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超轻型火炮摇架结构优化

钱辉仲  
【摘要】:本文针对某大口径超轻型牵引火炮轻量化的要求,结合国内外对火炮轻量化技术的研究,以火炮摇架为研究对象,对摇架结构进行了改进和优化设计。优化后的摇架不仅刚度有了明显的提高,质量也较原摇架有了一定的降低。 本文首先利用有限元软件分析了原有摇架的刚强度,根据原摇架中存在的刚度不足和质量过大的问题,根据经验设计对原结构进行了改进。 其次,在改进结构的基础上,针对超轻型火炮摇架减小质量、提高刚度的设计要求,基于有限元法和多目标优化设计方法,建立了摇架多目标优化数学模型。优化以摇架质量和刚度为优化目标,以摇架强度为约束条件,选择了摇架外形结构尺寸和摇架板厚为设计参数,采用改进非支配排序遗传算法(NSGA—Ⅱ)作为优化方法;通过优化得到了摇架Pareto最优解集,根据该解集设计的摇架在结构性能上有了进一步的提高。 最后,为了进一步减轻摇架质量以满足轻量化的要求,在经过形状和尺寸优化后所得摇架结构的基础上进行了拓扑优化。优化以摇架质量为目标,摇架刚度为约束条件,通过变密度法优化得到了设计区域的密度云图,去除低密度区域后得到了摇架的拓扑结构模型。经过有限元分析,拓扑优化后的模型刚度与优化前相比基本一致,质量有所下降,证明了该拓扑优化设计是合理的。


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