本书以某大口径自行火炮输弹系统为研究对象，以故障分析、多体系统动力学、机械系统动力学仿真、液压系统仿真、虚拟样机技术、可靠性强化试验以及结构参数优化等知识和技术为载体，开展了可靠性强化试验仿真及结构参数优化研究，较为系统地为广大读者呈现了一种集机电液一体化的典型复杂系统的分析和研究方法。

第1章 绪论
1.1 火炮自动装填技术
1.1.1 大口径火炮自动装填系统概况
1.1.2 国内自动装填技术研究概述
1.2 复杂系统虚拟样机仿真
1.2.1 多体系统动力学的发展
1.2.2 机械系统动力学仿真技术的发展
1.2.3 液压系统仿真技术的发展概述
1.3 可靠性强化试验
1.3.1 可靠性强化试验的概念
1.3.2 国内外研究与应用现状
1.4 故障分析技术研究综述
1.5 虚拟样机技术研究及应用现状
1.6 优化设计技术研究现状
第2章 输弹系统故障分析
2.1 输弹系统的组成及工作原理
2.1.1 协调器
2.1.2 防护舱
2.1.3 输弹机
2.2 输弹系统故障树的建立与定性分析
2.2.1 故障树的建立
2.2.2 故障树定性分析
2.3 模糊多属性决策基本模型及方法
2.3.1 模糊多属性决策的基本模型
2.3.2 模糊多属性决策方法研究
2.4 输弹系统故障模式危害度分析
2.4.1 决策过程分析
2.4.2 决策属性及其权重的确定
2.4.3 危害度决策分析
2.4.4 关重件的确定
2.5 本章小结
第3章 输弹系统仿真平台开发
3.1 复杂系统协同仿真
3.1.1 协同仿真方法
3.1.2 协同建模方案
3.1.3 协同求解方案
3.2 输弹系统三维实体建模
3.2.1 建模分析
3.2.2 Pr0／E软件简介
3.2.3 输弹系统模型建立
3.3 输弹系统多体动力学模型
3.3.1 ADAMS软件简介
3.3.2 虚拟样机参数分析
3.3.3 Pm／E模型和ADAMS模型转换
3.3.4 拓扑关系定义
3.3.5 小平衡机力模型
3.3.6 电磁失电制动器模型
3.3.7 往复推送式输弹链模型
3.3.8 碰撞模型
3.3.9 摩擦力模型
3.3.10 弹簧阻尼器力学模型
3.4 控制子系统建模
3.4.1 PID控制器建模
3.4.2 电枢控制式直流电机模型
3.4.3 传感器及行程开关模型
3.5 液压子系统建模
3.5.1 MSC.EASY5软件简介
3.5.2 机电液系统参数耦合关系
3.5.3 液压系统工作循环
3.5.4 油源电机动力学模型
3.5.5 降压启动盒模型
3.5.6 液压系统的建立
3.6 联合建模与验证
3.6.1 联合建模
3.6.2 VV&A
3.7 本章小结
第4章 输弹系统仿真分析
4.1 输弹系统多接触的实现
4.1.1 ADAMS中的接触碰撞模型
4.1.2 输弹系统多接触分析的实现
4.2 输弹系统仿真分析
4.2.1 协调过程仿真分析
4.2.2 输弹过程仿真分析
4.2.3 输药过程仿真分析
4.2.4 影响仿真精度的因素分析
4.3 本章小结
第5章 基于虚拟样机的故障仿真方法及应用研究
5.1 虚拟样机故障仿真的过程及功能
5.1.1 虚拟样机故障仿真的过程
5.1.2 虚拟样机故障仿真的功能
5.2 虚拟样机故障仿真关键支撑技术
5.2.1 虚拟样机技术
5.2.2 故障注入技术
5.2.3 VV&A方法
5.3 输弹系统故障模型建立
5.3.1 机械系统故障仿真模型
