高过载环境下弹载器件结构动态响应研究.pdf

科技导报! " # $ ! ! % " & $ # 将减载结构简化为线性弹簧和黏滞阻尼线性系统基础上进行的!" # $ % !其研究结论与实弹试验结果存在较大差异!无法真正达到解决实际问题的目的"弹载器件常用的减载结构材料主要为橡胶#碟形弹簧和泡沫铝等!该类材料具有明显的非线性特性"如何针对该类材料的实际特性建立高过载环境下弹载器件的动力学模型! 验证所设计减载结构的合理性! 是弹载器件抗高过载研究的主要内容之一!也是弹载器件抗高过载设计的关键" $ 弹载器件动力学模型的建立弹丸发射过程中!弹载器件和减载结构在膛内压力的作用下随弹体一起高速运动!这是一个典型的由基础运动引起的强迫运动"为方便研究!将弹体#弹载器件及其减载结构简化为一个质量#弹簧#阻尼系统!同时忽略弹丸的旋转#弹体的变形及弹体与身管的摩擦力等"简化模型如图&所示" 受保护的弹载器件!即质量体! 的运动是由基础$弹体% 运动引起的!它首先压缩减载结构!减载结构产生一个弹性力和阻尼力! 质量体! 正是在这两个力的作用下产生运动! 考虑到实际过载环境和减载结构材料参数的非线性特性! 根据质点动力学基本方程!可得强冲击条件下弹载器件一维动力学模型为! " ! ’( # " " ’( $ $ " ’% ) # ! % ! $ & % 其中! ! 为弹载器件的质量! &为阻尼系数! $ $ " ’%为弹簧系统产生的力! % !为弹体加速度! " ’# " " ’和" ! ’分别为弹载器件的相对位移#相对速度和相对加速度" 为求解上述模型!需要确定弹载器件的质量’#弹体加速度载荷% ! #阻尼系数&及弹簧系统产生的力$ $ " ’% " ! 弹载器件结构动态响应计算! ’$ 加速度载荷的确定以装备部队的某型特种弹为例!其加速度载荷如图* 所示"从图中可以看出!该特种弹在膛内阶段承受的过载最大峰值为& + , - " ( !过载持续时间为& - . " / 0 "为了得到该加速度载荷随时间变化的函数!方便理论计算!采用最小二乘法将加速度随时间变化的情况拟合为"次多项式!即弹体加速度载荷% !随时间)的变化关系为% ! ) " - 1 * ( + & - * ) ( & " $ 2 - ) * ( & * " * ) + ! * 3 - - ) , ( 3 & & . 2 ) 3 # , & . & + 1 ) 2 ( & . & 1 + ) " $ * % ! ’! 减载结构材料参数和弹性力的确定以该特种弹为例!其弹载器件采用吸能和滞回性能良好的多层泡沫硅橡胶垫作为减载结构"将该减载结构放置在材料压缩试验机上进行材料性能测试!减载结构材料的弹力# 位移曲线如图+所示" 同样采用最小二乘法对减载结构材料的力#位移曲线进行拟合! 有$ $ " ’% ) ! & . 1 & ( & + $ . " " ’( + . 3 & * " * ’! - . 2 & - 3 " + ’- ! " ’ 4 " . " & 1 $ $ " ’% ) * " & 2 ! 2 * " . 3 " ’( " 3 . + * " * ’! * . 1 , 1 " + ’" . " & 1 ! " ’ 4 1 . - * + $ $ " ’% ) & - + . 3 ! * $ 3 " " ’( - . - * 2 * " * ’