兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (6): 1775-1783.doi: 10.12382/bgxb.2022.0175
收稿日期:
2022-03-21
上线日期:
2023-06-30
通讯作者:
LIN Shengye1, WANG Maosen1, XIE Yangyang2, LI Yong2, DAI Jinsong1()
Received:
2022-03-21
Online:
2023-06-30
摘要:
为模拟梁类复杂系统的动力学行为,基于键合空间理论建立Timoshenko梁弯曲振动的动力学模型和固有频率特性分析方法。定义梁单元势、流、动量和位变空间向量,推导以动量空间向量和位变空间向量及其1阶导数表示的梁单元状态方程;通过直接求解特征值问题获得梁弯曲振动的固有频率和相应振型,所提方法与解析法计算的前6阶固有频率最大相对误差为 0.7960%,MAC不小于0.9972,说明梁弯曲振动键合空间模型是正确的。在此基础上,将所建梁弯曲振动键合空间模型嵌入某火炮自动机系统发射动力学模型中,开展了炮口扰动分析,仿真与连发射击试验测试结果相符,说明所建炮口扰动分析模型是正确的,为弹炮耦合发射系统动力学分析提供了新方法。
林圣业, 王茂森, 谢杨杨, 李勇, 戴劲松. 梁弯曲振动的键合空间表示及其在炮口扰动分析中的应用[J]. 兵工学报, 2023, 44(6): 1775-1783.
LIN Shengye, WANG Maosen, XIE Yangyang, LI Yong, DAI Jinsong. Bond Space Expression of Bending Vibration in Timoshenko Beam and Its Application in Muzzle Disturbance Analysis[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(6): 1775-1783.
序号 | 固有频率/Hz | 相对误差/% | MAC | |
---|---|---|---|---|
键合空间法 | 解析法 | |||
1 | 184.31 | 184.34 | 0.0163 | 1.0000 |
2 | 510.61 | 508.15 | 0.4841 | 1.0000 |
3 | 1001.93 | 996.19 | 0.5762 | 0.9999 |
4 | 1657.51 | 1646.76 | 0.6528 | 0.9995 |
5 | 2478.01 | 2459.97 | 0.7333 | 0.9987 |
6 | 3463.18 | 3435.83 | 0.7960 | 0.9972 |
表1 自由梁前6阶固有频率
Table 1 First six natural frequencies of the free beam
序号 | 固有频率/Hz | 相对误差/% | MAC | |
---|---|---|---|---|
键合空间法 | 解析法 | |||
1 | 184.31 | 184.34 | 0.0163 | 1.0000 |
2 | 510.61 | 508.15 | 0.4841 | 1.0000 |
3 | 1001.93 | 996.19 | 0.5762 | 0.9999 |
4 | 1657.51 | 1646.76 | 0.6528 | 0.9995 |
5 | 2478.01 | 2459.97 | 0.7333 | 0.9987 |
6 | 3463.18 | 3435.83 | 0.7960 | 0.9972 |
下标 | 含义 |
---|---|
1 | 炮箱 |
2~N | 炮管 |
N+1 | 弹丸 |
i | 身管上与缓冲装置联结点 |
j | 身管上与弹带接触点 |
k | 身管上与弹丸定心部接触点 |
1r | 炮箱后导轨接触点 |
1f | 炮箱前导轨接触点 |
jr | 弹带接触点 |
kf | 前定心部接触点 |
表2 各结点下标的含义
Table 2 Description of the subscripts
下标 | 含义 |
---|---|
1 | 炮箱 |
2~N | 炮管 |
N+1 | 弹丸 |
i | 身管上与缓冲装置联结点 |
j | 身管上与弹带接触点 |
k | 身管上与弹丸定心部接触点 |
1r | 炮箱后导轨接触点 |
1f | 炮箱前导轨接触点 |
jr | 弹带接触点 |
kf | 前定心部接触点 |
参数 | 数值 |
---|---|
口径/m | 0.03 |
炮箱质量/kg | 45 |
炮管长度/m | 1.2 |
炮管材料密度/(kg·m-3) | 7800 |
炮管材料弹性模量/GPa | 204 |
炮管材料泊松比 | 0.28 |
射速/(发·min-1) | 600 |
弹丸不平衡量/(g·mm) | 50 |
连发数 | 10 |
表3 某火炮自动机主要参数
Table 3 Parameters of the automatic gun
参数 | 数值 |
---|---|
口径/m | 0.03 |
炮箱质量/kg | 45 |
炮管长度/m | 1.2 |
炮管材料密度/(kg·m-3) | 7800 |
炮管材料弹性模量/GPa | 204 |
炮管材料泊松比 | 0.28 |
射速/(发·min-1) | 600 |
弹丸不平衡量/(g·mm) | 50 |
连发数 | 10 |
[1] |
doi: 10.1016/j.compstruct.2013.01.001 URL |
[2] |
|
[3] |
doi: 10.1016/j.matpr.2020.11.621 URL |
[4] |
付艳艳, 余云燕. 黏弹性Pasternak地基上两端简支的Timoshenko梁横向自由振动特性解析解[J]. 振动与冲击, 2020, 39(19): 32-38.
