一種聲光彈發射器結構優化分析

莊震宇,王德鑫,宋軍,焦志文,姜年朝

(南京模擬技術研究所,江蘇 南京 210016)

一種聲光彈發射器結構優化分析

莊震宇,王德鑫,宋軍,焦志文,姜年朝

(南京模擬技術研究所,江蘇 南京 210016)

建立了某聲光彈發射器結構的有限元模型,根據聲光彈在發射器內爆炸時產生的壓力,基于ANSYS軟件進行有限元分析,校核了該聲光彈發射器結構的強度和剛度,并對該聲光彈發射器結構的減震彈性支架進行優化分析,獲得最佳的支架鋼板厚度參數.

聲光彈發射器;有限元;優化

在現代軍事演習和軍事訓練中,通常用聲光彈爆炸時的光強和聲強用來模擬坦克炮、無后坐力炮等重火器發射時的聲光效果,從而達到實戰化訓練的目的.而作為安裝和發射聲光彈的發射裝置,則要承擔聲光彈發射和爆炸時的瞬間沖擊力,因此發射器的強度和剛度是設計需要重點考慮的因素之一.典型的聲光彈發射器由聲光彈筒、減震彈性支架等組成,如圖1所示.

針對某聲光彈發射器結構對強度和剛度的要求,建立了該發射器結構以及聲光彈筒、減震彈性支架與連接底板等零部件的有限元模型,并用ANSYS軟件進行分析,得到這些結構在聲光彈爆炸時產生的壓力作用下的Mises應力和變形.減震彈性支架承受聲光彈筒在聲光彈發射瞬間的沖擊載荷,使整體結構具有足夠的強度,減震彈性支架厚度的設計在該系統中具有重要意義.本文以減震彈性支架厚度為優化參數,在ANSYS軟件中計算了不同厚度對發射器強度和剛度的影響,獲得了較優的減震彈性支架厚度數據,為該發射器結構設計提供依據.

1 有限元分析

表1列出了發射器的聲光彈筒鑄件、減震彈性支架的材料參數.初始分析時支架彈簧鋼板的厚度為2.5mm.

聲光彈在該發射器的聲光

彈筒內爆炸時,受力點分別如圖2所示,計算時考慮5組聲光彈爆炸點的情況,以聲光彈筒圓心到減震彈性支架的中心位移作為受力距離,具體位置參數如表2所示,其余的聲光彈筒爆炸點的位置與前5組聲光彈爆炸點的程對稱分布,具體情況如圖2所示.

圖 1 發射器結構示意圖

表1 發射器組成結構材料參數(A)鑄件ZL101室溫力學性能參數

(B)彈簧鋼60Si2Mn室溫力學性能參數

聲光彈在筒內爆炸,對鑄件的底部產生的沖擊壓力如圖3所示.

圖2 某聲光彈位置示意圖

表2 聲光彈點火位置

圖3 爆炸時的脈沖載荷

圖4 聲光彈發射器有限元網格

在ANSYS中,簡化模型,結構中無鉸鏈,采用綁定約束,固連鑄件及減震彈性支架.在減震彈性支架與平板接觸的位置,限制所有自由度.在表 2列出的5種聲光彈點火位置分別施加最大的3500N均布壓力,代表聲光彈爆炸時的沖擊力.采用solid45單元劃分網格,該聲光彈發射器結構的有限元模型如圖4所示.圖5為聲光彈點火位置為d5位置時的減震彈性支架的變形和應力.

圖5 聲 光彈發射器有限元計算結果

2 減震彈性支架的優化

從靜力分析結果可知,減震彈性支架厚度為2.5mm的條件下,減震彈性支架與鑄件的連接結構的安全系數較小,僅有1.02,結構處于不安全狀態,因此,需對結構進行優化.因減震彈性支架承受發射器在聲光彈發射瞬間的沖擊載荷,整體結構應具有足夠的強度,減震彈性支架厚度的設計在該聲光彈發射器結構設計中具有重要意義.以靜力分析的模型為優化分析的基本模型,在引起應力最大的發射筒內(聲光彈爆炸點位置的距離為d5)施加載荷3500N,分別計算了厚度為2mm、2.5mm、3mm和4mm時減震彈性支架與鑄件的連接結構的應力和變形,結果如表4所示.

表3 靜強度校核

表4 減震彈性支架與鑄件的連接結構優化結果

3 結語

(1)計算了減震彈性支架2.5mm厚度的聲光彈發射器在5種狀態時的最大應力,減震彈性支架與鑄件的連接結構是該聲光彈發射器的薄弱部件,此處安全系數最小只有1.02,應該對該部件進行優化.

(2)以減震彈性支架厚度為優化參數,在ANSYS軟件中計算了不同厚度對發射器強度和剛度的影響,獲得了較優化的厚度數據,如表4所示,為該發射器結構設計提供依據,最終設計的發射器減震彈性支架厚度取3mm.

[1]《航空材料手冊》編輯委員會. 航空材料手冊[M].中國標準出版社,2002.

[2]《中國航空材料手冊》編委會.中國航空材料手冊(第3卷)[M].北京:中國標準出版社,2001.

TN643;O613.71

A

1671-0711(2017)11(上)-0054-03