火炮身管的加速寿命试验研究与分析

发布时间：2020-10-13 02:12

　　 身管寿命试验是火炮定型试验必须考核的重要内容。为解决身管寿命试验时间长、弹药消耗量大以及费用较高问题,要对现行的寿命试验方法加以改进。本文结合身管的疲劳寿命和烧蚀磨损寿命的基本理论和目前采用的试验方法,综合利用加速寿命试验方法与理论,运用有关动力学和数值仿真软件,对身管的疲劳寿命和烧蚀寿命进行了加速寿命试验设计,并对数值仿真结果进行了评价分析。对加速寿命试验的基本理论做了系统研究,主要包括加速寿命试验的加载方式、基本假设、加速模型的研究与适用范围以及加速模型的参数估计方法。对身管的疲劳失效机理进行深入分析,结合Paris裂纹扩展速率理论,建立了身管疲劳寿命与身管内壁最大切向应力之间的数学模型；利用动力学仿真软件ABAQUS,建立身管危险截面的有限元模型,以膛压作为加速应力,分析了不同加速应力对身管内壁最大切向应力的力学影响；结合身管疲劳寿命的数学模型,考虑身管材料参数随机性的分布,提出了基于Monte-Carlo仿真的身管疲劳寿命加速试验的设计方法,得到身管疲劳寿命的分布规律,并建立了身管疲劳加速寿命试验逆幂律加速模型,运用最小二乘法对加速模型进行参数估计,并利用加速模型预测结果与正常应力水平下试验结果进行比较,表明建立的加速模型的正确有效性和试验方案的可行性。对身管烧蚀磨损进行了系统分析,建立烧蚀量与身管内壁温度峰值之间关系,进而建立连发时烧蚀磨损寿命与峰值温度之间关系；以环境温度作为加速应力,运用ANSYS中PDS可靠性分析模块,对身管的烧蚀磨损寿命进行了加速试验设计；利用随机有限元方法,将身管的材料参数化并作为随机输入变量,以身管内壁最大壁温作为随机输出变量；结合烧蚀磨损寿命预测模型和Monte-Carlo模拟试验方法对不同加速应力下身管烧蚀磨损寿命进行可靠性分析,建立身管烧蚀磨损寿命加速试验的Arrhenius加速模型,并对加速模型预测的误差进行了分析。本文建立的身管疲劳和烧蚀磨损的加速寿命试验的设计方法,可为身管加速寿命试验研究提供了一定的参考依据。
【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】：TJ303.1
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究加速试验的背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 加速寿命试验研究现状
        1.2.2 身管疲劳寿命试验研究现状
        1.2.3 身管烧蚀磨损寿命试验研究现状
    1.3 本文主要研究内容及方法
2 加速寿命试验的方法及理论
    2.1 加速试验基本类型
    2.2 加速试验的基本假定
    2.3 加速模型研究
    2.4 加速因子研究
    2.5 加速模型的参数估计方法
    2.6 本章小结
3 火炮身管疲劳寿命的加速试验研究与分析
    3.1 身管疲劳试验概述
        3.1.1 射击—液压循环试验的原理
        3.1.2 身管疲劳寿命试验
    3.2 火炮身管疲劳寿命的失效机理分析
    3.3 火炮身管疲劳寿命试验的Monte-Carlo模拟
        3.3.1 身管疲劳寿命的数学模型
        3.3.2 加速试验的Monte-Carlo模拟方法
    3.4 火炮身管疲劳寿命加速试验与分析
        3.4.1 加速应力的选择原则
        3.4.2 加速应力水平下切向应力有限元分析
        3.4.3 身管疲劳寿命失效分布形式的可靠性分析
        3.4.4 加速应力水平下身管疲劳寿命可靠性分析
    3.5 加速模型的参数估计与评价分析
        3.5.1 加速模型的基本假设
        3.5.2 身管寿命对数标准差的检验
        3.5.3 加速模型的参数估计与评价分析
    3.6 本章小结
4 火炮身管烧蚀磨损寿命与计算方法
    4.1 身管烧蚀磨损的机理分析
        4.1.1 热因素
        4.1.2 化学因素
        4.1.3 机械因素
    4.2 火炮身管寿命终止评估标准与特点
        4.2.1 寿命终止特征分析
        4.2.2 最大径向烧烛量预测数学模型的特点
    4.3 火炮身管烧烛磨损寿命的预测模型
    4.4 本章小结
5 火炮身管烧蚀磨损的加速寿命试验研究与分析
    5.1 身管烧蚀磨损寿命试验现状分析
    5.2 加速试验应力谱的确定
    5.3 基于随机有限元法的身管烧蚀磨损寿命加速试验
        5.3.1 身管危险截面ANSYS随机有限元分析步骤
        5.3.2 不同加速应力水平下身管危险截面温度场分析
        5.3.3 身管危险截面温度场的随机有限元分析
        5.3.4 不同应力水平下身管烧蚀寿命可靠性分析
    5.4 加速模型的建立与参数估计
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
致谢
参考文献

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本文编号：2838589