机动武器系统的含间隙动力学研究——中篇:间隙铰模型

基于前一部分建立的矢量形式的含摩擦碰撞模型 ,分别建立了旋转间隙铰模型和滑环间隙铰模型。在这两个模型中 ,间隙内的运动状态被描述为统一形式 ,间隙铰对系统的作用被分解为一般几何约束和非线性弹性连接关系两部分 ,分别用约束方程和相对位移—相互作用力关系来描述。此模型不需要对接触状态进行判断 ,便于应用于复杂系统中。文中模型都是在三维空间中构造的 ,在二维问题中可以得到简化     

考虑铰链间隙的水面并联稳定平台动力学分析

针对某小型浮式稳定平台结构紧凑、负载惯量大的特点,设计了一种以少自由度并联机构为基础的改进型串联与并联机构。根据该平台的结构特点,进行了运动学分析,推导了系统雅可比矩阵,并利用Lagrange方法建立了平台的动力学模型,分析了平台的动力学特性。为分析含间隙的支链受力,将其简化为刚体—弹簧模型,通过改进的Hertz接触理论,采用非线性弹簧阻尼模型计算接触力,最终建立了含铰链间隙的平台动力学模型。数值计算与实验结果表明了数据建模的有效性,同时铰链间隙对动平台的位置精度和动力学特性产生了显著影响,对平台结构产生了较强的冲击。     

某输弹机开式链传动建模及动力学特性分析

为分析某输弹机开式链传动机构在工作过程中的运动学精度和动力学特性,描述了滚轮与链轮齿槽之间的几何关系和接触模式以及链节之间的接触。针对不同的接触位置和接触模式分别建立了法向接触力模型和平面接触力模型,建立了某输弹机开式链传动机构多刚体动力学模型。分析了不同滚轮与链轮齿槽之间的接触特性,讨论了滚轮与链轮齿槽之间间隙变化对系统运动学精度及动力学特性的影响。研究结果表明：滚轮与链轮齿槽之间间隙的存在及大小变化对某输弹机开式链传动机构动力学特性具有很大影响,在工程实际中需要合理控制间隙。     

某型步兵战车行进间射击高低机动态接触非线性计算

为建立更为准确的火炮发射动力学仿真模型,以某型步兵战车高低机齿轮与齿弧为对象,对双齿啮合接触刚度系数进行了计算,并与整体ADAMS发射动力学模型进行了耦合。建立了齿轮与齿弧有限元模型,设置齿轮与齿弧初始啮合位置为双齿啮合区,采用罚函数法,求得接触力、接触间隙、接触渗透量等双齿区域接触特性,结合Contact接触力公式计算双齿接触刚度系数。以此为基础数据,建立了ADAMS步兵战车整车刚柔耦合发射动力学模型,对火炮行进间射击过程进行动力学仿真分析; 研究了2档车速下4种中等起伏路面条件下的行进间射击结构动态响应,齿轮、齿弧之间的动态间隙对火炮俯仰部分的空间指向的影响,分析结果表明,计算的高低机双齿啮合接触刚度系数能有效反映行进间射击过程中的动态特性,并为实现高机动条件下的高精度打击能力、提高射击精度提供数据基础。     

合金元素对镁合金阻尼性能影响的研究进展

简介镁合金的阻尼机理,在室温下主要为位错阻尼,在高温下除位错阻尼外还有晶界阻尼的贡献。综述合金元素对镁合金阻尼性能影响的研究现状,并展望阻尼镁合金材料的应用前景。指出通过引入新的阻尼机制或综合发挥多种阻尼机制的优点,获得兼具高强度高阻尼的结构功能一体化材料,将是未来高阻尼镁合金材料研究的重要方向。     

