线膛身管有限元网格参数化建模方法

为了精确快速地建立身管结构有限元网格模型,提出基于Python脚本语言操作单元和节点坐标的参数化建模方法,建立身管结构有限元网格模型。使用该方法能够精确地建立身管内膛(包含药室、坡膛和导向部)和外部轮廓的有限元网格模型,并进行参数化建模。以76 mm火炮身管为对象,建立身管与弹丸耦合的有限元模型,计算弹丸在身管内的全弹道运动过程,并结合相应实验进行验证。研究结果表明:该方法能够精确快速地建立身管结构有限元网格模型。

基于数字孪生的车间三维可视化监控系统

针对当前制造车间监控透明度低、方式单一、实时性差、缺乏模型等问题,参考数字孪生理论模型,以工业物联网平台作为系统服务平台,提出一种基于数字孪生的车间三维可视化监控系统六维模型,并介绍了系统开发流程。在此基础上对系统开发中的孪生数据采集、虚拟车间构建、数据实时映射等关键技术进行了阐述。同时,针对车间数据采集困难的现状,提出基于工业物联网平台的孪生数据采集方法。以印章生产车间为应用对象,设计开发了印章生产车间三维可视化监控系统,验证了所提模型的有效性,为车间三维可视化监控的实现提供了参考。

基于温度修正的弹丸挤进身管过程摩擦模型

弹丸挤进身管过程中,弹带与身管之间的摩擦特性不仅对内弹道特性产生影响,而且影响对身管寿命的预测。在弹丸挤进过程中,弹带与身管之间的摩擦具有高速高接触压力特性。基于弹丸挤进过程中的弹带变形机理,提出一种新的描述弹带与身管之间摩擦特性的摩擦模型,该模型考虑了接触压力、滑移速度以及连发射击时温度升高导致弹带表层熔化的影响;建立热力耦合的弹炮匹配有限元模型,分析弹丸挤进过程弹带应力及温度变化,并与文献[24-25]提出的摩擦模型进行对比验证,研究弹丸挤进过程中的弹丸速度和弹带表层温度变化规律。结果表明:新的摩擦模型能够准确描述弹丸挤进过程中弹带与身管之间的摩擦特性。

某深空撞击器侵彻试验研究

通过地面试验模拟了某深空撞击器侵彻天体过程,并得到侵彻过程有关数据。试验采用125 mm口径滑膛炮作为撞击器发射平台,浇筑C20圆柱形素混凝土靶标,发射撞击器撞击靶标,得到了撞击器在不同速度下的侵彻深度、受损情况及过载数据。试验结果表明:以125 mm口径滑膛炮作为发射平台合理有效;撞击器在着靶速度662 m/s以上时能达到1 m以上侵彻深度,同时满足强度要求。

采用跃度模型和干扰估计的并联式加注机器人分散鲁棒控制

针对液压驱动型并联式加注机器人的空间轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于机器人跃度模型和关节扰动估计的分散鲁棒控制策略。通过并联机器人的跃度反解模型将系统基于笛卡尔空间的理想期望轨迹映射为各独立关节的期望轨迹,同时将关节间的耦合交联项处理为各驱动单元的时变外部干扰,进而将并联机器人分解成一组受有界外部扰动关节子系统的集合。针对各独立关节,算法通过反步方法融合了扩张状态观测器和鲁棒控制器,其中扩张状态观测器主要用来实现对关节中匹配不确定性与不匹配不确定性(包括外部扰动和非线性建模误差)的精确估计和补偿,鲁棒控制器用于抑制扰动中超出观测器带宽的快速时变项和其他误差项。通过构造Lyapunov函数从理论上验证了整个闭环系统的稳定性。实验结果表明,提出的控制器能准确估计和补偿各关节子系统中存在的匹配与不匹配不确定性,同时系统具有良好的轨迹跟踪性能和较强的抗干扰能力。

弹丸连续挤进过程中身管坡膛受力和磨损分析

为研究弹炮匹配设计中弹丸连续挤进身管过程中坡膛结构的受力规律和摩擦磨损规律,建立了精细化的身管坡膛结构有限元网格模型.在弹炮耦合热力学有限元模型基础上,综合考虑了火药燃气温度和压力、弹带与坡膛之间摩擦因数的影响,并结合Archard磨损模型,通过数值计算的方法,获得了连续射击环境下,身管坡膛结构的受力规律和由于摩擦导致的磨损量.研究表明:所建立的精细化身管坡膛有限元模型在反映坡膛摩擦磨损方面具有一定的可信度,同时表明弹带的结构对坡膛受力规律及受力大小有重要影响;单发或者连续射击环境下,膛线起始部阳线过渡处受力和磨损较为严重.