|
|
|
[5] |
朱晓东, 何欢, 宋大鹏, 等. 一种考虑截面完整变形特征的空间三维梁有限元模型[J]. 振动工程学报, 2019, 32(2): 241-251.
|
|
|
[6] |
杨海根, 芮筱亭, 刘怡昕, 等. 多体系统传递矩阵法分布式并行计算研究[J]. 振动工程学报, 2014, 27(1): 9-15.
|
|
|
[7] |
杨国来, 葛建立, 孙全兆, 等. 火炮振动与控制的发展现状及应用前景[J]. 振动、测试与诊断, 2021, 41(6): 1043-1051.
|
|
|
[8] |
|
[9] |
戴劲松, 王茂森, 苏晓鹏, 等. 现代火炮自动机设计理论[M]. 北京: 国防工业出版社, 2018.
|
|
|
[10] |
doi: 10.1080/13873954.2019.1621905 URL |
[11] |
doi: 10.1016/j.jsv.2011.05.025 URL |
[12] |
王艾伦, 章圣聪, 骆舟. 基于键合图的梁模态分析及其在燃气轮机转子中的应用[J]. 机械科学与技术, 2009, 28(1): 1-4.
|
|
|
[13] |
薛晓鹏, 樊久铭, 刘钊, 等. 拉格朗日键合图的欧拉梁的模态分析[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2010, 42(1): 1-4.
|
|
|
[14] |
王艾伦, 钟掘. 模态分析的一种新方法——键合图法[J]. 振动工程学报, 2003, 16(4):463-467.
|
|
|
[15] |
|
[16] |
doi: 10.1016/j.dt.2018.07.016 |
[17] |
姚天乐, 马吉胜, 陶凤和, 等. 弹丸与身管耦合振动问题的迭代解法[J]. 兵工学报, 2018, 39(7): 1268-1276.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2018.07.003 |
|
|
[18] |
孙玉杰, 崔青春, 丁宏民, 等. SPH-FEM耦合方法在弹丸膛内运动中的应用[J]. 振动与冲击, 2019, 38(8): 166-172, 187.
|
|
|
[19] |
岳鹏飞, 王德石, 刘宝. 弹丸激励下身管和摇架耦合系统动力学分析[J]. 华中科技大学学报(自然科学版), 2019, 47(5): 16-21.
|
|
|
[20] |
刘圣强, 殷鹏贤, 陈雷, 等. 基于刚柔耦合的航炮炮口振动研究[J]. 舰船科学技术, 2020, 42(11): 165-169.
|
|
|
[21] |
doi: 10.1177/1461348419846685 URL |
[22] |
黄剑锋, 余涛, 陈江义. 刚体碰撞的Hertz接触力模型比较分析[J]. 机械设计与制造, 2017, 8(1): 28-30.
|
|
[1] | 王珍, 项昌乐, 刘辉, 张伟, 解云坤. 基于集中-分布参数模型的车辆机电传动系统动力学响应及影响规律[J]. 兵工学报, 2021, 42(10): 2145-2158. |
[2] | 潘成龙, 荣吉利, 徐天富, 项大林. 推力和阻力作用下柔性自旋飞行器稳定性分析[J]. 兵工学报, 2019, 40(10): 2005-2013. |
[3] | 张弘钧, 钱林方, 陈光宋, 许彬. 基于径向基点插值法的大口径火炮身管固有频率特性研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(12): 2321-2327. |
[4] | 邓威, 毛保全, 冯帅, 李程. 基于Kriging模型的武器站炮口扰动优化[J]. 兵工学报, 2016, 37(10): 1795-1802. |
[5] | 孙宝, 孙大刚, 李占龙, 燕碧娟, 王军. 粘弹结构模态损耗因子分析的修正模态应变能法[J]. 兵工学报, 2016, 37(1): 155-164. |
[6] | 荣吉利, 徐天富, 王玺, 殷新喆. 随动推力作用下柔性自旋飞行器横向振动响应及失稳分析[J]. 兵工学报, 2015, 36(3): 516-522. |
[7] | 周乐, 杨国来, 葛建立, 王飞. 基于遗传算法的火炮反后坐装置结构多目标优化研究[J]. 兵工学报, 2015, 36(3): 433-436. |
[8] | 谢润, 杨国来. 自行高炮行进间射击炮口响应特性研究[J]. 兵工学报, 2014, 35(8): 1158-1163. |
[9] | 刘越, 周广明, 张祖智, 杜万里, 马贵叶. 多轴承支撑轴系的精确变形计算研究[J]. 兵工学报, 2014, 35(3): 305-311. |
[10] | 高红俐,张立彬,姜伟,周寅. 电磁谐振式疲劳裂纹扩展试验固有频率跟踪系统[J]. 兵工学报, 2013, 34(7): 896-903. |
[11] | 陈光宋, 钱林方, 徐亚栋, 陈龙淼. 身管横向固有振动的半解析解法[J]. 兵工学报, 2012, 33(10): 1168-1172. |
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