基于接触面特征的螺栓联接刚度研究

螺栓联接由于其可靠和有效性在工业界得到广泛应用,螺栓联接设计中的联接刚度设计在螺栓联接结构中具有十分重要的作用。提出一种最佳预紧力下螺栓联接结构的有限元分析方法,在综合考虑螺栓螺母与被联接件及被联接件之间的受力、接触、摩擦等非线性因素的基础上,采用不同结构的系列参数模型运算结果进行联接刚度分析,研究了螺栓预紧力、被联接板厚度、螺栓公称直径、被联接板外径及螺母系数等因素对联接刚度的影响。通过接触面压应力分布实验验证和连续性假设,对联接结构刚度函数式进行无量纲化推导,实现了系列参数模型无量纲化刚度数据的有效拟合,在有限元分析结果基础上获得了计算螺栓联接结构联接刚度的计算公式。通过与有限元分析结果及文献［4-6］结果比较,验证了该刚度计算公式的有效性和可靠性。     

冲击载荷下磁流变阻尼器动态特性试验分析

应用于火炮反后坐装置中的磁流变阻尼器工作在高冲击、高速环境下，因此对所设计长行程磁流变阻尼器进行了冲击试验，测试其在冲击载荷下的动态特性及性能指标。通过采用非线性最小二乘法对试验数据拟合，基于Herschel-Burkley磁流变液非线性本构特性的平行平板恒流模型，提出了冲击载荷下磁流变阻尼器的动态特性模型。并利用该数学模型对磁流变阻尼器在反后坐装置应用中的可控性进行了深入讨论。理论分析表明：在火炮反后坐装置应用中，利用磁流变阻尼器阻尼力可调特性，可以实现理想的后坐动态特性。     

身管与衬瓦接触的动力学数值分析

基于多体系统动力学理论,利用多体系统动力学软件ADAMS建立了某型火炮发射时身管与衬瓦的多体动力学模型,在考虑身管与衬瓦间隙因素的情况下,对该火炮发射时身管与衬瓦接触的动力学问题进行了研究。建模时采用Hertzian模型模拟衬瓦和身管之间的接触碰撞,考虑了影响碰撞的刚度和阻尼因素。结合相关参数使用Fortran语言编程,建立了身管后坐运动的多刚体动力学模型。通过数值计算得到了火炮后坐时身管与衬瓦间的接触力,与经典方法获得的接触力进行了比较分析。     

基于等效线性化的悬架力学参数设计

大部分独立悬架导向机构会造成悬架弹性元件的刚度、阻尼元件的阻尼与悬架刚度、阻尼之间产生非线性关系,并且随悬架动挠度的增大而变得更加明显,因此用线性模型在静态位置对悬架参数进行设计计算将造成较大的误差;基于虚位移原理分析了这种非线性关系,并运用等效线性化方法在经典平顺性分析的基础上给出了一种悬架参数设计方法,最后编写了数值求解程序进行计算。     

油气弹簧力学特性分析与试验研究

针对叠加阀片的阻尼阀结构，给出了基于等效厚度法则的阀片变形计算方法，推导了缝隙参数与阀片变形量之间的函数关系式。研究了环形缝隙节流的解析计算，运用流体力学速度边界层理论推导了紊流状态下的缝隙流量表达式。联立范德瓦尔实际气体状态方程，建立了单气室油气弹簧的数学模型。仿真分析了系统弹性力和总输出力随位移的变化关系，与试验数据比较验证了推导过程的正确性。对比研究了相关结构参数对系统输出力的影响规律，为阻尼阀的精确设计提供了参考。     

锰铜基阻尼合金广义分数阶Maxwell本构模型

针对锰铜基阻尼合金简化为线弹性材料、与实际非线性本构关系不符的问题,以M2052锰铜基阻尼合金为研究对象,结合锰铜基阻尼合金高阻尼特性机理,提出一种基于广义分数阶Maxwell模型的三参数本构方程。通过常应变率单轴循环拉伸试验分析验证本构模型的准确性,采用均值系数法拓宽本构模型的实用性,并研究广义分数阶Maxwell模型的拟合性能。结果表明：锰铜基阻尼合金的本构关系具有很强的非线性,应力-应变曲线呈梭型,滞回面积随着最大应变幅值增大而增大;广义分数阶Maxwell模型可以较好地描述M2052阻尼合金应力-应变曲线的非线性和滞回特性,试验拟合均方差在0.468 4~2.651 0之间,确定系数均大于0.992 9;广义分数阶Maxwell模型具有较强的适用性,模型各参数可通过应变幅值拟合确定,不用进行特定试验,较其他黏弹性模型可更好地模拟阻尼合金的非线性特性。     

