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《南京理工大学》 2006年
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复合材料身管结构分析与优化研究

徐亚栋  
【摘要】:复合材料应用于火炮身管有利于减轻身管重量,延长身管使用寿命,从而提高火炮武器系统的战技性能。本文结合国内外复合材料的研究成果,借助现代先进的计算技术、分析方法和试验手段,对复合材料身管进行了系统深入的分析,围绕复合材料身管的强度特性、热弹性特性、动态特性、结构优化和近似建模等方面的问题进行研究和讨论,建立一套较为完整的复合材料身管结构分析方法和优化方法,并取得一些有用的结论,为复合材料身管在火炮中的应用提供可靠理论依据。 从各向异性材料力学出发,建立复合材料身管的力学模型,导出复合材料α单元应力应变求解方程式,并探讨复合材料界面应力应变计算方法;根据复合材料设计方法并结合理论模型,采用有限元方法,建立了复合材料身管三维有限元强度分析模型,通过求解获得身管应力应变情况,并采用二次蔡-吴准则进行强度校核。 针对复合材料身管的热弹性问题,基于有限元方法,进行复合材料身管非线性热弹性分析和三维瞬态热结构耦合分析。通过对复合材料模拟身管进行非线性热弹性分析,得出物性参数随温度变化对身管温度场分布、热应力和固有频率的影响规律;通过对某口径复合材料身管的三维瞬态热结构耦合分析,获得该身管在发射条件下温度变化规律和身管动态应力变化规律。 复合材料身管动态特性问题的研究是从复合材料身管模态特性、阻尼特性和强迫响应三个方面内容进行的。通过模态特性分析,得到复合材料身管的各阶固有频率和振型,通过复合材料缠绕角参数研究,获得复合材料身管各阶固有频率随缠绕角变化的规律;对复合材料阻尼机理进行深入分析,推导复合材料能量耗散公式,采用模态应变能方法,计算复合材料身管自由模态和约束模态下各阶频率的模态阻尼损耗因子;在模态分析和阻尼分析的基础上,采用模态叠加动力学有限元计算方法,对复合材料身管的强迫响应特性分析,计算获得复合材料身管的炮口振动情况。采用先进的火炮自动测试系统,对复合材料身管进行了实弹射击试验,所测得的试验结果与理论计算结果能够很好的吻合,验证理论计算模型的正确性和试验系统的可靠性。 以复合材料身管为优化对象,根据不同的优化目标和优化层次,分别进行刚度优化、多目标优化以及多学科综合优化,提出一套适合于复合材料身管的多层次的结构优化方法。根据复合材料身管刚度特性要求,建立复合材料身管在强度和重量约束条件下的刚度特性优化模型,采用复合形法进行了优化求解;根据复合材料身管设计时的多指标要求,建立以刚度和重量为目标的复合材料身管多目标优化模型,采用改进的非支配排序遗传算法,对复合材料身管进行了多目标优化,获得在刚度目标和重量目标下的复合材料身管最优解集;在复合材料身管的多学科优化中,综合考虑了复合材料身管的结构性能、热学性能、物理性能等多个学科的设计要求,采用多学科优化
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TJ303

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 周翠平;徐亚栋;;基于虚拟仪器技术的复合材料身管动态试验[J];淮阴工学院学报;2011年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 吴其俊;复合材料枪管的理论及应用研究[D];南京理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 姜勇;某多管火箭炮复合材料定向管结构分析及优化[D];南京理工大学;2012年
2 严君;基于OptiStruct碳纤维复合材料薄壁结构优化设计研究[D];中北大学;2012年
3 李文兵;基于流固耦合的舰炮身管动态特性分析[D];南京理工大学;2008年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 李烁,徐元铭,张俊;基于神经网络响应面的复合材料结构优化设计[J];复合材料学报;2005年05期
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10 罗志军,乔新;基于遗传算法的复合材料层压板固有频率的铺层顺序优化[J];复合材料学报;1997年04期
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 熊仲宇;基于计算机智的结构优化设计[D];南京航空航天大学;2001年