5.3.2 电控系统故障仿真模型
5.3.3 液压系统故障仿真模型
5.4 输弹系统故障仿真分析
5.4.1 弹性减弱故障仿真
5.4.2 典型磨损故障仿真
5.4.3 电控系统故障仿真
5.4.4 液压系统故障仿真
5.5 基于故障仿真诊断方法的探讨
5.6 本章小结
第6章 输弹系统强化试验方案设计
6.1 可靠性强化试验方案
6.1.1 强化试验方法
6.1.2 强化试验流程
6.1.3 强化试验方案
6.2 试验装置功能要求
6.3 试验装置组成及工作
6.3.1 基本组成
6.3.2 基本工作
6.4 本章小结
第7章 输弹系统可靠性强化试验仿真
7.1 强化试验仿真指导原则
7.2 疲劳强化试验机理研究
7.2.1 疲劳损伤特征机理
7.2.2 疲劳寿命预测方法
7.2.3 可强化性分析
7.2.4 强化系数推导
7.3 输弹系统关重件疲劳强化试验仿真
7.3.1 疲劳寿命仿真计算方法
7.3.2 应力分布的计算方法
7.3.3 外链板疲劳强化试验仿真
7.3.4 推壳机构挂钩强化试验仿真
7.4 磨损强化试验机理研究
7.4.1 磨损的特征和机理
7.4.2 可强化性分析
7.4.3 强化系数推导
7.5 外链板磨损强化试验仿真
7.5.1 强化应力的施加
7.5.2 强化试验仿真
7.5.3 仿真结果分析
7.6 本章小结
第8章 输弹系统结构参数优化研究
8.1 输弹系统结构参数优化方法
8.1.1 优化步骤
8.1.2 灵敏度分析
8.1.3 优化设计方法
8.2 优化参数选取和目标函数确定
8.2.1 优化参数的选取
8.2.2 目标函数的确定
8.3 基于正交设计法建立样本库
8.4 人工神经网络学习和训练
8.4.1 人工神经网络理论方法
8.4.2 映射关系求解
8.5 输弹系统优化
8.5.1 遗传算法
8.5.2 设计方

随着我军火炮口径越来
越大，严酷的战争条件使
得大口径火炮的爆发射速
和持续射速成为火炮的重
要战技指标。装填自动化
作为提高火炮射速指标的
重要途径，是大口径自行
火炮武器系统发展的关键
技术之一，也是世界各国
竞相研究和发展的重点。
可靠性直接反映了系统的
质量指标，关系到系统的
整个运转过程。
因此，加强输弹系统可
靠性和优化设计方面的研
究工作具有重要的现实意
义。我们在国内外相关研
究的基础上，结合自身的
研究与工作经验，编著了
本书。本书以某大口径自
行火炮输弹系统为研究对
象，以故障分析、多体系
统动力学、机械系统动力
学仿真、液压系统仿真、
虚拟样机技术、可靠性强
化试验以及结构参数优化
等知识和技术为载体，开
展了可靠性强化试验仿真
及结构参数优化研究，较
为系统地为广大读者呈现
了一种集机电液一体化的
典型复杂系统的分析和研
究方法。
全书共分为8章，其主
要内容和基本逻辑如下：
第1章，绪论。明确了研究
的背景及目的，介绍了自
动装填技术、虚拟样机仿
真技术、参数优化技术以
及可靠性强化试验技术的
研究进展。第2章，输弹系
统故障分析。为摸清输弹
系统常见的故障模式，开
展了输弹系统结构组成和
工作原理分析，建立了输
弹系统的故障树，并对故
障树进行了定性分析；运
用模糊多属性决策的方法
进行了输弹系统的故障模
式危害度决策分析，找出
了输弹系统的关重件，从
而明确了后续的研究重点
。第3章，输弹系统仿真平
台开发。以输弹系统为研