某大口径火炮身管坡膛结构优化设计

以某大口径火炮为研究对象,应用有限元数值仿真技术建立挤进过程弹炮耦合模型,对挤进过程能量转化与耗散规律进行了研究。通过Fortran二次开发结合ABAQUS/Explicit模块,计算得到摩擦耗散功率与塑性变形功率,通过对不同坡膛锥度的挤进模型进行数值仿真,获得耗散功率随坡膛锥度变化的规律,以摩擦耗散功率和塑性变形功率最大值为优化目标,以坡膛锥度为优化变量,采用线性加权法建立坡膛结构评价函数,利用多岛遗传算法求得最优值。通过对比分析对优化结果进行验证,结果表明:优化后的坡膛结构使得挤进过程摩擦耗散功率最大值与塑性变形功率最大值分别减小了6.1%和19.0%。

工业机器人三维虚拟监控系统的设计与实现

针对目前对工业机器人缺乏有效的手段进行实时监控的问题,以ABB-1400六自由度工业机器人为研究对象,设计了一种能够反映工业机器人实时状态并具有良好人机交互能力和真实感的三维虚拟监控系统。系统基于Unity3D虚拟现实引擎,通过结合三维实体建模技术、模型渲染技术以及数据采集与传输技术实现了B/S架构下工业机器人三维虚拟监控系统。现场调试的结果表明,该系统能够实时再现工业机器人的真实状态。

多管火箭武器箱式复合材料定向器长期堆码贮存吸湿-蠕变耦合行为预测

为研究多管火箭武器箱式复合材料定向器长期堆码贮存吸湿-蠕变耦合行为,在Schapery非线性模型中引入湿移位因子,推导考虑吸湿效应的三维正交各向异性非线性蠕变本构模型。制备E-玻璃纤维/6509环氧树脂复合材料层压板,开展吸湿试验、静态力学性能试验和短期蠕变-回复试验,获得复合材料吸湿特性参数和吸湿率、应力相关非线性蠕变参数。采用有限元方法建立湿扩散-非线性蠕变耦合数值分析模型,预测箱式复合材料定向器贮存15 a后的蠕变变形。结果表明:在一般条件军用仓库中,贮存1 a时间后水分扩散到定向器内表面,贮存8 a后定向器基本达到饱和吸湿状态;所有20根定向器的最大残余变形位置都位于第2、3定位安装环之间,并且在三维空间内近似呈马鞍状分布;上下两行中间位置定向器的残余变形最大,最大值为0.38 mm;左右两列中间位置定向器的残余变形最小,最小值为0.33 mm.

玻纤/环氧树脂复合材料非线性粘弹性响应

为研究玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的非线性粘弹性响应,采用Schapery模型描述复合材料的非线性粘弹性,并在不同应力水平下分别对[90]16横向试样和[±45]4S面内剪切试样开展拉伸蠕变-回复试验.根据试验观察到的残余粘塑性应变现象,在Schapery模型中引入粘塑性应变分量,提出一种基于解析法的非线性参数辨识方法,获得了Schapery非线性参数g0,g1,g2和aσ随应力的变化规律.结果表明:当施加的横向拉伸应力大于横向拉伸强度的53%,面内剪切应力大于剪切强度的31%时,玻纤/环氧复合材料表现出明显的非线性粘弹性;横向上,非线性参数g0T和g2T与应力无关,g1T随应力线性增加,aσT随应力线性降低;面内剪切方向上,非线性参数g0S和g2S随应力呈指数增加,g1S随应力线性增加,aσS则随应力线性降低.与传统的非线性参数辨识方法相比,所提出的参数辨识方法能方便准确地获取非线性参数随应力的变化规律.

