基于ABAQUS的身管涂层磨损行为研究

发布时间：2017-04-12 21:59

  本文关键词：基于ABAQUS的身管涂层磨损行为研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前,对自动武器射击精度的要求越来越高,弹丸在发射过程中,2000℃~3000℃的高温火药燃气对身管产生热冲击,而且作用时间极短,这样会在内膛表面附近产生瞬时的动态温差效应,使内膛表面产生非常大的热应力。连续发射时,连续脉冲式的高温热冲击会加剧身管的热累积使身管膨胀,大的热应力加上弹丸的摩擦会使内膛表面产生磨损,导致射击精度降低、身管寿命缩短。本文以89式12.7mm的重机枪为例,利用计算机模拟仿真技术,采用动态的显式求解器,利用ABAQUS有限元仿真软件对身管的磨损行为进行了研究。身管的摩擦磨损研究主要集中在:首先对传热学和摩擦磨损的模型进行基本理论分析。结合内弹道学理论和传热学对身管的热交换形式进行理论分析,并求解火药燃气的温度等身管热传递过程中所需的边界条件。其次对本文所使用到的物理量与量纲单位以及所用到的材料属性与参数进行收集归纳,建立本文所用的摩擦磨损模型。分别对模型的网格、材料本构关系、身管磨损特性进行分析,确定本文所用到的网格密度和网格类型以及材料的本构模型。第三模拟连发120发状态下身管的磨损特性,分析子弹射击速度、火药流体温度和火药压力对身管的温度场和应力场的影响,然后对身管的热力学特性进行详尽的分析。最后对子弹在膛内的高速运动进行受力分析,建立子弹与涂层摩擦生热的等效模型,运用显式动力的求解方法,对身管热力学特性进行分析,从而得到摩擦生热对身管涂层热力学特性的影响。子弹对身管涂层的摩擦磨损行为的研究,显示了身管涂层的磨损量和磨损状态的分布,以及子弹发射次数的增加对身管涂层摩擦磨损的影响。结果表明,身管磨损主要集中在枪口近端位置,随着子弹发射次数的增加累积磨损量相应增加而单次磨损量却有少量的减小,同时建立了发射多次子弹后总磨损量的计算公式。本研究对身管的摩擦磨损研究提供了一定的借鉴意义。
【关键词】：身管涂层 摩擦磨损 有限元法 计算机仿真
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ204;TG174.4
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题背景和研究意义9-12
• 1.2 身管研究的国内外现状12-13
• 1.3 本文研究的主要内容13-14
• 1.4 ABAQUS可以求解的摩擦磨损模型14
• 1.5 本文的基本框架14-15
• 第二章 有限元和相关软件介绍15-28
• 2.1 有限元法简介15-17
• 2.1.1 有限元法的基本思想15-16
• 2.1.2 有限元法求解问题的基本步骤16-17
• 2.2 本课题所使用的有限元和几何建模软件介绍17-26
• 2.2.1 ABAQUS的简介17-23
• 2.2.2 Hypermesh的简介23-25
• 2.2.3 CATIA建模软件的简介25-26
• 2.3 Python在ABAQUS中的应用26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 身管磨损理论分析和身管磨损仿真模型建立28-48
• 3.1 身管磨损理论分析28-32
• 3.2 身管仿真模型的建立32-47
• 3.2.1 磨损几何模型的建立32-37
• 3.2.2 分析步的创建37-39
• 3.2.3 材料属性39-41
• 3.2.4 相互接触、边界条件和载荷的设置41-44
• 3.2.5 网格的划分和网格有效性的检验44-47
• 3.3 本章小结47-48
• 第四章 实验方案与结果分析48-53
• 4.1 实验方案48
• 4.2 摩擦应力分布48-49
• 4.3 沿身管轴向的温度分布49-50
• 4.4 摩擦磨损50-51
• 4.5 子弹发射次数与磨损量的关系51-52
• 4.6 本章小结52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-59
• 致谢59-60
• 附录 攻读学位期间所发表的学术论文目录60

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本文编号：302116