基于壳体电容的高压传感器仿真和实验技术研究

论文摘要

本文针对应用于火炮膛压测试的基于壳体电容的高压传感器，主要从测压器仿真与实验技术研究两大部分进行展开。文章以ANSYS仿真与理论计算相结合的方式，在对测压器相关国外研究现状及仿真技术在工程中应用了解的基础上，从基本原理可行性出发对基于壳体电容式高压传感器可行性进行了论证。以确定测压系统结构为起点、圆筒结构理论为依托，分别研究确定了测压器结构尺寸参数并验证了结构设计的合理性。为了得到壳体电容相关参量，为测试电路设计提供依据与支持，对壳体电容器电容及电压变化范围进行了计算，分析了壳体电容器的电场分布，对影响壳体电容器参量的各因素进行了研究，为结构加工、装配精度控制提供了参考。因测压器所处环境的复杂性及其所受载荷冲击幅值较大，对测试过程中有可能叠加到测试结果的非测量参量进行了尝试性探讨。其中以热分析过程中载荷参量计算为核心，得到了高温载荷作用下壳体的动态响应；分析了测压系统的模态，得到了系统的固有频率与振型。最后，为了得到测压器的静动态特性，对测压器静动态标定所需实验设备进行了研究，论述了并证明油压标定机应用于测压器静态标定的合理性，并以仿真结果为依据分析计算得到了测压器的部分静态响应特性；对模拟膛压发生器在动态标定过程中的优缺点进行了分析，提出了研究应用于基于壳体电容测压器的模拟膛压发生器的必要性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景、目的和意义
• 1.2 国内外火炮膛压测试研究现状
• 1.3 ANSYS 有限元分析在工程中的应用
• 1.4 本课题完成的工作及研究内容
• 2 测压器结构理论分析
• 2.1 测压原理
• 2.2 基于壳体电容高压测压器的总体设计
• 2.2.1 总体机械结构概述
• 2.2.2 电路系统概述
• 2.3 壳体强度和变形理论研究
• 2.3.1 圆筒结构理论分析
• 2.3.2 动态载荷下薄壁/厚壁圆筒的界定
• 2.3.3 动态载荷厚壁圆筒理论的研究现状
• 2.4 测压器壳体设计
• 2.5 端盖结构参数的确定
• 2.5.1 密封设计
• 2.5.2 尺寸参数
• 3 测压器结构仿真与结果分析
• 3.1 壳体瞬态高压冲击响应
• 3.1.1 仿真前处理
• 3.1.2 仿真结果及分析
• 3.2 端盖结构及其仿真
• 4 电场分析
• 4.1 壳体电容器初始参数计算
• 4.2 峰值载荷作用下壳体电容响应估计
• 4.3 测压器电场仿真
• 4.3.1 静电场仿真
• 4.4 各影响因素分析
• 4.4.1 机加工的影响
• 4.4.2 安装误差
• 4.4.3 边缘效应
• 4.4.4 其他因素
• 5 非测量参量对测试精度的影响分析
• 5.1 非测试参量及其可能带来的影响
• 5.2 热冲击下壳体的动态响应探讨
• 5.2.1 基本传热方式及边解条件
• 5.2.2 受热物理过程分析
• 5.2.3 初始条件与边界条件的确定
• 5.2.3.1 温度历程计算
• 5.2.3.2 热膜系数的确定
• 5.2.4 仿真及结果分析
• 5.3 测压系统模态分析
• 5.3.1 模态仿真及结果分析
• 5.4 膛压信号频谱分析
• 6 实验技术研究
• 6.1 测压器静态标定技术研究
• 6.1.1 活塞压力计工作原理
• 6.1.2 测压器静态校准
• 6.1.3 测压器静态特性数值模拟
• 6.2 测压器应用环境下校准技术研究
• 6.2.1 常用动态校准压力发生装置
• 6.2.2 模拟膛压发生系统组成及工作原理
• 6.2.3 新型模拟膛压发生器展望
• 7 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 创新点
• 7.3 不足与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研工作
• 致谢