基于ANSYS的身管固有頻率分析

李向南，劉樹華

（中北大學 機電工程學院，山西 太原 030051）

0 引言

通過模態分析，可以得到振動系統的固有頻率和振型，它是其他動力學分析的基礎。模態分析包括建模、施加載荷、求解、擴展模態以及查看結果等幾個步驟。身管作為火炮的重要零件之一，依靠搖架支撐導引完成后坐和復進運動，發射過程中必然會產生振動，影響射擊精度。造成身管振動的因素很多，包括Bourdon效應、彈－炮相互作用、彈丸慣性、后坐不平衡以及身管由于重力產生的初始撓度等［1］，為抑制或減小身管振動，有必要研究身管的固有模態。本文主要分析身管在有搖架和無搖架約束時的固有頻率。

1 建立有限元模型

1．1 基本假設

在建立有限元模型前，先進行以下基本假設：①身管為均勻彈性梁，其物理性質沿長度方向保持不變［2］；②沒有搖架約束時，身管可看作是一端固定的懸臂梁（如圖1所示）；③有搖架約束時，不考慮搖架彎曲，用兩個鉸鏈連接代替整個搖架，身管可視為具有雙支撐且一端懸臂的梁，這里雙支撐代表搖架與身管間的約束［3］，如圖2所示。

圖1 一端固定的懸臂梁

圖2 雙支撐且一端懸臂的梁

1．2 實體模型建立

選擇單元類型“beam 2node 188”；定義梁的橫截面：內徑Ri＝0．061m，外徑Ro＝0．085m；定義材料的彈性模量為2．1×1011Pa、泊松比為0．3、密度為7 800kg／m3；創建關鍵點（0，0，0）、（6．5，0，0）；拾取關鍵點創建直線確定懸臂梁模型；劃分單元設置SIZE為0．001。

2 施加約束

施加約束時，A，B，C處均設置為ALL DOF（即約束所有位移）。實際上，火炮身管約束條件比較復雜，即使簡化為梁，A，B，C處也并非完全接觸，C處也不完全滿足理想鉸支邊界條件，本文是在保證計算正確性和避免計算復雜性的前提下給出這樣的約束條件?！?br>