结构轻量化文献综述和参考文献(2)
有限元法从发挥的作用看，从工程结构和机械结构的分析和校核扩展到产品优化设计、机理分析等综合性应用；从用于产品的设计到模拟工艺过程；已全面渗透到科研和生产的广泛领域，包括：机械、电子、通信、航空航天、汽车、土木等几乎所有常规工程部门，以及地质力学、医学、家电、农业、食品工业……；源于有限元技术的CAE行业，已经成为富有生命力的高新技术产业，涉及到工程软件、工程咨询、培训等领域。
迫击炮炮身的主要作用是承受火药气体压力，引导弹丸运动，并赋予弹丸一定的初速。由于身管的工作环境是高温高压，所以要求身管要有很好的耐高温性、刚度、强度等。并且这些都是动态的且瞬间完成，研究时对于数据的捕捉、分析提出了巨大的挑战。随着技术的发展，有限元软件在大型计算机上的应用，使得能够分析大型结构系统（火炮身管）的动态问题。
2 轻量化的发展
结构轻量化是汽车、飞机和火箭等运输工具节约燃料、减少污染物排放和提高机动性能的主要手段之一。
结构轻量化有两条基本途径：一是材料途径，采用铝合金、镁合金、钛合金和复合材料等轻质材料；二是结构途径，采用空心变截面、变厚度、空间曲面、薄壁高筋、整体等轻体结构。根据统计，在航空航天行业，对于一定的减重目标，采用轻质材料减重的贡献大约为2/3，结构减重的贡献大约为1\3。而在汽车行业，由于成本的原因，主要采用高强度钢及合理的轻体结构减重。由此可以看出轻量化的主要入手方面是轻质材料。
轻量化材料是指那些能使装备，特别是武器及航空航天装备减轻重量的材料体系。这种重量的减轻主要是以结构钢为基准，在同等体积上，可大幅度地消除装备的无效载荷，从而提高装备的机动性、灵活性。其中主要包括可作为结构材料的轻金属、结构陶瓷、树脂基复合材料、工程塑料与结构泡沫塑料等。
复合材料是以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料。各种材料在性能上互相取长补短，使得复合材料既能保留原组分材料的主要特点，又能通过复合效应获得原组分所不具备的性能。这样，通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，产生协同效应，从而获得新的优越性能，与一般材料的简单混合有着本质的区别。
与传统材料相比，复合材料在性能上有以下优点：（1）比强度、比模量大。（2）耐疲劳性能好。特别适合制造在长期交变载荷条件下工作的构件，具有较长的使用寿命和较大的破损安全性。（3）阻尼减震性好。（4）破损安全性高。近代复合材料的发展始于20世纪40年代，于50年代开始得到迅速发展。我国从1958年开始，50多年来虽然也发展迅速，但应用方面与国外差距甚远。近代复合材料最先在飞机、人造地球卫星上得到应用。进入20世纪90年代，复合材料被广泛应用于国民经济建设中。
复合材料的使用使得武器装备的性能有了明显的改善。坦克使用了由装甲钢、陶瓷或陶瓷基复合材料构成的复合装甲，大幅度提高了防护能力。大口径火炮用复合材料代替钢构件，显著减轻了质量，提高了机动性，例如，122mm加农炮，原尾臂装配质量为1115kg，使用玻璃纤文复合材料后，只有445kg，质量比原来减轻了55%；步兵用迫击炮原来钢制底盘质量为41kg，改用复合材料后只有28kg，一个战士可以背在背上机动。
在可以预见的未来，纳米技术的兴起将会使复合材料的性能进一步改观, 一些传统看来不可能的电器元件将应用于武器系统, 比如纳米电源的诞生就使电源的质量减少到原电源质量的1/10。
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