复合材料座钣动态响应分析及结构优化

发布时间：2025-08-12 18:36

　　 为研究迫击炮座钣轻量化问题,提出了一种碳纤维复合材料座钣设计方案。采用碳纤维增强树脂基复合材料作为座钣主体,以大变形分散吸收后坐能量;采用钛合金驻臼和边角承受后坐力,防止局部冲击损坏。基于三维Hashin准则开发了VUMAT材料子程序,模拟复合材料的失效行为。建立了复合材料座钣与土壤耦合的全炮非线性动态有限元模型,通过仿真计算获得了座钣最大应力和最大位移,分析了不同土壤类型对炮口扰动的影响。通过最优拉丁超立方试验设计,建立了座钣5层BP神经网络代理模型和多目标优化模型;利用BP神经网络与带精英策略的非支配排序遗传算法对座钣进行了多目标优化设计。优化后炮口扰动显著降低,座钣质量比初始设计减少了11.38%。

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【部分图文】：

图1 复合材料座钣三维模型

传统的金属座钣的各部分一般通过焊接进行连接,焊缝处往往是结构强度薄弱的地方。使用复合材料制作座钣时,由于复合材料成型工艺的限制,复合材料的形状通常很难像金属材料那样加工为复杂的曲面。如果复合材料座钣的结构设计得比较复杂,那么就难免会出现部分复合材料需要互相连接,其连接处同样也会....

图2 土壤及全炮网格模型

迫击炮全炮模型主要包括:座钣,弹丸和炮身(身管、炮尾),炮架(炮箍、双腿架),复合材料座钣置于土壤中,双脚架插入土壤中为身管提供支撑。座钣中的驻臼、底盖、边角等钛合金件结构规整,采用六面体单元划分;座钣复合材料部分采用四边形壳单元划分;土壤采用六面体单元与四面体单元进行划分。全炮....

图3 发射载荷-时间曲线

图2土壤及全炮网格模型载荷:迫击炮膛底施加膛底压力,弹丸尾部与尾翼中心截面施加弹底压力,重力施加在整个模型上。弹丸与身管内壁之间定义摩擦动接触,座钣外表面与土壤之间定义接触。膛底压力和弹底压力如图3所示。约束:土壤底面固定。

图4 座钣背面应力云图(单位:MPa)

进行6种射击工况下的全炮动态非线性有限元仿真,得到迫击炮发射过程座钣在各个时刻的应力和位移分布规律。0°/45°(方向角/高低角)工况下座钣背面的Mises应力云图如图4所示,各工况最大应力和最大位移如表5所示。计算结果表明,6种工况中,迫击炮射角为0°/45°时,座钣的最大应力....

本文编号：4058963