究对象，以建立能逼真反
映其动力学特性的虚拟样
机模型为目的，针对目前
机电液耦合仿真中存在的
问题，提出了适合于大型
复杂系统耦合仿真的协同
仿真方案，运用Pro/E建立
输弹系统三维实体模型，
然后转换到ADAMS下，在
分析输弹系统的拓扑关系
的基础上建立了多体系统
动力学模型；运用EASY5
建立输弹系统液压控制模
型，通过ADAMS/Controls
模块实现了动力学模型和
液压模型的联合建模，建
立起输弹系统的虚拟样机
模型，并从定性和定量两
个方面校核了虚拟样机的
可信度。通过仿真分析，
证实了所建立的虚拟样机
能够较好地解决机电液耦
合、多碰撞变拓扑等建模
难点，仿真结果较为真实
地反映了系统的状态，得
到了系统的动力学参数，
为开展为输弹系统故障规
律研究、可靠性强化试验
研究和参数优化研究奠定
了基础。第4章，输弹系统
仿真分析。以多体动力学
为基础，分析了多接触问
题，针对ADAMS软件处理
多接触碰撞不理想的情况
，运用ADAMS分段仿真法
，编写相应的仿真脚本，
解决了接触力突然消失的
问题，获取了多接触条件
下的碰撞力；基于联合仿
真获得了系统的动态响应
，得出了输弹系统的动态
特性和运动规律。第5章，
基于虚拟样机的故障仿真
方法及应用研究。针对基
于实物样机的故障研究的
诸多不足，提出了基于虚
拟样机的故障注入仿真方
法。概括了虚拟样机故障
仿真的框架和流程，提出
了基于虚拟样机的故障仿
真方法手段的三大关键支
撑技术，分析了故障注入
常用的五种方法。将虚拟
样机故障仿真方法应用于
某大口径自行火炮输弹系
统。对故障仿真的研究结
果进行了分析，发现此种
故障研究方法可行并且具
有很强的实用价值，为故
障分析、故障特征的快速
提取提供了新的方法。第6
章，输弹系统强化试验方
案设计。以输弹系统为研
究对象，重点从机械系统
可靠性强化试验理论与技
术方面进行探索，拟定了
输弹系统可靠性强化试验
方案；以试验方案为依据
，提出了输弹系统可靠性
强化试验装置的功能要求
，进行了试验总体方案设
计，对输弹系统可靠性强
化试验的具体开展提供了
有益参考。第7章，输弹系
统可靠性强化试验仿真。
基于输弹系统虚拟样机仿
真平台，围绕输弹机关重
件的疲劳失效和磨损失效
开展强化试验仿真。针对
可靠性强化试验的基本要
求和虚拟样机仿真的特点
，提出了强化试验仿真指
导原则；通过失效机理和
失效过程分析，分别建立
了疲劳及磨损强化系数计
算模型；针对典型的疲劳
和磨损失效关重件，开展
了可靠性强化试验仿真研
究，并对强化试验效果进
行了具体分析。结果表明
，针对于输弹系统的可靠
性强化试验方法和试验方
案合理、可行，为输弹系
统可靠性强化试验装置研
发以及输弹系统可靠性强
化试验的具体开展提供理
论和技术参考。第8章，输
弹系统结构参数优化研究
。通过输弹系统虚拟样机
仿真，结合相对灵敏度方
法，解决了结构参数不同
量纲无法比较其对输弹性
能指标影响显著性的问题
；针对仿真运算量大的问
题，运用正交方法设计了
仿真试验。通过仿真计算
，得到输弹性能指标值，
获得待优化设计参数与输
弹机性能指标样本对，并
运用人工神经网络方法进
行了学习和训练，研究了
结构参数与性能指标的非
线性映射关系；引入遗传
算法优化计算，获得了使
输弹系统工作性能最优的
结构参数。
本书按照“清晰简练阐述
科学原理、系统细致普及
知识信息、贴近实际结合