热—机械载荷耦合作用下复合材料身管损伤研究

发布时间：2020-07-27 22:40

【摘要】：复合材料应用于火炮的关键受力部件——身管,不仅可以减轻身管重量,而且可以提高身管的刚度和强度。火炮发射时,高温高压的火药燃气导致身管内壁烧蚀磨损严重,同时身管还承受弹带的导转作用以及反后坐装置的轴向拉伸作用。在这种复杂的工况下,身管内壁极易产生微裂纹,在后续载荷作用下裂纹逐渐扩展、演化。为了研究复合材料身管在热-机械载荷下的损伤与破坏问题,首先建立了复合材料身管各向异性有限元模型,研究材料非线性对身管热传导和温度分布的影响以及不同载荷作用下复合材料身管的受力分析,然后对复合材料身管的损伤模式及其影响因素进行了分析计算,最后采用扩展有限元法研究复合材料身管裂纹扩展与演化规律。研究的主要内容与结论如下：(1)热-机械载荷耦合机理研究。数值模拟结果表明：由于材料热学特性的差异,温度会在金属与复合材料的交界面处聚集；在热载荷冲击作用下,身管内壁温度急剧变化并且产生较大的热应力；通过提高复合材料的导热性能,可以改善热传导与温度分布。(2)热-机械载荷作用下复合材料身管损伤模式研究。通过对计算结果分析后得：高温易造成身管内壁烧蚀,高压会使身管内壁膨胀变形且易导致复合材料层基体撕裂；在保持总体身管壁厚不变的情况下,金属层越厚,身管内壁峰值温度越低,身管烧蚀寿命越高。(3)热-机械载荷作用下复合材料身管裂纹产生、扩展及演化规律研究。研究发现：不同载荷加载时,压力载荷对裂纹的扩展起主要作用；虽然给裂纹定义不同的初始开裂角度,但是裂纹的后续扩展路径主要受应力状态的影响。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ303

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本文编号：2772485