某型舰炮释放槽轻量化改进研究

金国栋

摘 要：针对某型舰炮自动机，利用刚柔耦合相结合的方式进行多体动力学仿真分析，根据其应力应变状态对释放槽进行轻量化方案设计。结果表明：零件重量下降33%，安全系数得到提升，刚度在可接受范围内，满足释放槽轻量化设计要求。

关键词：舰炮;刚柔耦合;释放槽;轻量化设计

1 引言

產品重量是影响舰炮适装性的重要指标之一，文章针对某型舰炮释放槽进行轻量化方案设计，利用仿真软件进行刚柔耦合分析和计算，根据仿真结果和产品受力状态，进行轻量化设计。

2 自动机刚柔耦合分析

应用仿真软件对自动机进行刚柔耦合分析，首先对三维模型进行结构简化，然后利用ANSYS软件对释放槽进行柔性化处理，再导入ADAMS进行仿真。

2.1模型建立及工作状态选择

根据调研，释放槽下降过程的受力状态更加恶劣，因此选择该工况进行分析。

2.2 释放槽的仿真分析计算

对释放槽柔性化处理，ANSYS APDL软件生成MNF文件，导入ADAMS进行刚柔耦合计算。主要分为以下几步：

1）添加单元类型和材料属性。

2）添加关键点，以释放槽连接孔的中心设置作为刚性区域中心点。

3）网格划分，采用四面体网格，并对局部进行网格细化。

4）设置刚性区域。

5）导出MNF文件给ADAMS，选择前6阶模态进行分析。

6）使用ADAMS求解器进行计算，仿真时间为0.3s，歩数为500步。对各个射角工况进行仿真计算，得到机构在射角为0°、30°、60°、73°时的计算结果。

2.3仿真结果分析

对比各个射角释放槽所受应力最大值，应力云图如下：

根据上述云图可知，释放槽不同射角情况应力最大值如下表所示：

经对比，0°时释放槽所受的应力最大。释放槽瞬间最大应力为505MPa。应力最大时刻的最大变形量为1.6583mm。

3 释放槽轻量化设计

3.1轻量化方案

采用轻量化材料是实现轻量化设计的重要途径，轻量化材料主要包括轻质合金材料、高强度金属材料、尼龙或ABS树脂工程塑料等。本文对释放槽进行轻量化设计采用TC4钛合金锻件代替原释放槽钢材质35CrMoA，材料性能对照表如下表。

3.2局部优化

根据上节多体动力学分析计算，射角为0°释放槽运动到最下位与炮尾凸轮作用时，释放槽受力及变形最大。根据释放槽向下位运动时的受力工况，对释放槽上部进行壁厚加厚处理。

3.3仿真分析

对释放槽进行模型及材料更新后重新进行动力学仿真，应力及变形云图如下图所示。

3.4轻量化方案参数对比

对比轻量化设计前后的释放槽受力情况如下表所示：

4 总结

根据自动机构的动力学模型分析，对释放槽制定了轻量化方案，并对改进前后的释放槽动力学仿真分析结果进行了对比。分析结果表明：改进后的释放槽重量下降了33%，并且所受应力下降，加之材料强度提高，零部件安全系数得到提升，更不容易产生塑性变形。由于钛合金弹性模量降低，改进后的零部件刚度有所下降，但通过对局部进行加强，刚度下降量亦在弹性变形范围内，不影响自动机各零部件动作，不影响释放槽功能，因此释放槽达到了轻量化设计目的。

参考文献：

[1] 宫鹏涵， 胡仁喜， 康士廷.ADMAS 2014虚拟样机从入门到精通[M].机械工业出版社.2014.

[2] 洪嘉振.计算多体系统动力学[M].高等教育出版社.1999.