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武器击发机构典型失效机理灵敏度分析

2014-08-16曾东明何永蔺月敬陶齐冈

机械制造与自动化 2014年3期
关键词:摩擦系数灵敏度机构

曾东明,何永,蔺月敬,陶齐冈

(南京理工大学 机械工程学院,江苏 南京 210094)

0 灵敏度分析的意义

近年来,随着科学技术的飞速发展,对零部件进行灵敏度分析越来越受到广大研究人员的关注,在科学和工程实际中灵敏度分析显得愈发重要。对零部件进行灵敏度分析,可以确定设计参数对零部件工作的影响,也可以充分反映各设计参数对零部件失效的影响程度,也就是所说的敏感性。因此灵敏度分析在设计和修改、优化设计、产品维护等方面都起着非常重要的作用。

武器击发机构失效影响和多种因素相关,因此关于击发机构典型失效机理灵敏度的研究具有重要意义。事实上,若某个因素对击发机构失效有较大的影响,则在设计制造过程中就要对其严加控制,使其变化较小以保证击发机构足够的安全可靠;反之,如果某个因素的变异性对击发机构工作的影响不显著,则在进行设计时,就可以把它当作确定量值处理以减少随机变量的数目[1,2]。灵敏度分析的方法是一种可以获得零部件灵敏度的数值方法,在基本随机变量的概率特性已知的情况下,使用这种方法可以迅速准确地得到零部件的灵敏度设计信息,提高工作效率。

1 基于iSIGHT-FD的击发机构灵敏度分析

选用iSIGHT-FD多学科设计优化集成平台来完成击发机构典型失效机理的灵敏度分析工作。iSIGHT-FD软件是一个集自动化分析计算和工业优化设计于一体的多学科优化软件[3]。它可以集成仿真代码并提供文件解析(参数变量修改和结果目标值提取)、过程集成、自动优化等智能支持,也可以方便的通过各个软件的脚本将CAD建模、CAE加载、求解、分析等过程集成并完成集成过程的有序自动化,同时内部提供多种优化算法以得到最佳方案。

1.1 击发机构典型失效机理灵敏度分析仿真效果图

在iSIGHT-FD软件与ADAMS软件联合仿真中,iSIGHT-FD软件提供优化算法,ADAMS软件提供击发机构模型以及各种仿真设置,对击发机构典型失效机理的灵敏度进行仿真分析。这里主要用到iSIGHT-FD软件的simcode模块(执行操作系统命令)和DOE模块(试验设计)。iSIGHT-FD模块集成效果图如图1。

图1 iSIGHT-FD模块集成效果图

1.2 试验设计(DOE)方法

iSIGHT-FD软件提供了多种试验设计方法来研究系统参数对目标函数的灵敏度影响,主要有全因子法、参数试验法、数据文件法、正交数组法、中心复合法、拉丁方法、优化拉丁方法。本节用拉丁方法和正交数组这两种试验方法来对击发机构的典型失效机理进行灵敏度分析。

1.3 灵敏度分析参数的设定

击发机构分析的是击发机构的失效问题,也就是击发机构的击发成功率。只要拨动子驻栓能够释放拨动子,击锤正常撞击击针,如果击针不出现问题,则击发机构就能够正常击发。因此在这里就等于分析击发机构中击锤的位移是否满足击发机构击发的条件,故在本仿真分析中的输出文件就是通过ADAMS软件输出的击发机构击锤位移的文本文件。在本节主要分析的是击发机构典型失效机理,即摩擦力对击发机构击锤失效的影响,因此选取如下参数作为试验设计的参数:拨动子驻栓和炮闩之间的摩擦系数(模型中BDZZSHPSMC表示),拨动子和拨动子之间摩擦系数(BDZHBDZZSMC),发射器杠杆和发射器压杆之间的摩擦系数(FSQGGHYGMC),发射器杠杆自身转动摩擦系数(FSQGGMC),发射器推杆和发射器杠杆之间的摩擦系数(TGHFSQGGMC),推杆和发射器支架之间的摩擦系数(TGMC),碰撞转杆和发射器推杆摩擦系数(PZZGHTGMC),碰撞转杆自身转动摩擦系数(PZZGMC),碰撞转杆和底座转杆摩擦系数(DZZGHPZZGMC),电磁连杆自身转动摩擦系数(NGMC)。

