Acta Armamentarii ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (2): 577-590.doi: 10.12382/bgxb.2022.0183
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WAN Ziping, TAN Ruoyu, ZHENG Jieji, REN Guang'an, XIE Xin, FAN Dapeng*()
Received:
2022-07-06
Online:
2022-07-11
Contact:
FAN Dapeng
CLC Number:
WAN Ziping, TAN Ruoyu, ZHENG Jieji, REN Guang'an, XIE Xin, FAN Dapeng. Efficient Design Method of Multi-condition and Static and Dynamic Reinforced Wall Structure for Modular Base of Weapon Station[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(2): 577-590.
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子结构 | 失效形式 |
---|---|
轴压壁 | 屈曲失稳,弯剪破坏 |
抗弯壁 | 拉伸破坏,弯剪破坏 |
防扭壁 | 弯剪破坏,扭剪破坏 |
Table 1 Failure form of substructures
子结构 | 失效形式 |
---|---|
轴压壁 | 屈曲失稳,弯剪破坏 |
抗弯壁 | 拉伸破坏,弯剪破坏 |
防扭壁 | 弯剪破坏,扭剪破坏 |
子结构 | 优化方法 |
---|---|
轴压壁 | 基于超单元的多工况和动静态拓扑优化方法 |
抗弯壁 | 基于超单元的多工况和动静态拓扑优化方法 |
防扭壁 | 形状优化方法(只做实现,不做分析) |
Table 2 Substructure optimization method
子结构 | 优化方法 |
---|---|
轴压壁 | 基于超单元的多工况和动静态拓扑优化方法 |
抗弯壁 | 基于超单元的多工况和动静态拓扑优化方法 |
防扭壁 | 形状优化方法(只做实现,不做分析) |
载荷类型 | 筋壁结构 | 筋结构作用 | 壁结构作用 | 筋条间距 |
---|---|---|---|---|
小载荷 | 薄壁高筋 | 主承力单元 | 结构外形 | 小 |
中载荷 | 中壁中筋 | 主承力单元 | 次承力单元 | 中 |
大载荷 | 连续壁厚 | 承力单元 | 承力单元 | 大 |
Table 3 Form of reinforced wall based on load level
载荷类型 | 筋壁结构 | 筋结构作用 | 壁结构作用 | 筋条间距 |
---|---|---|---|---|
小载荷 | 薄壁高筋 | 主承力单元 | 结构外形 | 小 |
中载荷 | 中壁中筋 | 主承力单元 | 次承力单元 | 中 |
大载荷 | 连续壁厚 | 承力单元 | 承力单元 | 大 |
载荷来源 | 重力过载冲击 | 后坐力冲击/N |
---|---|---|
重载机枪组件 | 170.91kg×9×9.81m/s2 | 6000 |
轻载机枪组件 | 29.1kg×9×9.81m/s2 | 362 |
左耳轴支架 | 25kg×9×9.81m/s2 | |
右耳轴支架 | 25kg×9×9.81m/s2 |
Table 4 Gravity overload impact and weapon recoil impact
载荷来源 | 重力过载冲击 | 后坐力冲击/N |
---|---|---|
重载机枪组件 | 170.91kg×9×9.81m/s2 | 6000 |
轻载机枪组件 | 29.1kg×9×9.81m/s2 | 362 |
左耳轴支架 | 25kg×9×9.81m/s2 | |
右耳轴支架 | 25kg×9×9.81m/s2 |
功能区 | 最大仰角击发 | 水平击发 |
---|---|---|
左功能区击发 | (α1)0.07 | (α2)0.13 |
中功能区击发 | (α3)0.13 | (α4)0.34 |
右功能区击发 | (α5)0.07 | (α6)0.13 |
Table 5 Working condition weight
功能区 | 最大仰角击发 | 水平击发 |
---|---|---|
左功能区击发 | (α1)0.07 | (α2)0.13 |
中功能区击发 | (α3)0.13 | (α4)0.34 |
右功能区击发 | (α5)0.07 | (α6)0.13 |
模态 阶数 | 原有承力构型/ Hz | 缩聚承力构型/ Hz | 偏差百分比 绝对值/% |
---|---|---|---|
1 | 121.58 | 111.96 | 0.79 |
2 | 173.62 | 174.94 | 0.75 |
3 | 275.67 | 283.75 | 2.85 |
4 | 482.82 | 455.74 | 5.60 |
5 | 499.06 | 476.53 | 4.51 |
6 | 810.52 | 857.52 | 5.48 |
Table 7 Modal accuracy comparison
模态 阶数 | 原有承力构型/ Hz | 缩聚承力构型/ Hz | 偏差百分比 绝对值/% |
---|---|---|---|
1 | 121.58 | 111.96 | 0.79 |
2 | 173.62 | 174.94 | 0.75 |
3 | 275.67 | 283.75 | 2.85 |
4 | 482.82 | 455.74 | 5.60 |
5 | 499.06 | 476.53 | 4.51 |
6 | 810.52 | 857.52 | 5.48 |
静态 工况 | 应变 能/J | 应变 能/J | 应变 能/J | 模态 阶数 | 固有 频率/ Hz | 固有 频率/ Hz | 固有 频率/ Hz |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 0.092 | 0.262 | 0.123 | 1 | 59.64 | 79.25 | 74.78 |
2 | 0.086 | 0.257 | 0.119 | ||||
3 | 0.152 | 0.418 | 0.181 | 2 | 86.57 | 108.88 | 102.63 |
4 | 0.161 | 0.376 | 0.184 | ||||
