shí)變力學(xué)模型，并利用C++語言編制了數(shù)值計(jì)算程序。
　　(7)以某火炮炮身大位移后坐為研究對(duì)象，用密閉爆發(fā)器火藥燃燒對(duì)活塞桿的作用力模擬火炮發(fā)射過程中的炮膛合力，進(jìn)行了炮身大