某火炮制退机流场数值模拟及冲蚀磨损预测

发布时间：2021-05-15 02:50

　　制退机是火炮反后坐装置的重要部分,在火炮射击过程中,它产生一定规律的阻力用于消耗后坐能量,将后坐运动限制在规定的长度内,并控制后坐运动的规律。制退机性能直接影响着射击稳定性和可靠性。本文基于计算流体动力学,建立了制退机流场非定常条件下粘性、不可压的三维数学模型,利用动网格技术和离散相模型,对后坐过程中制退机内部湍流流场和流场内固体颗粒进行数值模拟。给出了流场中连续相的速度、压力、温度的分布情况及离散相运动情况,观察到制退机在后坐过程中各参数的动态变化趋势并对相应时刻流场特点进行了分析,为制退机的设计提供了参考。针对某型火炮制退机节制环出现的故障现象分析其原因,认为节制环壁面产生负压引起空蚀以及混杂的固体杂质造成冲蚀磨损是导致节制环磨损的主要原因。基于Johnson-Cook本构模型与Johnson-Cook失效模型,结合Gruneisen状态方程,采用有限元方法对不同直径颗粒分别以不同角度冲击节制环时的冲蚀磨损量进行了数值模拟,并对结果进行了分析,得到以下结论：固体颗粒的冲击角度在15°～50°范围内时节制环的质量损失较大,冲击角度接近450时冲蚀磨损最为严重；当冲蚀物的直径增大到一定... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
    1.1 论文的研究背景及意义
    1.2 计算流体动力学概述
    1.3 冲蚀磨损分类及其研究发展
        1.3.1 冲蚀磨损分类
        1.3.2 冲蚀磨损研究发展
    1.4 冲蚀磨损的数值计算
    1.5 本文主要研究内容
2 制退机流场数值模拟
    2.1 流体动力学控制方程
    2.2 离散化概述
        2.2.1 离散化的目的
        2.2.2 有限体积法简介
    2.3 网格概述
    2.4 制退机流场计算域网格划分
        2.4.1 制退机工作原理
        2.4.2 制退机的三维模型
        2.4.3 计算域网格划分
    2.5 流场计算的SIMPLE算法
    2.6 湍流的数值模拟
        2.6.1 湍流流动的特征
        2.6.2 湍流数值模拟方法简介
        2.6.3 RNG k-ε双方程模型
        2.6.4 近壁区的k-ε模型
    2.7 边界条件及材料属性
        2.7.1 动网格模型
        2.7.2 交界面
        2.7.3 壁面
        2.7.4 制退液材料属性
    2.8 离散相的数值模拟
        2.8.1 离散相模型
        2.8.2 离散项模型的计算策略
        2.8.3 颗粒喷射源的参数设定
    2.9 本章小结
3 制退机流场计算结果
    3.1 连续相计算结果
        3.1.1 连续相速度
        3.1.2 连续相压力
        3.1.3 连续相温度
    3.2 离散相计算结果
    3.3 本章小结
4 节制环冲蚀磨损数值模拟
    4.1 FMEA及节制环冲蚀磨损
    4.2 冲蚀磨损的数学计算模型
        4.2.1 Johnson-Cook本构模型
        4.2.2 Johnson-Cook失效模型
        4.2.3 Gruneisen状态方程
        4.2.4 靶体计算模型参数
    4.3 冲蚀计算有限元模型
        4.3.1 有限元方法简介及有限单元选择
        4.3.2 显式算法及控制方程
        4.3.4 接触-碰撞算法
        4.3.5 体积粘性
        4.3.6 网格划分
    4.4 本章小结
5 冲蚀磨损数值模拟结果
    5.1 直径200μm颗粒计算结果
    5.2 直径300μm颗粒计算结果
    5.3 直径400μm颗粒计算结果
    5.4 计算结果分析
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3186803