基于有限元的炮尾结构优化设计.pdf

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1、·信息技术·付帅，等·基于有限元的炮尾结构优化设计基于有限元的炮尾结构优化设计付帅，顾克秋，张俊飞(南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094)摘要：以传统炮尾结构为基础，参考几种不同的圆角，寻求降低圆角应力的方法。结合台阶式炮尾结构，利用有限元分析软件和ISIGHT优化软件，运用二维模型代替三维模型的方法，节省时间，提高效率，对相关参数优化处理，在一定的条件下，降低圆角应力，解决圆角应力过大而使炮尾疲劳断裂的问题。关键词：有限元；台阶式炮尾；参数优化；圆角应力中图分类号：TH112；TB115．2文献标志码：B文章编号：167

2、1—5276(2014)03．0137．04OptimizationDesignofBreechStructuresBasedonFiniteElementFUShuai。GUKe．qiu．ZHANGJun．fei(SchoolofMechanicalEngineering，NanjingUniversityofScienceandTechnology，Nanjing210094，China)Abstract：Basedonconventionalbreechstructure，referencingseveraldiferentf

3、illets，thewayofdecreasingthecrankshaftfiletsstressissearched．Combinedwiththestep-wisebreechstructures。usingfiniteelementanalysissoftwareandISIGHToptimizationsoftware，itcansavetimeandimproveeficiencybyusingthemethodoftakingtwo-dimensionalmodelinsteadofthree-dimensionalm

4、ode1．Relatedparametersareoptimizedandcrankshaftfilletsstresscanbedecreasedundercertainconditions．Theproblemoffa·tiguefractureofbreechcausedbylargecrankshaftfilletsstresscanbesolved．Keywords：FEM；step-wisebreech；parameteroptimization；filletstress以某大口径火炮的炮尾为例，传统的三维炮尾模型如图1

5、J0引言，二维炮尾模型尺寸如图2所示(只给出一半的尺寸)，由于实际炮尾纵向尺寸变化很小，可以用平面模型火炮在实际中的工况极其恶劣，其在发射过程中，闩代替三维模型，这样不仅可以降低模型的复杂程度，还能体会承受较大的膛底压力，炮尾承受和传递闩体所受到节省计算时间，试验结果和实际结果也较为接近。利用有的作用力，因此在炮尾的内部和闩体相接的圆角处，就限元软件进行分析，设置最大膛压为396．96MPa，画网格会造成较大的应力集中，因而炮尾在圆角处会发生疲劳时使的网格疏密得当，得出应力云图如图3，发现在炮尾裂纹。圆角处的应力为2641MPa。以

6、往相关的研究都是给出理论降低圆角应力的方法，随着计算机技术的发展和相关软件的进步，使得利用计算机计算解决炮尾圆角问题成为一种可能。本文以某一种降低炮尾圆角应力的方法为对象，利用二次编程技术，进行有限元分析设计，并通过集成ISIGHT优化软件，寻找最优参数。这不仅可以为用其他方法降低圆角应力提供参考，还能较好的解决以前受技术限制的炮尾问题。1炮尾模型l-1炮尾模型中的应力集中问题由于火炮发射时，膛压对闩体产生较大的作用力，炮尾用于传递和抵消这些作用力，对于滑动闩体的火炮，炮尾的破坏往往从与闩体接触区近邻的炮尾圆角开始。在炮尾圆角处首先

7、产生一些微小的裂痕，进而整个炮尾从图1三维炮尾模型中断裂开，对炮尾结构造成恶劣破坏。作者简介：付帅(1989一)，男，江苏徐州人，硕士研究生，研究方向为现代机械设计理论与方法。MachineBuildingAutomation，"2014，钌(3)：137-140·137··信息技术·付帅，等·基于有限元的炮尾结构优化设计圆角处的应力是本文优化的目标，故每个圆角处的变量有表1优化模型尺寸参数取值范围nlnl3个：圆角圆心和上阶面的距离，圆角圆心和侧面的距离Y，圆角半径R和闩体上台阶面到闩体下台阶面的距离￡。炮尾模型中共有7个变量，优

8、化模型如图6，圆角放大图模型如图7。对应的台阶闩体二维优化模型如图8所示。另外，台阶式炮尾优化模型的尺寸参数取值范围如表1所示。230-cI。，7<／—●●)寸参数化建模，可以有效的减少人员操作的时间，大大一Ⅱ提高了优化效率。建立参数