謝歡 段譽

摘 要：為改善火炮的振動響應(yīng)，采用仿真計算、試驗設(shè)計、近似模型與優(yōu)化算法相結(jié)合的方法進(jìn)行火炮振動響應(yīng)優(yōu)化研究。首先將炮塔及火炮考慮成柔性體，建立了履帶車輛剛?cè)狁詈夏Ｐ?。其次以懸掛彈簧扭轉(zhuǎn)剛度、減振器阻尼系數(shù)、懸置剛度、3個系統(tǒng)參數(shù)為設(shè)計變量，采用最優(yōu)拉丁超試驗設(shè)計對設(shè)計變量進(jìn)行抽樣，建立以火炮炮口垂直角位移為目標(biāo)函數(shù)的二階多項式響應(yīng)面近似模型，并檢驗了其擬合精度。最后基于粒子群算法對火炮振動響應(yīng)進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明優(yōu)化效果明顯。

關(guān)鍵詞：履帶車輛；近似模型；火炮振動；粒子群算法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.098

火炮振動對其射擊精度有重要影響，引起火炮振動的因素有很多，近年來國內(nèi)外許多研究者廣泛研究了系統(tǒng)參數(shù)對火炮振動響應(yīng)的影響。葛建立通過靈敏度分析篩選出對炮口擾動較大的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并對其進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化分析[1]。張俊飛建立了彈炮耦合的牽引火炮動力學(xué)有限元模型，通過靈敏度分析篩選出對火炮振動影響較大的系統(tǒng)參數(shù)，建立其近似模型，并基于多島遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化[2]。

本文通過試驗設(shè)計對履帶車輛剛?cè)狁詈夏Ｐ瓦M(jìn)行仿真計算，采用二階多項式響應(yīng)面法建立其近似模型，并基于粒子群算法對火炮振動進(jìn)行優(yōu)化。

1 履帶車輛剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)建模

1.1 履帶車輛多剛體模型

履帶車輛是復(fù)雜的多自由度機(jī)械系統(tǒng)，建模前需對其作一定的假設(shè)。不考慮傳動單元等的作用，同時將車體內(nèi)的座椅等部件作為集中質(zhì)量集成在車體上，并將行動系統(tǒng)為簡化主動輪、負(fù)重輪、托帶輪、誘導(dǎo)輪、履帶張緊機(jī)構(gòu)、兩側(cè)履帶以及彈簧阻尼元件。根據(jù)以上假設(shè)，以某型履帶車輛為例，在ADAMS/ATV中建立其多剛體動力學(xué)模型。

1.2 履帶車輛剛?cè)狁詈夏Ｐ?/p>

將炮塔及火炮考慮成柔性體，首先建立其有限元模型，然后采用模態(tài)綜合法建立其柔性體，在ADAMS中，采用模態(tài)中性文件表征柔性體，模態(tài)中性文件包含了柔性體的模態(tài)等信息。建立柔性體的主要步驟如圖1所示。在ADAMS中生成柔性體后，將其導(dǎo)入多剛體模型中，并添加相應(yīng)的約束建立剛?cè)狁詈夏Ｐ汀?/p>

2 近似模型構(gòu)建

2.1 試驗設(shè)計

試驗設(shè)計是一種通過合理安排試驗方案減少試驗次數(shù)的方法。本文以懸掛彈簧扭轉(zhuǎn)剛度、減振器阻尼系數(shù)、懸置剛度為設(shè)計變量，炮口垂向角位移為目標(biāo)函數(shù)，采用最優(yōu)拉丁超試驗設(shè)計方法對設(shè)計變量抽取30組樣本點，并將抽樣結(jié)果代入剛?cè)狁詈夏Ｐ椭羞M(jìn)行仿真計算，得到目標(biāo)函數(shù)響應(yīng)量，為下一步近似模型的建立提供樣本點。

2.2 建立近似模型

選擇二階多項式響應(yīng)面近似模型對樣本點進(jìn)行擬合。多項式響應(yīng)面模型的原理是用一組多項式來擬合設(shè)計變量與目標(biāo)函數(shù)之間的關(guān)系，多項式可以是二階、三階甚至更高階，階數(shù)越高擬合精度越好。建立的二階響應(yīng)面近似模型。

2.3 擬合精度檢驗

工程上一般用復(fù)相關(guān)系數(shù)R2來表征近似模型擬合的效果。當(dāng)R2大于0.9時，精度才能滿足要求。

3 基于粒子群算法的火炮振動優(yōu)化

3.1 火炮振動響應(yīng)優(yōu)化分析

4 結(jié)論

本文以懸掛彈簧扭轉(zhuǎn)剛度、減振器阻尼系數(shù)、懸置剛度為設(shè)計變量，炮口垂向角位移為目標(biāo)函數(shù)，通過建立二階響應(yīng)面近似模型，結(jié)合粒子群算法對火炮振動響應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明優(yōu)化效果明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐志遠(yuǎn)，葛建立，楊國來.影響炮口擾動的火炮總體結(jié)構(gòu)參數(shù)靈敏度分析與優(yōu)化[J].兵器裝備工程學(xué)報，2016，37（06）：45-48.

[2]張俊飛.某火炮結(jié)構(gòu)參數(shù)靈敏度分析與優(yōu)化研究[D].南京理工大學(xué)，2014.

作者簡介：謝歡（1993-），男，廣東韶關(guān)人，研究生，研究方向：車輛仿真。