2 钱仲焱;复杂结构协同优化理论、方法及技术的研究[D];浙江大学;2001年
3 唐文艳;结构优化中的遗传算法研究和应用[D];大连理工大学;2002年
4 陈飚松;热传导与结构耦合系统的灵敏度分析及优化设计[D];大连理工大学;2002年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈永兵;遗传算法及其在结构工程优化中的应用研究[D];西北工业大学;2001年
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3 郭健;多学科设计优化技术研究[D];西北工业大学;2001年
4 赵一宁;人工神经网络和遗传算法在船体结构动力学中的应用[D];大连理工大学;2002年
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6 张国栋;结构优化与非线性有限元技术在炮闩闭气结构中的应用研究[D];南京理工大学;2003年
7 徐亚栋;复合材料身管动态响应分析[D];南京理工大学;2003年
8 张彦考;全复合材料弹翼、舱段组合结构优化设计[D];西北工业大学;2002年
9 穆雪峰;多学科设计优化代理模型技术的研究和应用[D];南京航空航天大学;2004年
10 茹兴鹏;计算智能在机械结构优化设计中的应用[D];南京理工大学;2004年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郑志才;孙士祥;陈艳;王强;章玉斋;;碳纤维复合材料薄壁管的制备及其轴向压缩性能研究[J];工程塑料应用;2008年04期
2 陈曦;王希诚;;一种改进的多种群遗传算法[J];辽宁科技大学学报;2009年02期
3 徐亚栋;钱林方;陈龙淼;;复合材料身管非线性热弹性有限元分析[J];兵工学报;2007年12期
4 鲁大伟,李书;应用免疫遗传算法优化设计层合板铺层顺序[J];北京航空航天大学学报;2005年02期
5 喻云水;贺微粒;李立君;赵仁杰;;基于响应面模型的竹胶合板模板力学性能优化[J];北京林业大学学报;2009年06期
6 穆朋刚;赵美英;陈鹏飞;万小朋;;基于蚁群算法的复合材料层合板的铺层顺序优化[J];玻璃钢/复合材料;2007年06期
7 黄风立;娄勇坚;杨亚萍;顾金梅;;基于随机机会约束规划的复合材料层合板固有频率的铺层角优化设计[J];玻璃钢/复合材料;2008年04期
8 穆朋刚;万小朋;赵美英;;复合材料加筋壁板优化设计[J];玻璃钢/复合材料;2009年05期
9 冯消冰;黄海;王伟;张浩东;;基于遗传算法的层压板强度优化设计[J];玻璃钢/复合材料;2012年03期
10 韩丽萍;;大跨度门式刚架中柱连接形式对玻纤厂房造价的影响分析[J];玻璃纤维;2010年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 滕亚莉;黄立威;;复合材料喷管热应力分析[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
2 李永利;周德俭;黄红艳;;基于局部灵敏度分析的挠性电路模块结构特性分析[A];2008中国电子制造技术论坛论文集[C];2008年
3 张铁亮;丁运亮;金海波;张珍铭;;卫星桁架结构优化设计[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
4 尤凤翔;;复合材料层合板力学性质分析及角铺设层优化设计[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
5 郭战胜;张俊乾;居建国;何利娜;;厚截面复合材料的制造工艺及其力学问题[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(上册)[C];2008年
6 杜龙;矫桂琼;黄涛;李朝光;;Z-pin增强泡沫夹层结构的弯曲性能[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(下册)[C];2008年
7 张建锋;郑锡涛;缑林虎;;无人机复合材料进气道结构优化设计与分析[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(下册)[C];2008年
8 嵇培军;杨明;陈志刚;白树成;蔡良元;温磊;崔溢;;耐高功率密度微波层合结构复合材料的传热分析[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(下册)[C];2008年
