舰炮抽壳系统柔体动力学分析方法研究
摘要:抽壳系统的动态特性直接影响到舰炮的可靠性，由于在实际工作工程中存在多重非线性，难以用传统方法研究抽壳机构的力学特性能。为此，基于现代设计理论与方法，提出一种抽壳系统柔体动力学分析方法。应用显式积分法求解非线性方程组，三维非协调实体单元离散几何模型，通用接触算法模拟部件之间的动态接触，Rayleigh阻尼和Mises屈服面定义材料特性，失效连接单元模型弹壳抽壳特性。为了检验此分析方法的正确性，以某舰炮的抽壳系统为实际案例，使用CAD 软件建立实体模型，HyperMesh软件进行网格划分，电子拉伸试验机测试材料的力学性能，并对其进行数值计算，最后通过动应力测试验证模型的正确性。结果表明，本文所提出的方法有效可靠，可以为舰炮抽壳系统的研究提供理论基础。
前言:
舰炮抽壳系统的主要作用是抽出药筒（弹壳），其质量状况的好坏直接影响抽壳过程和后续炮弹的进膛。在对某新开发的舰炮物理样机进行试验时，抽壳系统各部件存在很多问题，如抽筒子时常发生塑性变形甚至断裂，抽壳模板部位磨损比较严重导致无法抽出药筒，从而失去战斗力。因此，有必要研究抽壳系统的力学特性。
试验方法用于研究舰炮的力学特性，是一种最直接且最准确的方式，但测试周期比较长且耗费的经费大。随着计算机技术、先进计算方法以及力学理论的发展，计算机辅助工程（Computer C Aided Engineering）应用于预测舰炮系统的力学特性成为可能，这种基于虚拟技术的现代设计理论与分析方法在军工行业的广泛应用，可发现及早结构设计缺陷，减少物理样机的试制次数，有效地缩短产品开发周期及降低开发费用。然而，大多数研究仅局限于静态有限元分析、多刚体动力学分析以及单个零件动应力校核上，而对舰炮进行系统性多柔体分析的研究很少，因为存在如下三个难点：
(1) 由于系统的大位移和大转动引起的几何非线性；
(2) 在工作过程中，材料会产生塑性变形，存在明显的物理非线性；
(3) 系统各部件之间存在非线性接触。整个系统的多柔体有限元分析模型只有充分考虑这些因素才能有效可靠。
本文针对这些关键问题所涉及动力学方程理论、材料本构、阻尼、接触等问题展开分析，提出抽壳系统柔体动力学分析方法。为了验证该方法的可行性，以某的抽壳系统为工程实例，根据结构尺寸用PROE软件建立三维实体模型，用HyperMesh软件划分网格，测试了的炮钢材料的力学特性，最后定义载荷和边界条件进行数值计算，并通过动态应力试验验证了模型的正确性。结果表明，本文提出的多柔体动力学分析方法是切实可行的，为舰炮抽壳机构的研制开发提供了一种较为经济实用的分析方法。
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