反后坐装置布局对炮口振动的影响研究

炮口振动是影响火炮射击精度的关键因素之一,它与反后坐装置布局及载荷传递密切相关。利用Flex-Flex接触碰撞模型模拟前后衬瓦与身管的相互作用,通过含微小间隙的改进接触算法和计及运动间隙的修正的Coulomb摩擦力方程表征揺架衬瓦和身管的接触碰撞关系,建立了全炮刚柔耦合发射动力学模型,在验证模型的基础上对提出的反后坐装置布局方案进行数值仿真和评估分析。研究结果表明,反后坐装置对称布局方案可有效降低炮口振动和衬瓦接触力,有利于提高射击精度和衬瓦磨损寿命,对该类火炮总体设计具有重要意义。     

Ce对空气电池用多元铝合金综合性能影响

向Al-5Zn-1Mg-0.1Ga-0.1Sn-0.05Mn母合金掺杂不同含量稀土Ce,通过金相分析、电化学测试及腐蚀形貌分析等研究合金在摩尔浓度为4 mol/L的NaOH溶液中的电化学性能。结果表明:当添加质量分数为0.3%的Ce时,合金晶粒最细小,第二相粒子分布细小均匀。Ce提高阳极活性,降低合金自腐蚀反应速率,合金的电化学性能最佳。添加Ce抑制合金在摩尔浓度为4 mol/L的NaOH溶液中的不均匀腐蚀,更趋于均匀腐蚀。Al-5Zn-1Mg-0.1Ga-0.1Sn-0.05Mn-0.3Ce具有最佳综合性能,适合作碱性电解质中铝-空气电池阳极合金。     

高冲击载荷作用下筒型电磁阻尼器动力学特性研究

为探究筒型电磁阻尼器在高冲击环境下的制动效果,开展了高冲击载荷作用下筒型电磁阻尼器的动力学特性研究。基于ANSYS Maxwell电磁学有限元软件建立筒型电磁阻尼器二维数值仿真模型;通过对数值模型进行计算,获得筒型电磁阻尼器在冲击载荷作用下的阻尼输出特性和动力学特性,研究分析了内筒和外筒电磁阻尼力的分布特点;重点探究了导磁筒厚度、导电筒厚度、气隙宽度以及磁靴厚度等参数对动力学特性的影响。研究结果表明:双筒型电磁阻尼器的阻尼力主要由内外导电筒提供,外导电筒占据主导部分;内外导磁筒厚度在一定范围内不会对阻尼力产生影响。     

基于接触理论的螺栓联接接触面力学特性研究

运用多微凸体粗糙接触表面由弹性、弹塑性至塑性变形转化过程的连续光滑可导原理,论证了载荷作用下接触面接触强度及实际接触面之间的连续性和区域性。用混合单元法创建实际螺栓结构接触压力模型,求解出螺栓结构的实际接触面积与接触压应力分布。对比超声波实验数据,有限元分析（FEA）结果与超声波实验结果相吻合,验证了模型的正确性和有效性。通过系列模型,分析压应力沿螺栓方向的传递作用,证明螺栓联接结构接触应力在环形区域内分布的连续性,并探讨了改变预紧力和结构几何参数对螺栓联接接触强度、接触应力范围的影响规律。     

基于车辆半主动悬架的一种磁流变减振器阻尼力的理论推导及试验分析

根据汽车减振的特点,设计了一种磁流变减振器,并对它的阻尼力进行了理论推导,从推导的阻尼力公式可看出,根据设计的减振器,在车辆悬架动态性能模拟试验台上对示功特性和速度特性进行了试验验证,证明了推导的阻尼力公式中阻尼力与通电电流成非线性(二次)关系是合理的,对设计出真正用于实际的减振器有一定的参考价值.     

