基于拓?fù)鋬?yōu)化的變徑炮塔拆裝臺(tái)架輕量化設(shè)計(jì)

邵 帥， 閆鵬程， 孫江生， 張連武

(1. 特種勤務(wù)研究所， 河北 石家莊 050000； 2. 陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)車輛與電氣工程系， 河北 石家莊 050003)

炮塔拆裝臺(tái)架是進(jìn)行自行火炮炮塔維修與保養(yǎng)的重要承載設(shè)備，主要用于支撐炮塔，實(shí)現(xiàn)其放置、傾斜以及身管后抽等目的。由于現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)更加注重野戰(zhàn)性和機(jī)動(dòng)性，因此實(shí)現(xiàn)炮塔拆裝臺(tái)架的輕量化設(shè)計(jì)，對(duì)滿足自行火炮炮塔的維修保障和提高部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力具有重要意義。

拓?fù)鋬?yōu)化方法是重要的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其根據(jù)一定約束、載荷以及目標(biāo)函數(shù)尋求材料的最優(yōu)分布，從而在滿足一定性能要求條件下實(shí)現(xiàn)輕量化，常用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初期的概念設(shè)計(jì)階段[1-2]。基于此，筆者采用變密度法對(duì)變徑炮塔拆裝臺(tái)架最易發(fā)生破壞的托盤進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，以期在滿足結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度的同時(shí)，最大程度地減輕臺(tái)架質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)拆裝臺(tái)架的輕量化。

1 基于變密度法的拓?fù)鋬?yōu)化理論

連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法主要有變密度法[3]、漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化法[4]和均勻化法[5]等。變密度法因其具有較高的計(jì)算精確度和效率而受到廣泛應(yīng)用，其基本思想是人為引入一種假想的密度可變材料，使其單元材料屬性與單元相對(duì)密度之間呈指數(shù)變化[6]。

本文采用各向同性懲罰材料密度模型(Solid Isotropic Material with Penalization,SIMP)，對(duì)模型中各單元的相對(duì)密度在0～1之間連續(xù)取值，其中相對(duì)密度值越接近“1”,表示該單元處材料越重要、需要保留，越接近“0”，表示該單元處材料越不重要、可以去除，從而提高結(jié)構(gòu)的材料利用效率，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)[7-8]。……