多管火箭武器储运发射箱长期储存蠕变性能预测

为探究火箭武器储运发射箱长期储存的蠕变性能,制备复合材料层压板并开展单轴拉伸蠕变试验,获得了单向纤维复合材料主方向的蠕变本构模型参数。采用有限元方法并借助用户自定义材料子程序建立储运发射箱长期储存蠕变的数值分析模型,预测了堆码储存15年后底层发射箱的蠕变变形。以储存后的发射箱作为初始状态建立弹管耦合发射动力学仿真计算模型,进一步分析蠕变对火箭弹发射过程的影响。仿真结果表明:蠕变引起的定向器平行度和发射箱底面平面度的变化均小于技术指标规定值,定向器束的最大残余变形在三维空间内呈马鞍状分布,上、下两行中间位置定向器的变形最大,左、右两列中间位置定向器的变形最小。定向器蠕变变形使得弹管间隙减小,火箭弹在管内运动使弹管之间的动态接触碰撞力增大,离轨速度降低。

并联式自动加注机器人运动学标定

为解决并联式自动加注机器人在高精度运动学逆解建模的问题,以并联式自动加注机器人为对象,对其运动学标定进行研究。采用矢量微分法建立位姿误差模型,对各误差源对动平台末端位姿的影响规律进行分析,寻找合适的标定位置,并以位姿均方根误差最小为目标函数,使用粒子群算法对神经网络结构进行优化,最后通过仿真试验对其进行验证。仿真结果表明:该方法能有效提高并联式自动加注机器人的精度,为后续实验应用提供了理论依据。

一种电磁线圈发射器磁场构型优化方法

为提高发射效率,提出通过加装导磁构件改变磁场构型的新型驱动线圈结构。在分析驱动线圈磁场分布对发射器性能影响的基础上,优化驱动线圈磁场构型,分析导磁构件的结构参数对磁场构型的影响规律。结果表明:该方法能减小线圈磁场泄露和级间耦合,增大线圈内部磁场轴向梯度和发射组件所受磁场力,提高电磁线圈发射器的能量转换效率,得出导磁构件结构参数的最优值。

基于动态面的并联式加注机器人反步鲁棒控制

针对一种并联式加注机器人,建立包含并联机构动力学方程、液压缸两腔压力动态方程和伺服阀流量方程的多阶动态系统数学模型。为解决系统存在的建模误差、外界扰动不确定性因素,以及递推控制出现的微分膨胀问题,提出一种基于动态面滤波方法的鲁棒控制策略。利用动态面滤波技术简化了控制器的设计,通过构造合适的Lyapunov函数,给出了控制器设计的完整方法,并证明了系统跟踪误差的一致最终有界。仿真结果表明:系统具有良好的轨迹跟踪性能,对于有界的系统模型误差和外界扰动具有较强的鲁棒抑制性能。

A Position and Orientation Compensation Mechanism for Automatic Docking Device of Launch Rocket

A position and orientation compensation mechanism for the automatic docking device of a launch rocketwas established.The docking process was simulated,and the maximum docking deviation was used for the prototype testing of the compensation mechanism.The compensation mechanism mainly comprises four column pairmotion branch chains with the same structure.When the position of the ground connector panel changes relative to the moving platform,the sliding rods in the four motion branch chains move and rotate to either compress or stretch the connected spring,thereby compensating the position and orientation.First,the dynamic simulation model of the compensation mechanism was established.The docking process was then simulated under the maximum docking deviation.Bench testing of the automatic docking device prototype was carried out.Afterwards,the device was manufactured,and a maximum load test and maximum deviation test were carried out.The results demonstrate that the compensation mechanism meets the design requirements,and the spring stiffness was found as the most important factor in determining the mechanical properties of the system.The proposed compensation mechanism has a number of advantages,including a simple structure,large load bearing capacity,small size,simple installation,and adjustment.

深空撞击器结构设计与侵彻数值模拟

设计了一种用于深空探测的撞击器结构,并借助有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对其侵彻性能进行了数值模拟。根据主要技术指标要求设计了撞击器结构,建殳了撞击器撞击混凝土靶标的数值仿真模型,混凝土靶标模型材料采用HJC本构模型,对撞击器垂直侵彻靶标与斜侵彻靶标进行了仿真。仿真结果表明,当该撞击器在撞击初速度700 m/s下,倾角15°攻角5°范围内侵彻深度可达到1m以上,最大过载为41671~45530g。数值模拟所得过载数据为后续内部载荷强度设计提供了参考。