(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110093582.2 (22)申请日 2021.01.2 2 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 112784374 A (43)申请公布日 2021.05.11 (73)专利权人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市孝陵卫20 0号 (72)发明人 于存贵　张鑫　周成　魏甫全　 郭峰　贺世豪　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 汪清 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01)G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (56)对比文件 CN 102513 351 A,2012.0 6.27 CN 111695186 A,2020.09.2 2 审查员 王文聪 (54)发明名称 一种身管坡膛结构优化设计方法 (57)摘要 本发明提出了一种身管坡膛结构优化设计 方法， 涉及结构优化设计领域， 根据身管坡膛实 际结构， 在有限元软件中建立线膛身管弹炮耦合 有限元挤进模 型， 以弹丸挤进过程耗散功率最大 值综合评价指标最小为优化目标， 以坡膛锥度为 优化变量， 建立坡膛结构优化数学模型， 进行坡 膛结构的优化设计。 本发明原理清晰， 采用该方 法有效解决了身管坡膛结构 优化最优值问题， 为 身管坡膛结构设计提供了参 考。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 112784374 B 2022.10.21 CN 112784374 B 1.一种身管坡膛结构优化设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 在有限元 软件ABAQUS中建立弹炮耦合有限元挤进模型； 步骤2， 更改坡膛锥度， 建立 不同坡膛锥度的有限元挤进模型； 步骤3， 使用Fortran程序语言编写挤进过程摩擦子程序， 将摩擦子程序集成在有限元 软件ABAQUS中的Expl icit模块中； 步骤4， 分别对步骤2中的不同有限元模型进行数值仿真， 通过软件后处理模块提取出 不同坡膛锥度挤进过程各能量组分、 摩擦耗散功率与塑性变形功率数据； 步骤5， 提取出步骤4中摩擦耗散功率与塑性变形功率最大值， 建立耗散功率评价函数f (x)： 其中， PMf为摩擦耗散功率最大值优化目标， PMp为塑性变形功率最大值优化目标， PMf0为 初始坡膛锥度下摩 擦耗散功 率最大值， PMp0为初始坡膛锥度下变形功 率最大值， α和β 为对应 优化目标的权 重系数； 步骤6， 以耗散功率评价函数最小为优化目标， 以坡膛锥度取值为约束条件， 建立坡膛 优化数学模型， 采用优化 算法对优化目标进行寻优； 步骤7， 将优化得到的坡膛锥度进行 取整， 得到最优 坡膛结构。 2.根据权利要求1所述的一种 身管坡膛结构优化设计方法， 其特征在于， 所述挤进模型 包括身管与弹丸模型， 装配后的弹丸与身管之间接触属性采用罚函数法进行描述。 3.根据权利要求1所述的一种身管坡膛结构优化设计方法， 其特征在于， 步骤6采用优 化算法对优化目标进行寻优， 具体包括以下步骤： 6.1)设定优化设计 变量： 身管坡膛结构尺寸由坡膛锥度唯一确定， 以坡膛锥度x为优化变量； 6.2)建立约束条件： xmin≤x≤xmax 其中， xmin为坡膛锥度值下限， xmax为坡膛锥度值上限； 6.3)优化目标： 根据步骤6.1)、 6.2)和6.3)建立坡膛优化数 学模型： 采用优化 算法对优化目标进行寻优， 得到最优 坡膛锥度。 4.根据权利要求1所述的一种身管坡膛结构优化设计方法， 其特征在于， 步骤5中的耗 散功率评价 函数采用线性加权和归一 化方法建立。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 112784374 B 2一种身管坡膛结构优化 设计方法 技术领域 [0001]本发明属于身管 结构优化设计领域， 特别是一种身管坡膛结构优化设计方法。 背景技术 [0002]弹带挤进膛线过程是在高温、 高压火药气体的推动作用下， 与坡膛及膛线发生挤 压碰撞， 产生弹性变形， 继而发生塑性变形， 最后被膛线侵彻的一个复杂非线性的力学过 程。 弹带挤进膛线时期， 坡膛受到弹带巨大的冲击载荷， 极易产生磨损， 造成疲劳破坏， 坡膛 结构直接影响挤进过程的力学特性。 对于定装式炮弹挤进膛线过程， 坡膛锥度越 大， 弹带嵌 入膛线过程所经历的距离越短， 弹丸定位点变化越小， 弹道 性能越稳定。 但因弹带切入膛线 速度过快， 单位长度变形功大， 温升高， 会加剧坡膛的磨损， 小锥度坡膛结构情况则正好相 反。 火炮连发射击时， 高温火药燃气对内膛的交变作用使得身 管不能完全冷却， 相应的温度 分布会作为下一 发的初始环境温度， 多发射击后， 炮膛内的温度甚至接近炮钢的熔点温度， 在这种临界状态下， 微小的温度变化就会导致身管内膛部分位置的材料物相状态发生改 变。 由机械摩 擦和塑性变形产生的耗散能大多以热能散失， 且 单位时间产生的热量越多， 积 聚在内膛中的温度越不容易在短时间内耗散， 连续射击时， 坡膛处受到弹带摩擦和弹带自 身变形产生的交变热应力作用， 导致内膛更易产生疲劳破坏。 因此降低最大摩擦耗散功率 与最大塑性变形功率有利于提高身管寿命。 坡膛结构与身管寿命有很大关系， 合理的坡膛 结构对减小坡膛磨损、 提高身管寿命具有重要意 义。 [0003]目前火炮身管的坡膛结构主要依靠经验来进行设计确定， 缺乏行之有效的数学模 型和设计方法。 优化设计出合理的坡膛结构， 对改善身 管受力状况、 提高身管寿命具有重要 意义。 发明内容 [0004]本发明的目的在于提供一种身管坡膛 结构的优化设计方法， 以弹丸挤进过程耗散 功率综合评价指标最小为优化目标， 通过建立坡膛优化数学模 型， 实现坡膛结构优化设计， 为身管坡膛结构设计提供一定的参 考。 [0005]实现本发明目的 的技术解决方案为： [0006]一种身管坡膛结构优化设计方法， 包括以下步骤： [0007]步骤1， 在有限元 软件ABAQUS中建立弹炮耦合有限元挤进模型； [0008]步骤2， 更改坡膛锥度， 建立 不同坡膛锥度的有限元挤进模型； [0009]步骤3， 使用Fortran程序语言编写挤进过程摩擦子程序， 将摩擦子程序集成在有 限元软件ABAQUS中的Expl icit模块中； [0010]步骤4， 分别对步骤2中的不 同有限元模型进行数值仿真， 通过软件后处理模块提 取出不同坡膛锥度挤进过程各能量组分、 摩擦耗散功率与塑性变形功率数据； [0011]步骤5， 提取出步骤4中摩擦耗散功率与塑性变形功率最大值， 建立耗散功率评价 函数；说　明　书 1/6 页 3 CN 112784374 B 3