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基于瞬态动力学对某炮塔塔体进行研究
摘要：文章通过 Adams计算出冲击载荷作用在塔体上的力,利用三维建模软件 CATIA建立某炮塔塔体三维模型,对ANSYSworkbench所得出的瞬态动力学分析结果进行强度校枋,确定了其刚强度符合要求,成为未来结构优的参考依据｡
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炮塔塔体作为火炮发射过程中主要承力部件之一,其结构的刚强度十分重要｡文章通过Adams计算出冲击载荷作用在塔体上的力,并依据此对炮塔塔体进行瞬态动力学分析,得到了塔体在冲击力作用下的位移和应力分布状,验证了结构的刚强度｡
1､ 炮塔结构简介及冲击力计算
炮塔主要构件组成包括炮管､炮塔塔体､高低机､方向机以及装弹系统等结构,具体如图1所示｡ 火炮发射时载荷通过高低机上的炮管齿轮轴传递至塔体塔体承受主要冲击载荷,故需要对其进行有限元分析[1],以确保其刚强度符合要求｡
图 1 炮塔主要构件组成
炮塔由于射击角度的不同,会对塔体产生不同的冲击力,由于俯射有火炮自身重力叠加作用,故在最大俯仰角时受力最大,选取最大俯仰角45毅时进行分析｡ 首先将简化后的炮塔三维模型导入Adams中添加约束.重新建立装配关系,并在炮管内管位置施加冲击力,进行仿真.选择输出数据为左右两耳轴孔中心处受力大小｡ 经仿真得到左右两耳轴孔中心位置所受冲击力随时间变化的曲线图如图2所示,其中红色､蓝色曲线图分别代表左右两边位置｡ 由图可以看出冲击力在0.01s时达到最大之后在后坐力作用下逐步减小,到0.05s时基本消失｡ 左右两边受力情况基本一致,误差在允许范围之内,所得结果为下一步瞬态动力学分析提供载荷条件[2]｡
图2左右两耳轴孔中心位置所受冲击力随时间变化曲线图
2､ 炮塔塔体瞬态动力学分析
将塔体三维模型导入ANSYS进行网格划分｡ 选择网格划分方式为六面体主导最终得到185257个节点和38958个单元｡塔体材料选择为Q235钢[3] ,其弹性模量为2.06伊10 11 Pa.泊松比为0.3,屈服强度为2.05伊10 8 Pa｡ 将冲击力以载荷步形式施加在左右两耳轴孔中心处,并在塔体底部添加约束｡ 将上述有限元模型进行求解.求解结果如图3所示｡
图 3 塔体应力､位移分析云图
由图3可以看出塔体整体应力与位移变化均较小且主要集中分布在耳轴架部分,这是由于耳轴架直接承受来自炮管齿轮轴传递的冲击载荷｡ 根据分析结果,塔体最大Mise应力为19.123MPa,主要分布在耳轴架处｡Q235的屈服强度为=235MPa,取安全因数为1.5,许用应力[H]=235/1.5=157MPa,最大应力远小于许用应力,故满足强度要求｡除过强度之外炮塔的刚度对于射击精度也有着重要影响｡通过翻阅资料两耳轴孔中心处渊即受力位置冤的位移可以在一定程度上作为验证刚度的标准[4]｡ 基于此.对塔体两耳轴孔中心处在瞬态分析下的位移变化进行研究,得出如图4所示耳轴孔中心处位移随时间变化曲线图｡
图 4 耳轴孔中心位移变化曲线图
由图4可以看出.位移在0.005s时达到最大,这是因为载荷力在该时刻达到最大.随后在后坐力作用下逐渐减小的原因,位移变化与力的变化规律一致.也佐证了分析结果的可靠性｡ 同时耳轴孔中心处位移变化很小,最大位移约为0.014mm.在要求范围之内｡故可认为该炮塔塔体满足刚度要求｡
3､ 结论
1)文章通过Adams分析,根据火炮发射过程中炮管的冲击载荷｡通过仿真得出炮塔塔体两耳轴孔中心处所受冲击力大小;2)将仿真所得结果作为瞬态力加至炮塔塔体,对其进行瞬态动力学分析,得到了塔体的刚强度分析结果,经校核该结构刚强度均符合预设要求,为日后进行结构优化提供依据｡
参考文献:
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理论力学是一门理论性较强的专业技术基础课。它是研究力学中最普遍、最基本的规律，是后续力学课程的重要基础[1]。受力分析是理论力学教学中极其重要的教学内容，是学好其它力学课程的根基。倘若这部分内容掌握不好，就不利于后续理论力学内容和其它力学课程的顺利学习。
2020-08-10
理论力学是一门理论性较强的专业技术基础课。它是研究力学中最普遍、最基本的规律，是后续力学课程的重要基础[1]。受力分析是理论力学教学中极其重要的教学内容，是学好其它力学课程的根基。倘若这部分内容掌握不好，就不利于后续理论力学内容和其它力学课程的顺利学习。受力分析在中学和大学物理课程中已经学习过，学生有些基础。
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2020-05-29
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期刊名称：力学学报
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主管单位：中国科学院
主办单位：中国科学院力学研究所
出版地方：北京
专业分类：科学
国际刊号：0459-1879
国内刊号：11-2062/O3
邮发代号： 2-814
创刊时间：1957年
发行周期：双月刊
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2020-04-25
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