枪管寿命技术研究

发布时间：2020-10-11 02:07

　　 枪管是自动武器的主要构件,其作用是使自动武器在射击过程中让弹丸具有相对稳定的内外弹道,使弹丸高速向前并作旋转运动,在枪口获得一定的初速和保证飞行稳定性的转速,它是决定弹丸初速、转速、射角和射向的关键零部件。枪管寿命是指自动武器在丧失其要求的战术性能以前所发射的枪弹总数,是自动武器的主要性能之一。连续射击过程中,枪管内膛不断受高温、高压、高速火药气体的作用以及弹头导转侧的挤压等综合机械作用,造成膛线不断烧蚀和磨损。随着射弹数量的增加,烧蚀与磨损也在逐渐加剧,内膛逐渐受到破坏,发射出去的弹丸的弹道性能也随之破坏。一般表现为初速降低、射击精度和弹丸飞行稳定性变差,椭圆孔率变大等。烧蚀磨损是决定身管寿命的关键因素之一。改善内膛和弹丸结构,合理选择火药种类、装药,是减少内膛烧蚀的重要措施。文中指出了加入缓蚀剂、通过内膛表面处理以及采用复合材料身管都能有效提高身管的寿命。机枪枪管烧蚀机理、寿命趋势和寿命预测一直是国内外关注和研究的重要课题,因此对大口径机枪枪管寿命研究具有重要意义。本文的主要研究内容如下：(1)本文建立了枪管瞬态传热模型,运用显式的有限差分法对枪管的热传导和热应力顺序耦合进行了研究,给出了枪管热应力的相关结果；(2)本文建立了六条圆弧形膛线枪管、矩形膛线枪管和锯齿形膛线枪管有限元模型,采用显式积分方式求解了三种工况下弹丸挤进的动力学响应,并给出了弹丸在不同内膛结构下的损伤情况和挤进压力结果；根据试验结果与仿真结果对比发现,结果具有很高的一致性。(3)基于XFEM有限元扩展法,给出了膛线枪管镀铬层裂纹扩展的模拟,预测了裂纹下一步扩展方向和角度。通过与试验测试结果对比,仿真结果具有足够的精度,为裂纹扩展研究提供了方法和手段。(4)分析了枪管疲劳寿命计算方法,采用FE-safe软件分析了膛线枪管的疲劳寿命,给出了枪管寿命等值云图和载荷安全系数。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TJ203.1
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究的意义和背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国内外同类型轻武器寿命对比
        1.2.2 国内外基础理论研究状况对比
        1.2.3 国内外加工工艺方面的状况对比
        1.2.4 枪管内膛表面处理技术的状况对比
    1.3 本文工作内容
2 枪管瞬态热传导分析
    2.1 枪管不稳定传热理论建模
    2.2 枪管一维热传导理论模型
        2.2.1 枪管传热物理微分方程
        2.2.2 枪管热传导边界条件和初始条件的确定
    2.3 枪管传热的有限差分法求解
        2.3.1 枪管断面的离散化
        2.3.2 断面内节点i的差分方程
        2.3.3 断面处边界节点差分方程的建立
        2.3.4 稳定性条件的确定
    2.4 发射时枪管的应力分析
        2.4.1 枪管应力求解边界条件
        2.4.2 不考虑热效应枪管强度仿真
        2.4.3 考虑热效应枪管强度仿真
        2.4.4 不考虑热效应枪管变形仿真
        2.4.5 考虑热效应枪管变形仿真
    2.5 本章小结
3 枪管烧蚀、磨损机理分析
    3.1 烧蚀磨损主要因素
        3.1.1 热因素
        3.1.2 化学因素
        3.1.3 机械因素
    3.2 熔化烧蚀模型建立
        3.2.1 熔化烧蚀模型的基本假设
        3.2.2 烧蚀准则
    3.3 枪管烧蚀磨损的计算方法
    3.4 本章小结
4 枪管内膛结构优选
    4.1 不同膛线的设计计算
        4.1.1 矩形膛线设计及计算
        4.1.2 锯齿形膛线设计及计算
        4.1.3 圆弧形膛线设计及计算
    4.2 挤进仿真计算
    4.3 挤进力实验装置简介
    4.4 不同截面形状枪管的弹丸静态挤进力实验
        4.4.1 不同截面形状枪管弹丸挤进力试验测试
        4.4.2 挤进力试验数据分析
        4.4.3 不同截面形状枪管径向应变试验测试与分析
    4.5 本章小结
5 枪管寿命及裂纹扩展分析
    5.1 枪管寿终评估标准
    5.2 枪管疲劳寿命估算
        5.2.1 线性疲劳累积损伤理论
        5.2.2 修正的线性疲劳累积损伤理论
        5.2.3 应力寿命估算
        5.2.4 应变寿命估算
        5.2.5 基于FE-safe求解枪管寿命数值计算
    5.3 基于扩展有限元法XFEM预测裂纹扩展
        5.3.1 裂纹问题的基本模型
        5.3.2 能量释放率理论
        5.3.3 裂纹尖端弹性应力场理论
        5.3.4 J积分理论
        5.3.5 基于ABAQUS预测裂纹扩展
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 展望
致谢
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本文编号：2835891