由于在实验中测得钢与钢之间的静摩擦系数:无润滑时为0.15,有润滑时0.1-0.15;动摩擦系数:无润滑时为0.15,有润滑时为0.05-0.1。所以各分析参数变量范围如表1所示,试验设计时采用iSIGHT-FD集成ADAMS击发机构多刚体动力学模型。分析参数变量对击发机构击锤位移的影响程度,采用拉丁方法试验设计共进行128次试验计算;采用正交数组试验方法时,每个因子选取4个水平,最低水平取设计空间下限值,最高水平取空间上限值,中间水平取0.05和0.1。

表1 分析变量取值范围表

1.4 仿真结果及分析

在iSIGHT-FD软件的分析结果中,通过Pareto图可以清晰明了查看单个分析变量和分析变量之间相互作用对目标函数的影响程度。Pareto图按照对响应参数影响程度的大小(以占总影响的百分数比值表示贡献率大小,所有因子的影响程度和为100%),按照高到低的顺序排列出所有分析变量及分析变量间的相互作用。图2为采用拉丁方法试验时单个分析变量及其组合对击发机构典型失效因素的影响,图3为采用正交数组试验方法时单个分析变量及其组合对击发机构典型失效因素的影响。

由图2可以看出,在拉丁方试验方法中,排名第一位的是拨动子驻栓与炮闩之间的摩擦,占8.6%;第二位的是拨动子驻栓与拨动子之间的摩擦,占8.1%;第三位的是拨动子驻栓与拨动子之间的摩擦和拨动子驻栓与炮闩之间的摩擦交互影响的结果,其比值为8%。

图2 拉丁方试验方法击发机构典型失效因素影响图

由图3可知,在正交数组试验方法中,排名第一位的是拨动子驻栓与拨动子之间的摩擦和拨动子驻栓与炮闩之间的摩擦交互影响的结果,占7.4%;第二位的是拨动子驻栓与拨动子之间的摩擦,占7.3%;第三位的拨动子驻栓与炮闩之间的摩擦,占6.1%。

图3 正交数组试验法击发机构典型失效因素影响图

根据在iSIGHT-FD软件中分析的结果,经综合分析可知,从摩擦力的角度来看,影响击发机构击发成功率最主要的因素是拨动子驻栓与拨动子驻栓之间的摩擦和拨动子驻栓和炮闩之间的摩擦,并且也符合实际情况,所以要想提高击发成功率,降低击发机构的失效,应着重减小这两个地方的摩擦。

2 结语

基于iSIGHT-FD多学科优化软件,分别运用拉丁方法和正交数组的试验设计方法对摩擦力引起的击发发机构失效情况进行了分析。首先建立了击发机构典型失效机理灵敏度分析仿真效果图,然后进行了灵敏度分析参数的设定,最后利用ADAMS软件和iSIGHT-FD软件进行联合仿真,仿真结果符合实际情况。从仿真结果可以看出,运用iSIGHT-FD软件进行灵敏度分析是一种比较实用的分析方法。

[1] 张义民.机械零件的可靠性分析的参数灵敏度分析[J].机械强度, 2003, 25(6):657-660.

[2] 张义民, 刘巧伶, 闻邦椿.汽车零部件可靠性灵敏度计算和分析[J].中国机械工程,2005,16(11):10-26.

[3] 洪鹃, 孙成通.基于iSIGHT的多学科设计优化技术研究[J].临沂师范学院学报.2009,31(3):62-65.

[4] 李云雁, 胡传荣.试验设计与数据处理[M].北京:化学工业出版社, 2005.

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