火炮时变力学

本书首先概要地介绍火炮时变力学研究的重要意义和国内外发展现状，然后分章节介绍火炮时变力学的基本理论与方法，包括移动载荷沿梁大位移运动系统的时变力学、火炮时变力学数值计算方法、炮身大位移运动系统时变模态分析、炮身模拟后坐系统二维时变力学、火炮发射过程炮身后坐系统三维时变力学等。本书可作为武器系统与工程、武器发射工程等兵器相关专业高年级学生的教科书或参考书，也可供兵器科学与技术等相关学科专业的研究生、教师及工程技术人员参考。

前言
第1 章 绪论 1
1.1 火炮时变力学研究的目的和意义 1
1.1.1 火炮发射过程的主要特征 1
1.1.2 火炮时变力学研究的重要意义 2
1.2 火炮时变力学的国内外研究现状 4
1.2.1 时变力学 5
1.2.2 火炮发射过程中的时变效应 8
1.2.3 主要研究趋势 9
1.3 火炮时变力学的主要研究内容 10
1.3.1 火炮时变力学建模理论与方法 10
1.3.2 火炮时变模态特性 10
1.3.3 火炮时变力学数值计算方法 11
1.3.4 火炮时变力学特征的实验测试技术 11
第2 章 移动载荷沿梁大位移运动系统的时变力学 12
2.1 移动载荷沿梁大位移运动系统的时变力学方程 12
2.1.1 移动力沿梁大位移运动系统的时变力学方程 12
2.1.2 移动质量沿梁大位移运动系统的时变力学方程 14
2.1.3 移动弹簧-质量沿梁大位移运动系统的时变力学方程 16
2.2 变截面梁有限元离散技术 18
2.2.1 按直线规律变化的变截面梁 19
2.2.2 按抛物线规律变化的变截面梁 21
2.3 移动载荷沿梁大位移运动系统的时变力学特征规律 22
2.3.1 移动载荷沿简支梁大位移运动系统的时变力学数值模拟 23
2.3.2 移动质量沿悬臂梁大位移运动系统的时变力学响应规律 24
2.4 移动质量沿梁大位移运动时变力学实验系统及实验测试研究 28
2.4.1 实验系统总体方案设计 28
2.4.2 实验系统关键部件设计及分析 29
2.4.3 测试系统方案设计 34
2.4.4 移动质量滑板与悬臂梁滑轨之间的时变间隙实验测试 37
2.4.5 移动质量沿悬臂梁大位移运动的时变特征实验测试 42
第3 章 火炮时变力学数值计算方法 44
3.1 不协调时间有限元数值计算方法 44
3.1.1 位移和速度的插值逼近算法 44
3.1.2 不协调时间有限元算法的精度和稳定性 57
3.1.3 数值算例 60
3.2 高精度时间有限元离散方法 69
3.2.1 时间单元离散方法 70
3.2.2 算法的稳定性分析 71
3.2.3 算法的精度分析 78
3.2.4 数值振荡的抑制方法 81
3.2.5 数值算例 83
3.3 时空有限元数值计算方法 85
3.3.1 Euler-Bernoulli 梁的时空域离散 85
3.3.2 移动质量作用下Euler-Bernoulli 梁的离散 89
3.3.3 移动质量作用下梁的振动数值分析 91
3.4 显式与隐式交叉的直接积分方法 93
3.4.1 隐式不协调时间伽辽金有限元方程 93
3.4.2 显式预报-校正方法 95
3.4.3 精度和稳定性分析 97
3.4.4 数值算例 100
3.5 时变力学并行算法实现 102
3.5.1 并行算法 102
3.5.2 网络集群环境 104
3.5.3 并行计算算例及效率分析 104
第4 章 炮身大位移运动系统时变模态分析 109
4.1 动力刚度矩阵法 109
4.1.1 动力刚度矩阵 109
4.1.2 Wittrick-Williams 算法 111
4.1.3 动力刚度矩阵法与有限元法的对比 113
4.2 移动质量作用下弯曲梁的时变固有频率分析 115
4.2.1 Euler-Bernoulli 梁动力刚度矩阵 115
4.2.2 移动载荷引起的附加动力刚度矩阵 118
4.2.3 移动载荷沿梁运动的模态特性 118
4.3 移动质量与悬臂梁间隙对固有频率特性的影响分析 122
4.3.1 时变间隙模型 122
4.3.2 固有频率数值计算及分析 126
4.3.3 实验测试及结果分析 130
4.4 轴向变速运动弯曲梁的固有频率分析 135
4.4.1 轴向变速运动弯曲梁的控制微分方程 136
4.4.2 轴向变速运动弯曲梁的动力刚度矩阵 138
4.4.3 有限元方程 141
4.4.4 固有频率数值计算 142
4.5 炮身边界条件辨识 146
4.5.1 基于谱元法的炮身边界条件辨识模型 147
4.5.2 炮身边界条件辨识的实验测试 149
4.6 炮身大位移后坐系统的时变固有频率分析 150
4.6.1 炮身大位移后坐的动力刚度矩阵 151
4.6.2 时变固有频率分析 151
第5 章 炮身模拟后坐系统二维时变力学 156
5.1 移动刚体沿支撑梁大位移后坐系统的时变力学模型 156
5.1.1 移动刚体沿支撑梁运动系统的控制微分方程 157
5.1.2 移动刚体引起的附加系数矩阵 159
5.2 移动梁沿支撑梁大位移运动的时变力学模型 161
5.2.1 轴向变速运动弯曲梁的移动梁单元 161
5.2.2 移动梁作用下支撑梁的时变力学模型 163
5.3 半密闭爆发器模拟载荷建模 165
5.3.1 半密闭爆发器结构分析 165
5.3.2 模拟后坐时的载荷建模 165
5.4 数值计算及分析 169
5.4.1 标准算例及对比分析 169
5.4.2 某火炮炮身模拟后坐系统时变力学数值计算及分析 170
5.5 炮身模拟后坐实验系统及实验测试 173
5.5.1 总体方案设计 173
5.5.2 测试系统方案设计 175
5.5.3 密闭爆发器装药方案设计 175
5.5.4 炮身模拟后坐系统模态特性实验研究 177
5.5.5 炮身模拟后坐系统时变特征实验研究 182
第6 章 火炮发射过程炮身后坐系统三维时变力学 188
6.1 火炮发射过程炮身后坐系统时变力学建模理论 188
6.1.1 摇架三维结构的有限元方程 188
6.1.2 炮身三维结构的有限元方程 191
6.1.3 炮身与摇架耦合运动引起的附加系数矩阵 193
6.1.4 发射载荷作用下炮身大位移后坐时变力学建模 196
6.1.5 炮身后坐三维时变力学数值算法及实现 197
6.1.6 数值计算及结果分析 203
6.2 火炮发射过程炮身大位移后坐时变力学试验测试 204
6.2.1 炮身在不同后坐位置的模态特性测试 204
6.2.2 火炮运动的高速摄影测试原理与测试误差分析 206
6.2.3 火炮发射过程炮身后坐的时变特征试验测试及分析 211
参考文献 213