9 李伟;郝志明;;渐进结构优化在离心机吊篮结构设计中的应用[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
10 李善坡;隋允康;;桁架结构截面优化模型的新提法[A];北京力学会第14届学术年会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张春玉;预应力空间网格结构优化理论及可靠性分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 冯麟涵;舰船系统抗冲击性能全局优化方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 李方义;区间非概率多目标优化设计方法及其在车身设计中的应用[D];湖南大学;2010年
4 向国齐;支持向量回归机代理模型设计优化及应用研究[D];电子科技大学;2010年
5 余晓琳;自锚式悬索桥静力可靠度研究[D];华南理工大学;2011年
6 黄小荣;光电子企业多项目资源配置优化与评价方法研究[D];武汉理工大学;2011年
7 彭名华;直升机总体多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2009年
8 刘彬;镁合金专家系统的开发研究[D];重庆大学;2011年
9 陈巍;气体辅助注射成型充模机理数值模拟与成型工艺稳健优化[D];上海交通大学;2011年
10 张伟;基于开环光纤陀螺控制的无人作战平台稳定技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李伟;基于ANSYS平台的拓扑优化方法研究及其在离心机吊篮结构设计中的应用[D];中国工程物理研究院;2010年
2 俞黎明;减速器箱体阻尼减振研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 曹巍巍;基于智能优化算法的OFDMA系统自适应资源分配问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 杨俊杰;树脂基复合材料板簧结构阻尼性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 杨婧媛;水下结构声辐射的响应变异性分析及代理模型研究[D];大连理工大学;2010年
6 沈亚南;考虑逐步破坏和环境载荷影响的复合材料风机叶片的强度和刚度分析[D];大连理工大学;2010年
7 蔺晓风;微遗传优化与iSIGHT集成技术研究[D];大连理工大学;2010年
8 刘玚;面向机身颤振模型的结构拓扑优化方法研究[D];大连理工大学;2010年
9 张伟;预应力连续箱梁桥结构优化设计研究[D];合肥工业大学;2010年
10 常洁;神华天津煤炭码头生产组织优化研究[D];大连海事大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 田青超,吴建生,樊新民,张越;有限差分法在复合枪管传热中的应用[J];兵工学报;2000年04期
2 楚志远,杨国来,陈运生;自行火炮非线性有限元动力学仿真方法研究[J];兵工学报;2001年02期
3 陈龙淼,钱林方;复合材料身管烧蚀与寿命问题的研究[J];兵工学报;2005年06期
4 秦勇;夏源明;;复合材料飞轮结构及强度设计研究进展[J];兵工学报;2006年04期
5 徐亚栋;钱林方;陈龙淼;;复合材料身管非线性热弹性有限元分析[J];兵工学报;2007年12期
6 陈龙淼;钱林方;;金属内衬对复合材料身管热性能影响分析[J];兵工学报;2008年11期
7 朱孙科;马大为;于存贵;乐贵高;;多管火箭炮定向管的多目标优化及多属性决策研究[J];兵工学报;2010年11期
8 荣晓敏;徐元铭;吴德财;;复合材料格栅结构优化设计中的计算智能技术[J];北京航空航天大学学报;2006年08期
9 闫刚;魏伯荣;杨海涛;肖琰;;聚合物基复合材料导热模型及其研究进展[J];玻璃钢/复合材料;2006年03期
10 黄风立;娄勇坚;杨亚萍;顾金梅;;基于随机机会约束规划的复合材料层合板固有频率的铺层角优化设计[J];玻璃钢/复合材料;2008年04期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王家俊;聚酰亚胺/氮化铝复合材料的制备与性能研究[D];浙江大学;2001年
2 张越;复合层合枪管强度及温度场的理论分析与试验研究[D];南京理工大学;2007年
3 张志峰;先进复合材料格栅加筋结构优化设计与损伤分析[D];大连理工大学;2008年
