方口径电磁轨道发射装置导轨及壁板的力学分析

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关于电磁轨道炮的研究,可以分为电磁效应、力学效应及新型材料三个领域。在力学效应领域中,主要是针对电磁轨道炮的组件强度、刚度及动态响应进行分析。值得提出的是:目前发射装置的组成过重,体积过大。其原因之一是构件强度、刚度及动态响应计算方面研究的内容比较浅显,距离实际应用的要求相差很远,明显不利于发射组件的设计与制造。因此,该技术成为实际应用亟待解决的问题之一。针对目前的应用现状,本文着重对方口径电磁轨道发射装置的关键构件:发射导轨和壁板在发射状态下的强度、刚度及动态响应进行理论分析。为延长其使用寿命、提高发射精度,以及相关设计和制造提供计算方法和技术支持,从而推进电磁发射装置的实用化进程。论文主要研究了以下三方面内容:1.在静力学方面,首先建立了双层弹性基础梁的力学模型,并同时建立了导轨(上梁)和壁板(下梁)的挠曲线微分方程;其次通过构建了16个“泛Крылов函数”,并使用“单位初参数法”来分别确定“泛Крылов函数”,从而求解了导轨(上梁)与壁板(下梁)变形、弯矩及应力的解析解;最后通过算例分析了决定导轨及壁板的变形与应力状态的关键因素是上下梁的抗弯刚度及各层之间的弹性常数。2.在动态响应方面,首先建立了双层弹性基础梁的动力学平衡方程;其次分别采用Dirac函数和Heaviside函数表示同步移动的集中载荷和均布载荷,并根据边界约束条件,求得了导轨(上梁)和壁板(下梁)位移和应力的解析解,并与ANSYS数值分析结果进行了比较;最后通过算例分析了给定运动参数及结构参数情况下,双层弹性基础梁的动态响应。3.在系统参数影响分析方面,分别通过电磁轨道系统各参数对其受力状态和动态响应的对比,可以得出如下结论:导轨和壁板的厚度h1、h2,导轨和壁板的基础弹性常数c1、c2是所有参数中对双层弹性基础梁受力影响较大的参数,优化上述参数可以得到电磁轨道发射装置受力状态的理想效果;另外,导轨宽度H1和厚度h1、壁板厚度h2、基础的弹性常数c1以及电枢移动速度v等五个参数对双层弹性基础梁动态响应影响较大,优化这五个参数可以得到电磁轨道发射装置系统动态响应的理想效果。以上研究结果可为电磁轨道发射装置相关的设计和制造提供计算方法和技术支持,从而可推动电磁发射装置的实用化进程。本文的研究结果,给出了求解双层弹性基础梁解析解的一种有效方法。同时,本文导出双层弹性基础梁动态响应的解析解,可为电磁轨道发射装置的动态分析奠定基础,并可供相关领域中含有双基弹性基础梁结构的工程设计计算参考。
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