厚壁筒结构的可靠性计算与分析(2)
1.2机械可靠性简述
现阶段，机械可靠性设计是以故障物理学的研究为基础[3]，并结合可靠性实验和故障数据的统计分析，提供用于实际计算的数学力学模型和方法及实践。这样就可以在机械产品的设计研制阶段，评估和评测产品在未来规定使用条件下的工作能力和状态以及寿命，保证达到产品使用时所需的可靠性。现阶段对于可靠性有一个普遍接受的定义，可靠性是指产品在规定的时间内和规定的条件下，完成规定功能的能力[4]。
机械的可靠性按分类一般可包括固有可靠性以及使用可靠性[5]。固有可靠性也指设计可靠性主要包括结构的一些固有属性，比如强度，弹性，硬度等等。使用可靠性是指产品在工作过程中由直观观察和评估所表现的可靠性，影响使用可靠性的因素除了固有可靠性外，还要考虑零件的安装条件，实际使用操作以及后勤文修保养方面的因素[6]。
1.3机械可靠性设计
因为大部分机械产品的失效机理随着各种因素的变化而变化，而且又缺乏其失效过程的统计数据，这样就变得很难预测机械产品的可靠性 [7]。另外由于一些机械可靠性模型难于建立，很多依赖于系统可靠性预测的方法也很难运用于机械产品的可靠性预估中去[8]。
机械可靠性设计应采用传统设计与可靠性设计相结合的设计方法[9]，传统的安全系数设计法有着简单直观，便于掌握和设计工作量少的优点，在多数情况下已经可以满足机械可靠性的要求[10]。现阶段被广泛采用的比较实际的方法是先按照传统设计的方法确定机械零件的结构材料和尺寸等，然后建立相应的可靠性模型进行定量计算，若不满足可靠性指标，则返回修改零件材料以及结构尺寸，再进行可靠性计算和校核，直到满足规定的要求为止。
1.4毕业设计的研究内容
本研究的主要目标是熟练运用ANSYS有限元分析软件，采用有限元建模分析和随机概率分析相结合的分析方法，对厚壁筒（身管）零件进行结构可靠性分析。本文的研究对象是简化后的厚壁筒（身管）零件，综合考虑结构尺寸和材料，建立结构参数和材料参数在随机因素影响下的有限元模型，然后只对模型进行静强度的可靠性分析分析，为后续身管结构优化提供基础依据。
本毕业设计的主要工作可归纳如下：
查阅相关理论书籍和资料，仔细了解厚壁筒零件及身管的工作方式和特点；
分析厚壁筒（身管）零件的结构和受力特点，简化身管模型，在ANSYS软件中运用自下而上的建模方式建立有限元模型并运用扫略方式划分网格，在施加边界条件和压力载荷曲线后进行静力学分析求解，然后进入后处理阶段，提取第四强度理论下的应力云图校核身管强度；
运用静强度分析建立的有限元模型，修改分析类型为身管模态分析，采用Block Lanczos法求解分析结果，得到身管一阶模态下的固有频率图；
定义身管的各个尺寸变量以及所求的应力参数服从正态分布，建立身管的参数化分析模型，确定功能函数后运用ANSYS软件中的蒙特卡洛方法对身管模型进行模拟仿真，分别得到各个输入参数对可靠性的敏感程度，最后分析得出结论。
2.身管设计基本原理
2.1身管的结构模型
身管是组成炮身的三大主要零件之一[11]。身管工作时，身管内壁受到火药燃烧产生的高压气体作用，起到导引弹丸的作用。
身管结构由膛内结构和外部结构两部分组成，图2.1为厚壁筒零件（身管）的简化模型示意图，图中标注了身管主要部分的结构尺寸。