某型艦炮釋放槽輕量化改進(jìn)研究

金國(guó)棟

摘 要：針對(duì)某型艦炮自動(dòng)機(jī)，利用剛?cè)狁詈舷嘟Y(jié)合的方式進(jìn)行多體動(dòng)力學(xué)仿真分析，根據(jù)其應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)對(duì)釋放槽進(jìn)行輕量化方案設(shè)計(jì)。結(jié)果表明：零件重量下降33%，安全系數(shù)得到提升，剛度在可接受范圍內(nèi)，滿足釋放槽輕量化設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：艦炮;剛?cè)狁詈?釋放槽;輕量化設(shè)計(jì)

1 引言

產(chǎn)品重量是影響艦炮適裝性的重要指標(biāo)之一，文章針對(duì)某型艦炮釋放槽進(jìn)行輕量化方案設(shè)計(jì)，利用仿真軟件進(jìn)行剛?cè)狁詈戏治龊陀?jì)算，根據(jù)仿真結(jié)果和產(chǎn)品受力狀態(tài)，進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。

2 自動(dòng)機(jī)剛?cè)狁詈戏治?/p>

應(yīng)用仿真軟件對(duì)自動(dòng)機(jī)進(jìn)行剛?cè)狁詈戏治?，首先?duì)三維模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，然后利用ANSYS軟件對(duì)釋放槽進(jìn)行柔性化處理，再導(dǎo)入ADAMS進(jìn)行仿真。

2.1模型建立及工作狀態(tài)選擇

根據(jù)調(diào)研，釋放槽下降過(guò)程的受力狀態(tài)更加惡劣，因此選擇該工況進(jìn)行分析。

2.2 釋放槽的仿真分析計(jì)算

對(duì)釋放槽柔性化處理，ANSYS APDL軟件生成MNF文件，導(dǎo)入ADAMS進(jìn)行剛?cè)狁詈嫌?jì)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(guān)鍵點(diǎn)，以釋放槽連接孔的中心設(shè)置作為剛性區(qū)域中心點(diǎn)。

3）網(wǎng)格劃分，采用四面體網(wǎng)格，并對(duì)局部進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化。

4）設(shè)置剛性區(qū)域。

5）導(dǎo)出MNF文件給ADAMS，選擇前6階模態(tài)進(jìn)行分析。

6）使用ADAMS求解器進(jìn)行計(jì)算，仿真時(shí)間為0.3s，歩數(shù)為500步。對(duì)各個(gè)射角工況進(jìn)行仿真計(jì)算，得到機(jī)構(gòu)在射角為0°、30°、60°、73°時(shí)的計(jì)算結(jié)果。

2.3仿真結(jié)果分析

對(duì)比各個(gè)射角釋放槽所受應(yīng)力最大值，應(yīng)力云圖如下：

根據(jù)上述云圖可知，釋放槽不同射角情況應(yīng)力最大值如下表所示：

經(jīng)對(duì)比，0°時(shí)釋放槽所受的應(yīng)力最大。釋放槽瞬間最大應(yīng)力為505MPa。應(yīng)力最大時(shí)刻的最大變形量為1.6583mm。

3 釋放槽輕量化設(shè)計(jì)

3.1輕量化方案

采用輕量化材料是實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)的重要途徑，輕量化材料主要包括輕質(zhì)合金材料、高強(qiáng)度金屬材料、尼龍或ABS樹(shù)脂工程塑料等。本文對(duì)釋放槽進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)采用TC4鈦合金鍛件代替原釋放槽鋼材質(zhì)35CrMoA，材料性能對(duì)照表如下表。

3.2局部?jī)?yōu)化

根據(jù)上節(jié)多體動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算，射角為0°釋放槽運(yùn)動(dòng)到最下位與炮尾凸輪作用時(shí)，釋放槽受力及變形最大。根據(jù)釋放槽向下位運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力工況，對(duì)釋放槽上部進(jìn)行壁厚加厚處理。

3.3仿真分析

對(duì)釋放槽進(jìn)行模型及材料更新后重新進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，應(yīng)力及變形云圖如下圖所示。

3.4輕量化方案參數(shù)對(duì)比

對(duì)比輕量化設(shè)計(jì)前后的釋放槽受力情況如下表所示：

4 總結(jié)

根據(jù)自動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型分析，對(duì)釋放槽制定了輕量化方案，并對(duì)改進(jìn)前后的釋放槽動(dòng)力學(xué)仿真分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。分析結(jié)果表明：改進(jìn)后的釋放槽重量下降了33%，并且所受應(yīng)力下降，加之材料強(qiáng)度提高，零部件安全系數(shù)得到提升，更不容易產(chǎn)生塑性變形。由于鈦合金彈性模量降低，改進(jìn)后的零部件剛度有所下降，但通過(guò)對(duì)局部進(jìn)行加強(qiáng)，剛度下降量亦在彈性變形范圍內(nèi)，不影響自動(dòng)機(jī)各零部件動(dòng)作，不影響釋放槽功能，因此釋放槽達(dá)到了輕量化設(shè)計(jì)目的。

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