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1 卢建志;某中型越野车下横臂的轻量化设计[D];中北大学;2011年
2 韩旭;帽型复合材料加筋壁板结构优化设计[D];南京航空航天大学;2009年
3 柴红普;复合材料层压板典型结构优化设计研究[D];上海交通大学;2011年
4 姚颖;复合材料层合板的优化设计方法研究[D];西北工业大学;2001年
5 佘建生;枪管轻量化技术研究[D];华北工学院;2002年
6 吴艳;复合材料结构的实用优化设计技术及应用研究[D];西北工业大学;2003年
7 樊成军;身管弯曲对火炮射击精度影响分析[D];南京理工大学;2002年
8 徐亚栋;复合材料身管动态响应分析[D];南京理工大学;2003年
9 邵将;基于AGA-FEM的复合材料层合壳结构优化方法研究[D];南京航空航天大学;2004年
10 贾坤荣;火炮关键零部件发射应力分析[D];西北工业大学;2004年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 张丽静;舰炮身管冷却分析与优化[D];南京理工大学;2011年
2 于刚;基于流固耦合方法的船体结构振动数值模拟研究[D];集美大学;2012年
3 王瑜;轨道交通荷载作用下简支梁桥受力性能研究[D];沈阳建筑大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李兴旺,满广生;工程结构优化的神经网络模型与数值计算[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2002年02期
2 靳晓光,高芃,李晓红;响应面法及神经网络模型在岩土工程监测数据处理中的应用[J];地下空间;2001年04期
3 孙艳丰,郝江凌;大型复杂结构优化问题的遗传算法[J];北方交通大学学报;1997年06期
4 刘国忠,邓文怡,吕勇;基于PC总线的虚拟测控技术[J];北京机械工业学院学报;2000年04期
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6 杨超,陈桂彬,邹丛青;主动气动弹性机翼技术分析[J];北京航空航天大学学报;1999年02期
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10 段卓平,关智勇,黄正平;箔式高阻值低压锰铜压阻应力计的设计及动态标定[J];爆炸与冲击;2002年02期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 晏飞;王利京;;带有气动弹性约束的复合材料翼面结构优化[A];第七届全国空气弹性学术交流会论文集[C];2001年
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1 武金瑛;遗传算法及其在结构优化中的应用[D];大连理工大学;2000年
【相似文献】
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1 徐亚栋;钱林方;;基于改进非支配排序遗传算法的复合材料身管多目标优化[J];兵工学报;2006年04期
2 陈龙淼;钱林方;;基于热效应的复合材料身管强度分析[J];南京理工大学学报(自然科学版);2008年06期
3 贾建明;;铂纳米线的结构特性[J];淮阴工学院学报;2006年05期
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5 陈秉智;段书华;谢基龙;兆文忠;;基于遗传算法的列车端部桁架优化设计[J];大连交通大学学报;2009年05期
6 刘子建;李珍珠;赵世宜;;基于GA-ANN的高速烟支切割支撑装置结构优化[J];湖南大学学报(自然科学版);2007年03期
7 程广伟;周志立;邓楚南;徐立友;;基于遗传算法的电涡流测功机预测控制[J];农业机械学报;2008年07期
8 王振霖;陈学康;曹生珠;;MEMS扭转微镜动态特性的有限元仿真分析[J];真空与低温;2008年02期
9 赵洪波;;基于GA与SVM的最危险滑动面识别[J];岩土力学;2006年11期
10 蹇开林;燕乐纬;朱学旺;;基于遗传算法的结构支撑位置优化[J];应用力学学报;2007年02期
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1 刘东岳;肖志鹏;万志强;杨超;;基于气动弹性优化方法的机翼初步刚度设计[A];第十一届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2009年
