HyperMesh大口径牵引火炮大架优化设计(3)

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1.2.2 有限元法的国内外发展状况

1.2.3 有限元软件的选择

Hypermesh软件是美国Altair公司的产品，是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包。它支持直接输入已有的CAD几何模型（如Pro/E、SolidWorks和UG等）；另一方面，它支持各种主流的有限元分析软件（ABAQUS、ANSYS、MARC、NASTRAN、OptiStuct和RADIOSS等）。在HyperMesh中建立有限元模型之后，可以直接导出各种类型求解器的文件格式，从而利用相应的求解器进行计算。

ABAQUS软件是国际上公认的CAE大型通用分析软件之一，以精于复杂问题的求解和非线性分析见长。ABAQUS可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。ABAQUS 不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以做系统级的分析和研究。

基于以上考虑，本课题将采用HyperMesh与ABAQUS进行有限元分析。使用HyperMesh对火炮大架模型进行前处理可提高网格划分的效率和质量，并可以很方便地导入求解器之中。而使用ABAQUS来进行有限元分析不仅操作方便，还能快捷地得到较为精确的解。根据两种软件不同的特点，把整个分析过程合理分配到不同工程软件上来进行分工处理，可以合理的利用资源，节约操作时间。

1.3 火炮大架

1.3.1 火炮大架的研究现状

19世纪前的火炮，炮身通过耳轴与炮架直接刚性连接，与炮架间无相对移动。发射过程中产生的全部后坐力通过炮身直接作用在炮架上，对大架的刚度有较高要求。

19世纪后期，火炮上采用了“反后坐装置”，它相当于一个弹性缓冲件。射击时，允许炮身沿炮架作一定距离的相对移动而全炮不动，炮身所受的瞬时冲击后坐力经过反后坐装置缓冲后，转化为变化平缓且数值较小的力再传给炮架，使炮架受力减小，并大大减小了作用在大架上的作用力。这种火炮的炮架称为弹性炮架。因大架受力大大减小，便可大幅度地减轻全炮质量，提高发射速度，能较好地解决火炮威力提高与机动性下降的矛盾。

在火炮发展过程中，世界各国始终十分重视对火炮刚度的研究。在美国提出并实施的“未来战斗系统”、英国提出的“机动直接射击火力装备需求计划”、俄罗斯的“黑鹰”和“T95”坦克中，火炮刚度的研究均放在非常重要的位置[8]。国内外已通过采取一系列的技术措施，不断提高了火炮的射速、射程、精度、威力、生存能力和快速反应能力[9]。但由于火炮威力的提高，将使火炮后坐力过大带来的全炮质量过大，或者大架结构刚强度不能满足要求、火炮精度降低等问题。有时会直接影响所设计或改进的火炮产品的综合性能。因此，提高牵引火炮大架的刚度，对提高牵引火炮的稳定性、安全性和精度有重要意义。

大架结构设计时，应该根据战术要求及火炮总体方案的要求，并参考国内外现有火炮结构来确定结构方案 [10]。

1.3.2 大架的工作原理源]自=751-·论~文"网·www.751com.cn/

火炮大架在火炮发射的过程中在后部通过支撑火炮来保证射击过程的静止性和稳定性，火炮大架一般由板状或管状材料焊接而成。其作用为：支撑炮身、牵引火炮、承受射击时的作用力和保证射击的稳定性，并作为射击和运动时全炮的支架[9]。

大架的截面多为圆形或者矩形，在壁厚相等的条件下，当承受单向弯矩时，矩形截面的抗弯性能要优于圆形截面的，大架的质量也相对较小，所以在本课题的研究中选用了矩形截面的大架作为研究对象。由于越靠近架头。大架所承受的弯矩越大，所以大架的截面面积设计为从架尾到架头连续减小的渐变性。火炮射击过程中的作用力通过各部件之间的连接关系来传递。