表面异形遮弹层的诱偏机理与试验

为揭示表面异形遮弹层的诱偏机理,采用Hertz接触理论建立了弹体与偏航层中异形体撞击的力学模型,综合考虑了弹体入射姿态、命中速度以及异形体材料特性、几何参数等因素的影响,并根据刚体运动学理论进一步导出弹体与异形体撞击过程中的运动微分方程.弹体偏转角随命中速度增大而增大;在一定速度范围内,计算结果与试验数据较为接近.结果表明,弹体在撞击异形体的过程中受到巨大的非对称力作用,且其作用随命中速度增大而增大,致使产生较大的攻角和角速度,削弱了弹体侵彻威力.     

冷速对固溶态ZA27合金组织与阻尼性能的影响

对铸态ZA27合金进行365℃×3 h的固溶化处理后分别随炉冷却和空冷。利用扫描电子显微镜观察合金的室温组织,采用悬臂梁共振法测试室温下合金的声频阻尼性能。结果表明,固溶态ZA27合金炉冷后的室温组织由层片状α+ η+ε三相组成,而空冷后的室温组织由层片状α相+η相及少量没有完全分解的β相组成。空冷后的合金的层片间距比炉冷后的合金的小。阻尼测试结果表明,空冷后的合金阻尼能力高于炉冷后的合金阻尼能力,空冷合金的阻尼能力比炉冷合金的阻尼能力高约40%。分析认为空冷合金与炉冷合金阻尼能力的差异是由于组织中层片间距不同造成的。     

永磁式电磁阻尼器磁性能解析计算及阻尼特性分析

Halbach永磁阵列作为一种新型的永磁体排列形式,以其优异的磁场利用率和自屏蔽性能逐渐受到广泛关注,以该永磁阵列为结构基础的电磁阻尼器相较于其他的结构形式表现出更好地磁场性能。以Halbach永磁阵列电磁阻尼器为研究对象,分析它的阻尼特性。首先根据阻尼器的结构形式建立了相应的数学分析模型,并利用分层理论对其进行了解析推导,同时建立有限元模型,并进行了互相印证。计算结果表明,初级与次级相对速度到达临界速度值时电磁阻尼力最大,若相对速度继续增大电磁阻尼力反而减小。通过引入火炮后坐运动方程,分析强冲击载荷下电磁阻尼器的电磁阻尼力、后坐速度和后坐位移规律,确保在后坐过程中后坐速度不超过临界速度。通过有限元法研究了不同气隙宽度和内筒厚度对电磁阻尼力的影响,结果表明电磁阻尼力随着气隙宽度的增大而减小,内筒厚度过大会导致电磁阻尼力曲线呈现出“马鞍”型。合理地选择结构参数能够避免退磁现象,确保所设计的电磁阻尼器能够满足使用要求,为电磁阻尼器的设计提供了参考。     

Effects of Squeeze-film Air Damping on Properties of MEMS Inertial Switch in Fuse

The squeeze-film air damping exists in a lot of micro-electronic-mechanical system (MEMS) devices unavoidably. The effects of air damping in traditional inertial switch with spring-mass system can be ignored for its large volume and mass. But, many properties of MEMS switch, such as sensitivity, resolution and contact time, are affected by the air damping caused from the squeezed air film between two parallel plates moving relatively. Based on the conservation laws for mass and flux and the nonlinear Reynolds equation, the coefficient of squeeze-film damping was derived. The dynamic responses of the inertial switch with and without squeeze-film damping were simulated by using software ANSYS. The simulated results show that the sensitivity and contact time of the switch descend by about 5% and 15%, respectively, when the effects of squeeze-film damping are considered.