复合材料座钣动态响应分析及结构优化

葛建立,谢新宇,刘国志,杨国来

(1.南京理工大学 机械工程学院,江苏 南京 210094;2.山西北方机械制造有限责任公司,山西 太原 030009)

迫击炮主要由炮身、炮架、座钣、瞄具等构成,是一种短炮身、大射角、弹道弧线高、发射带尾翼弹的曲射火炮,能够对近距离上的目标实施压制和摧毁,是支援和伴随步兵作战的一种重要武器装备。

随着现代战争形势的转变和科学技术的发展,降低迫击炮质量,提高重型迫击炮的便携性和机动性,是现代迫击炮发展的重要趋势。由于座钣直接承受迫击炮发射时的后坐阻力,座钣质量在全炮质量中占有很大比重,所以座钣轻量化设计是降低迫击炮质量的重要途径之一。

座钣轻量化研究主要体现在以下几个方面:①基于有限元法的结构优化设计[1],包括尺寸优化、形状优化和拓扑优化,根据优化结果确定座钣结构,进一步提升金属利用系数;②应用轻型材料,如复合材料和钛合金等[2];③组合式座钣研究,组合式座钣虽然无法降低座钣总质量,但是可以将座钣化整为零,以达到单独部件可背运的质量要求。

目前,复合材料在迫击炮座钣上的应用研究较少,但是在其他武器装备轻量化设计中,已经得到了广泛的应用。瑞典军方将轻质钛合金内衬与碳纤维树脂基复合材料外套组合应用在火炮身管上,实现减质25%[3]。俄罗斯将覆盖了芳纶纤维复合材料的均质钢作为面板和背板,将酚醛树脂复合材料作为中间层,制得了T-72主战坦克的轻型复合装甲。……