5 | 0.092 | 0.262 | 0.123 | 3 | 125.87 | 129.56 | 131.94 |
6 | 0.086 | 0.257 | 0.119 |
Table 8 Comparison of optimization methods
静态 工况 | 应变 能/J | 应变 能/J | 应变 能/J | 模态 阶数 | 固有 频率/ Hz | 固有 频率/ Hz | 固有 频率/ Hz |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 0.092 | 0.262 | 0.123 | 1 | 59.64 | 79.25 | 74.78 |
2 | 0.086 | 0.257 | 0.119 | ||||
3 | 0.152 | 0.418 | 0.181 | 2 | 86.57 | 108.88 | 102.63 |
4 | 0.161 | 0.376 | 0.184 | ||||
5 | 0.092 | 0.262 | 0.123 | 3 | 125.87 | 129.56 | 131.94 |
6 | 0.086 | 0.257 | 0.119 |
拓扑优化类型 | 单元数量 | 节点数量 | 计算时长 | 迭代步数 |
---|---|---|---|---|
全模型拓扑优化 | 73213 | 283638 | 46h5min | 176 |
超单元拓扑优化 | 48294 | 148119 | 4h42min | 59 |
Table 9 Comparison of computational cost
拓扑优化类型 | 单元数量 | 节点数量 | 计算时长 | 迭代步数 |
---|---|---|---|---|
全模型拓扑优化 | 73213 | 283638 | 46h5min | 176 |
超单元拓扑优化 | 48294 | 148119 | 4h42min | 59 |
静态工况 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
---|---|---|---|---|---|---|
最大应力/MPa | 11.63 | 12.67 | 14.18 | 12.17 | 11.63 | 12.67 |
Table 10 Maximum stress of wall structure
静态工况 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
---|---|---|---|---|---|---|
最大应力/MPa | 11.63 | 12.67 | 14.18 | 12.17 | 11.63 | 12.67 |
尺寸 | 筋壁结构 | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
筋7宽 | 壁1厚 | 筋7~9高 | 筋1宽 | 筋2宽 | 筋5宽 | 筋6宽 | 筋1~6高 | |
优化前尺寸/mm | 0.025 | 0.008 | 0.03 | 0.025 | 0.025 | 0.025 | 0.025 | 0.025 |
尺寸后尺寸/mm | 0.03 | 0.01 | 0.02 | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.03 |
Table 11 Optimization parameters
尺寸 | 筋壁结构 | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
筋7宽 | 壁1厚 | 筋7~9高 | 筋1宽 | 筋2宽 | 筋5宽 | 筋6宽 | 筋1~6高 | |
优化前尺寸/mm | 0.025 | 0.008 | 0.03 | 0.025 | 0.025 | 0.025 | 0.025 | 0.025 |
尺寸后尺寸/mm | 0.03 | 0.01 | 0.02 | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.03 |
指标 | 静态工况 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
优化前应变能/J | 0.042 | 0.044 | 0.073 | 0.074 | 0.042 | 0.044 |
优化后应变能/J | 0.068 | 0.071 | 0.124 | 0.125 | 0.068 | 0.071 |
模态阶数 | 1 | 2 | 3 | |||
优化前固有 频率/Hz | 121.58 | 173.62 | 267.15 | 优化前 质量/kg | 47.334 | |
优化后固有 频率/Hz | 91.50 | 115.57 | 176.70 | 优化后 质量/kg | 33.946 |
Table 12 Indexes before and after optimization
指标 | 静态工况 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
优化前应变能/J | 0.042 | 0.044 | 0.073 | 0.074 | 0.042 | 0.044 |
优化后应变能/J | 0.068 | 0.071 | 0.124 | 0.125 | 0.068 | 0.071 |
模态阶数 | 1 | 2 | 3 | |||
优化前固有 频率/Hz | 121.58 | 173.62 | 267.15 | 优化前 质量/kg | 47.334 | |
优化后固有 频率/Hz | 91.50 | 115.57 | 176.70 | 优化后 质量/kg | 33.946 |
加速度和后坐力冲击 | 时间/s | ||
---|---|---|---|
0.0015 | 0.007 | 0.0325 | |
重力过载加速度/(m·s-2) | 8.82 | 101.43 | 101.43 |
后坐力冲击/N | 250 | 6000 | -1125 |
Table 13 Time domain excitation of limit impact
加速度和后坐力冲击 | 时间/s | ||
---|---|---|---|
0.0015 | 0.007 | 0.0325 | |
重力过载加速度/(m·s-2) | 8.82 | 101.43 | 101.43 |
后坐力冲击/N | 250 | 6000 | -1125 |
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doi: 10.1088/1742-6596/1986/1/012094 |
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