2.2  大架模型的网格划分 7

2.2.1  网格划分原则 7

2.2.2  大架网格划分 7

2.3  大架有限元模型的建立 11

2.3.1  网格模型的导入和分析步（Step）的建立 11

2.3.2  相互作用关系（Interaction）的确定 12

2.3.3  载荷（Load）及边界条件（Constraint）确定 12

2.4  静态计算结果及分析 13

2.5  动态计算结果及分析 15

2.6  本章小结 16

3  大架结构修改及有限元分析 17

3.1  张开角度对火炮大架刚度的影响 17

3.2  加强筋对火炮大架刚度的影响 21

3.3  辅助支撑对大架刚度的影响 26

3.4  优化结构的确定 29

3.5  本章小结 30

结  论 31

致  谢 33

参考文献 34

1  绪论

1.1  本文的选题背景及研究意义

大口径火炮在发射过程中的后坐力很大，而牵引火炮的大架很长，这使得大架的刚度不容易保证，会影响火炮的射击密集度。近年来，结构优化设计在火炮设计过程之中发挥了重要作用，该方法的使用可提高火炮的可靠性及安全性。优化设计为火炮的结构设计提供了一种重要的科学设计方法，在解决复杂问题时，能提高设计的质量以及设计的效率，并能从众多的设计方案中选择出尽可能完善的设计方案。本课题利用有限元软件对原有的火炮大架进行研究，分析大架的结构及载荷特点，建立了大架的有限元模型并进行仿真计算。根据原大架中存在的刚度不足问题，对大架结构进行优化设计，寻求更优的大架张开角度，并通过增加加强筋和辅助支撑的方式来增加大架刚度。本课题的研究对火炮大架的刚强度设计提供了理论参考。

1.2  有限元法文献综述

1.2.1  有限元法概况

有限元法（FEM）是工程分析中被广泛应用的数值计算方法之一。用于建立有限元方程的变分原理或加权余量法在数学上是微分方程和边界条件的等效积分形式。因此，有限元解可收敛于原数学模型的精确解。由于它的通用性和有效性，已受到工程技术界的高度重视[1]。

有限元是近似求解一般连续域问题的数值方法。它最先应用于结构的应力分析，很快就广泛应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续域的问题[2]。

有限元法求解的步骤：

1）将结构划分为单元结合体——离散化；

2）建立单元上各量之间的关系——单元特性分析；

3）将单元特性集成，获得结构的整体特性和平衡方程——整体分析；

4）解代数方程求点位移，求各单元应力应变。

有限元法作为求解连续域问题的数值方法，其基本思想可概括为“先分后合” [3]。具体地说：先将连续体分割为有限个且按一定方式相互联结在一起的小单元的组合体，在给定的载荷和约束条件下求出各节点的威严，从而求出各单元应力。单元可有不同大小、类型、和形状，可求解复杂的工程问题和科学问题。