2 郭鹏飞;韩英仕;朱朝艳;;离散变量结构优化的Fibonacci遗传算法[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2002年
3 赵丛;刘宝坤;石红瑞;王慧;;一种基于遗传算法的NN自适应控制器的研究[A];1997年中国控制会议论文集[C];1997年
4 代海涛;程伟;郑荃;;基于试验和有限元基础上的小提琴动态特性研究[A];第八届全国振动理论及应用学术会议论文集摘要[C];2003年
5 颜学龙;李明太;李志娟;;基于遗传算法的SoC测试测试结构优化[A];2007'仪表,自动化及先进集成技术大会论文集(一)[C];2007年
6 安世奇;孙一康;王京;;基于遗传算法的神经网络简单自适应控制[A];2005中国控制与决策学术年会论文集(上)[C];2005年
7 岳敏楠;柳建华;;基于遗传算法的车辆用空调换热器的优化[A];中国制冷学会2007学术年会论文集[C];2007年
8 唐锐;文广;文忠波;;基于遗传PID控制的双向伺服系统[A];2007年中国智能自动化会议论文集[C];2007年
9 李福强;胡卫兵;;基于ANSYS的结构优化设计[A];第16届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2007年
10 王家达;刘祖望;;基于遗传神经网络的无刷直流电机矢量控制系统设计[A];中国仪器仪表学会第九届青年学术会议论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 戎心;大炮,小声点[N];中国国防报;2003年
2 记者 孙彦新;火炮试射:“兵”味足,弯腰捂耳大嗓门[N];新华每日电讯;2006年
3 吴佩环;震撼来自APS2000[N];中国国防报;2003年
4 党耀武;打了就跑[N];中国国防报;2004年
5 崔永昌、特约通讯员 王绍波;陆地火炮水上打[N];解放军报;2001年
6 朱旭宇;“战争之神”铸新篇[N];解放军报;2004年
7 周燕虎 本报特约通讯员 项志明;信息技术让火炮“走”进实验室[N];解放军报;2005年
8 田龙生;点评新型火炮:让“战争之神”更威猛[N];中国国防报;2004年
9 何榉;MK19MOD3:杀伤力超过了火炮[N];中国国防报;2005年
10 本报记者 杨清刚 通讯员 陈前线;脱胎换骨 再显神威[N];解放军报;2009年
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1 徐亚栋;复合材料身管结构分析与优化研究[D];南京理工大学;2006年
2 吕桂萍;水轮发电机组大部件刚强度及动态特性研究[D];沈阳工业大学;2004年
3 张旭;具有拓扑结构布局优化的理论及算法[D];大连理工大学;2004年
4 张需溥;小型化微带天线的设计与数值分析[D];上海大学;2004年
5 廖平;基于遗传算法的形状误差计算研究[D];中南大学;2002年
6 杨春成;空间数据挖掘中聚类分析算法的研究[D];解放军信息工程大学;2004年
7 武云鹏;有限元线法求解时域问题的研究[D];清华大学;2004年
8 陈强;挥鞭样损伤的生物力学和临床研究[D];第二军医大学;2005年
9 方娟;基于移动代理的网格资源监控技术的研究[D];北京工业大学;2005年
10 崔晓芳;箱型结构焊接变形预测、控制及应用[D];大连交通大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 茹兴鹏;计算智能在机械结构优化设计中的应用[D];南京理工大学;2004年
2 刘剑;计算智能在特种机械总体结构优化设计中的应用研究[D];南京理工大学;2004年
3 王丽敏;偏曲轴少齿差行星减速器优化设计[D];河北工业大学;2005年
4 李松辉;基于APDL及遗传算法的水工结构优化方法及其应用[D];河北农业大学;2005年
5 史朝晖;三相正弦波永磁伺服电动机的动态特性的优化设计[D];山东大学;2005年
6 郝紫阳;铁塔动态特性及稳定性有限元分析[D];华北电力大学(河北);2006年
7 李福强;基于ANSYS平台的遗传算法在结构优化设计中的应用[D];西安建筑科技大学;2008年
8 丁波;MIMO天线阵优化设计研究[D];中南大学;2009年
9 范国海;I-DEAS优化模块的开发及其在D45上的应用[D];大连理工大学;2000年
10 李国慧;车铣复合加工中心刀塔结构静动态性能的分析与研究[D];兰州理工大学;2005年
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