某型艦炮釋放槽輕量化改進研究

金國棟

摘 要：針對某型艦炮自動機，利用剛柔耦合相結合的方式進行多體動力學仿真分析，根據其應力應變狀態對釋放槽進行輕量化方案設計。結果表明：零件重量下降33%，安全系數得到提升，剛度在可接受范圍內，滿足釋放槽輕量化設計要求。

關鍵詞：艦炮;剛柔耦合;釋放槽;輕量化設計

1 引言

產品重量是影響艦炮適裝性的重要指標之一，文章針對某型艦炮釋放槽進行輕量化方案設計，利用仿真軟件進行剛柔耦合分析和計算，根據仿真結果和產品受力狀態，進行輕量化設計。

2 自動機剛柔耦合分析

應用仿真軟件對自動機進行剛柔耦合分析，首先對三維模型進行結構簡化，然后利用ANSYS軟件對釋放槽進行柔性化處理，再導入ADAMS進行仿真。

2.1模型建立及工作狀態選擇

根據調研，釋放槽下降過程的受力狀態更加惡劣，因此選擇該工況進行分析。

2.2 釋放槽的仿真分析計算

對釋放槽柔性化處理，ANSYS APDL軟件生成MNF文件，導入ADAMS進行剛柔耦合計算。主要分為以下幾步：

1）添加單元類型和材料屬性。

2）添加關鍵點，以釋放槽連接孔的中心設置作為剛性區域中心點。

3）網格劃分，采用四面體網格，并對局部進行網格細化。

4）設置剛性區域。

5）導出MNF文件給ADAMS，選擇前6階模態進行分析。

6）使用ADAMS求解器進行計算，仿真時間為0.3s，歩數為500步。對各個射角工況進行仿真計算，得到機構在射角為0°、30°、60°、73°時的計算結果。

2.3仿真結果分析

對比各個射角釋放槽所受應力最大值，應力云圖如下：

根據上述云圖可知，釋放槽不同射角情況應力最大值如下表所示：

經對比，0°時釋放槽所受的應力最大。釋放槽瞬間最大應力為505MPa。應力最大時刻的最大變形量為1.6583mm。

3 釋放槽輕量化設計

3.1輕量化方案

采用輕量化材料是實現輕量化設計的重要途徑，輕量化材料主要包括輕質合金材料、高強度金屬材料、尼龍或ABS樹脂工程塑料等。本文對釋放槽進行輕量化設計采用TC4鈦合金鍛件代替原釋放槽鋼材質35CrMoA，材料性能對照表如下表。

3.2局部優化

根據上節多體動力學分析計算，射角為0°釋放槽運動到最下位與炮尾凸輪作用時，釋放槽受力及變形最大。根據釋放槽向下位運動時的受力工況，對釋放槽上部進行壁厚加厚處理。

3.3仿真分析

對釋放槽進行模型及材料更新后重新進行動力學仿真，應力及變形云圖如下圖所示。

3.4輕量化方案參數對比

對比輕量化設計前后的釋放槽受力情況如下表所示：

4 總結

根據自動機構的動力學模型分析，對釋放槽制定了輕量化方案，并對改進前后的釋放槽動力學仿真分析結果進行了對比。分析結果表明：改進后的釋放槽重量下降了33%，并且所受應力下降，加之材料強度提高，零部件安全系數得到提升，更不容易產生塑性變形。由于鈦合金彈性模量降低，改進后的零部件剛度有所下降，但通過對局部進行加強，剛度下降量亦在彈性變形范圍內，不影響自動機各零部件動作，不影響釋放槽功能，因此釋放槽達到了輕量化設計目的。

參考文獻：

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