某迫击炮牵引装置限位块仿真分析.pdf

迫击炮牵引装置在行驶过程中 轮胎受到路面冲击载荷作用 使得扭力轴扭转、挡块碰撞限位块 较大的反复冲击会使得限位块发生断裂 为了研究限位块断裂原因 建立了迫击炮牵引装置多体动力学模型 通过仿真计算得到路面行驶状态限位块受力规律 获得了限位块碰撞接触力峰值 建立了上、下限位块有限元模型并进行了冲击载荷下的瞬态动力学分析 得出限位块所受应力最大值以及最大值所在位置 即分析出限位块易断裂的部位 结果表明 上限位块焊缝处最大应力位于焊缝边缘处 下限位块最大应力位于 形弯转处 其值接近材料屈服强度 易发生疲劳断裂 基于此 进一步对限位块进行疲劳分析 结果表明下限位块寿命远小于上限位块 易发生疲劳断裂 根据疲劳分析结果对限位块进行形状优化 大幅度提高了限位块寿命关键词:多体动力学仿真 接触建模 强度分析 有限元 疲劳分析中图分类号:文献标志码:文章编号:()():.:第 期戈灿灿等:某迫击炮牵引装置限位块仿真分析 随着现代战争形势的变化迫击炮将向着大威力、强机动性、高精度等方向发展 牵引装置大大地减轻了人力背运的负担特别是把大口径迫击炮放在牵引装置上很大程度上提高了其机动性增加了战术的灵活性为步兵提供稳定可靠的火力支援 我国地域广阔且地形复杂在路面上行驶时路面对车轮产生激励扭力轴和曲柄用于缓冲来自地面的瞬态冲击限位块用于防止扭转轴过度转动造成损坏因此扭力轴和限位块是牵引装置的重要零部件其受力状态成为制约牵引装置能否正常行驶的关键因素之一 火炮行驶时地面激励从车轮传到车体使得扭力轴扭转同时带动挡块上、下摆动反复碰撞限位块会导致限位块的断裂机动性和行驶安全性都是牵引装置在野外作战行驶时的重要指标扭力轴扭断、限位块断裂均会导致牵引装置无法正常行驶 笔者将采用整体与局部相结合的思路研究限位块的受力状态与应力状态从而为限位块的故障分析提供理论指导对限位块进行有限元分析的难点在于限位块上接触力的获取 利用有限元软件直接对迫击炮及牵引装置整体进行仿真分析、计算行驶状态下限位块受到的应力耗时长且计算困难多体动力学方法计算速度快具有成熟的行驶动力学分析功能 因此采用多体动力学方法建立迫击炮牵引装置行驶动力学模型计算获得限位块冲击载荷 然后建立上、下限位块的精细有限元模型进行瞬态动力学和疲劳分析获得限位块动态应力分布和疲劳寿命 目前已有很多针对火炮进行多体动力学以及有限元 方面的研究 钱明伟等基于 方法建立了适应于自行火炮行进间动态特性仿真研究的多刚体动力学模型得出路面不平度引起的车体扰动较大覃凌云等基于履带车辆负重轮动载荷理论估算模型及履带车辆多体动力学模型分别开展行驶速度、路面不平度及履带板参数对负重轮动载荷的影响分析为履带车辆的性能分析和结构优化设计提供理论基础 笔者针对限位块断裂这一故障进行仿真分析得出断裂位置以及限位块所受到最大应力值并与实际断裂情况进行对比并通过疲劳计算得出易断裂位置的寿命 多体动力学建模仿真.路面建模路面不平度是牵引装置行驶动力学建模的重点之一 路面不平度是指道路表面相对于已知理想基准平面的偏离程度 对于路面不平度可以通过路面功率谱密度来描述其统计特点 根据路面功率谱密度国际标准化组织提出将路面划分为 个不平等级不同等级路面对应不同的值 根据某一路面等级()的取值将(时零件发生疲劳破坏对限位块载荷分析采用 疲劳设计和静态疲劳分析法用 软件对上、下限位块进行静力学分析再利用 软件进行疲劳可靠性分析确定限位块容易发生疲劳破坏的位置和各节点的疲劳寿命.