Компьютерное моделирование и структурно-параметрическая оптимизация ствола артиллерийского орудия с некольцевым поперечным сечением

Аннотация

Статье представлены результаты моделирования продольно-поперечных колебаний ствола артиллерийского орудия с некольцевым поперечным сечением при нагружении внутренним давлением и тепловым воздействием пороховых газов. Форма ствола учитывалась за счет моментов инерции поперечных сечений ствола и внутренних сил. Разработан алгоритм структурно-параметрической оптимизации геометрической формы ствола. В качестве управляемых переменных выбраны: внешние диаметры ствола, диаметры вырезов и расстояния от центра поперечного сечения до центра выреза в ключевых поперечных сечениях. Целевой функцией оптимизационной задачи выбрана амплитуда колебаний, полученная на основе математического моделирования процесса стрельбы очередью. Ограничениями задачи оптимизации являлись: масса и прочность ствола, связанная с толщиной стенки согласно теории наибольших деформаций. Разработан программный комплекс моделирования колебаний и оптимизации формы ствола. С помощью технологии OpenGL была реализована трехмерная визуализация выстрела. По результатам моделирования классического ствола определена амплитуда колебаний, которая составила 915,6 мкм. Показано, что разница амплитуд с учетом и без теплопроводности составляет менее 11 %, что является незначительным при оценке колебаний. Изменение формы ствола без оптимизации его геометрических размеров позволяет уменьшить амплитуду колебаний на 9,7 %. Оптимизация классического ствола позволила сократить амплитуду колебаний на 72,2 % с 915,6 до 254,4 мкм. Ребра жесткости 1-го типа сокращают амплитуду на 73,5 % до 242,1 мкм, 2-го типа - на 73,6 % до 241,6 мкм. Наибольший эффект достигается для ствола с 3 ребрами жесткости 2-го типа.