疲劳分析结果疲劳分析载荷谱采用时间序列载荷谱 在 中用单位载荷对限位块进行静力学分析把多体动力学仿真得到的载荷转换成时间序列载荷在 中搭建分析流程在材料库中建立材料抗拉极限为 弹性模量为 屈服极限为 材料的 曲线采用 法修正将各个参数设定好后进行流程的运行分析以上限位块为例搭建的分析流程图如图 所示运行结束得到的疲劳分析结果云图如图 和 所示第 期戈灿灿等:某迫击炮牵引装置限位块仿真分析由仿真结果图、知上限位块疲劳寿命最小的地方位于焊缝边缘处可循环次数为.次下限位块疲劳寿命最小地方位于 形弯转处和限位块与套筒焊缝连接处可循环次数为 次发生此循环一次时间为 因此上限位块可工作 下限位块可工作.按照牵引装置 /计算上限位块发生断裂里程数为 下限位块发生断裂的里程数为.上限位块寿命较长下限位块较上限位块更容易断裂 下限位块在 形弯转处和与套筒焊缝连接处均易发生断裂如图 所示 图 所示的某限位块与套筒连接处焊缝裂纹与图()裂纹位置为同一视角.优化仿真分析根据仿真结果对限位块提出改进针对限位块的断裂位置运用 对 形槽进行形状优化并选择高强度钢 作为限位块材料 优化后的形状、应力结果及疲劳寿命图如图 所示由图 可知优化后的疲劳寿命为.次按照牵引装置 /计算得出寿命为可行驶 .优化后限位块的寿命大幅度提高 结束语基于多体动力学方法和有限元法对某迫击炮牵引装置限位块进行受力状态和应力状态分析获得了限位块冲击载荷和应力分布规律得到限位块相应的应力最大点即是易发生断裂破坏的位置上限位块易发生破坏的地方位于焊缝边缘处和弯转处下限位块易发生断裂的地方位于 形弯转处和焊缝边缘处 由于接触碰撞力作用时间短短暂的单次冲击载荷不足以对限位块造成严重的损伤但在牵引装置行驶过程中挡块反复碰撞限位块每次碰撞都会对限位块造成一定的损伤当损伤累积到一定程度限位块就会发生断裂且下限位块碰撞力较大产生的应力接近屈服强度因此每次碰撞带来的损伤较大较短时间内易发生破坏 基火炮发射与控制学报第 卷于 软件对限位块进一步疲劳分析得出限位块易断裂位置的疲劳寿命并对该位置进行形状优化优化后限位块整体寿命大幅度提升参考文献 邬欣明.某车载自动迫击炮全炮动力学仿真.南京:南京理工大学:.李洪强廖振强王涛.某车载转管机枪刚柔耦合发射动力学分析.弹道学报():.马毓泽杨国来.坦克行进间垂向稳定器机电液系统的建模与仿真.弹道学报():.钱明伟王良明.自行火炮行进间动力学模型及仿真研究.兵工学报():.覃凌云杨书仪陈哲吾等.路面激励下的履带车辆负重轮动载荷研究.振动、测试与诊断():.陈宇.坦克行进间发射动力学分析及优化研究.南京:南京理工大学:.麻小明刘馨心徐宏斌等.履带式车载武器行进间发射动力学研究.弹箭与制导学报():.谢润杨国来徐龙辉.自行火炮行进间刚柔耦合多体系统动力学分析.南京理工大学学报():.徐龙辉.履带式自行火炮行进间振动特性及控制研究.南京:南京理工大学:.向飞飞陈学军孙华刚等.爆胎对牵引火炮行驶性能仿真分析.振动与冲击():.陈海库.某牵引式火箭发射装置行驶动力学仿真.南京:南京理工大学:.冯涛丁航李重伯.基于 的摆线泵刚柔耦合多体动力学仿真分析.机械传动():.彼得艾伯哈特胡斌.现代接触动力学.南京:东南大学:.郝驰宇冯广斌闫鹏程等.基于刚柔耦合的综合传动汇流行星排断齿故障动态特性仿真研究.振动与冲击():.张婷婷.考虑非线性支撑的乘用车副车架疲劳分析.柳州:广西科技大学:.(上接第 页)谭赛鲁军勇张晓等.电磁轨道发射器动态发射过程的数值模拟.国防科技大学学报():.():.林庆华栗保明.基于瞬态多物理场求解器的电磁轨道炮发射过程建模与仿真.兵工学报():.王烝赵南南苏子舟等.增强型电磁轨道炮导轨的多场耦合分析与研究.火炮发射与控制学报():.范薇苏子舟张涛等.增强型电磁轨道炮瞬态温升时空分布.高电压技术():.姚鹏飞.增强型电磁轨道炮的多物理场耦合仿真研究.秦皇岛:燕山大学:.