速射武器身管烧蚀寿命预测

发布时间：2021-07-28 14:08

　　身管寿命分为疲劳寿命和烧蚀寿命,许多身管寿命是由烧蚀寿命决定的。目前关于身管烧蚀寿命的研究主要还是利用确定性的分析方法,没有考虑到身管烧蚀过程中相关参数的随机性影响。本文以某型号速射机枪为研究对象,利用随机有限元法进行分析,充分考虑了身管尺寸参数和材料参数对身管烧蚀的影响。首先,建立全身管二维有限元模型进行温度场分析,重点分析膛线起始部内壁点温度响应情况。通过三种射击规范的射击模拟,分析了不同射击规范对身管热效应的影响。然后,选取身管危险截面建立一维有限元模型,进行温度场分析,通过与全身管有限元模型温度场求解结果比较,确定了采用一维有限元模型进行温度场模拟的可行性。考虑到身管尺寸参数和材料参数的随机性,在进行温度场分析时结合烧蚀量理论公式,进行多次蒙特卡罗模拟,得出烧蚀量分布,以此为基础确定了烧蚀率经验常数。最后,基于累积烧蚀量的失效物理模型,分别用两种方法计算身管烧蚀寿命。前者考虑了烧蚀过程中身管尺寸不断变化的情况,后者考虑了相关材料和尺寸参数对于烧蚀量的随机性影响。最终得出的结果表明,热流密度直接决定了身管烧蚀寿命,随着射击次数的增加,热流密度逐渐减小,烧蚀量随之减小,身管烧蚀寿命... 

【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
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 武器身管寿命概述
    1.3 身管温度场分析的研究状况
    1.4 身管烧蚀问题的研究状况
        1.4.1 身管烧蚀国外研究状况
        1.4.2 身管烧蚀国内研究状况
    1.5 随机有限元法的发展和应用情况
    1.6 软件介绍
    1.7 本课题研究的主要内容
2 身管失效机理及失效物理模型研究
    2.1 身管的失效机理和主要失效模式
        2.1.1 疲劳破坏
        2.1.2 烧蚀破坏
    2.2 身管寿终的评判标准
    2.3 基于累积烧蚀量和熔化层理论的失效物理模型
        2.3.1 单发烧蚀量理论公式
        2.3.2 身管径向最大允许烧蚀磨损量
        2.3.3 最大径向烧蚀量预测数学模型的特点
    2.4 身管寿命预测的常用经验公式和计算模型
    2.5 本章小结
3 典型武器身管温度场模拟
    3.1 概述
    3.2 研究对象介绍
    3.3 有限元模型的建立
    3.4 边界条件和参数计算
        3.4.1 射击温度场模拟的初始条件和边界条件
        3.4.2 载荷及相关对流系数确定
    3.5 材料参数
    3.6 射击规范选取
    3.7 有限元模拟设定
    3.8 温度场计算结果
        3.8.1 膛线起始部温度场计算结果
        3.8.2 单发射击危险截面温度响应
        3.8.3 连射危险截面温度响应
    3.9 本章小结
4 基于随机有限元法的烧蚀率经验公式确定
    4.1 求解方法概述
    4.2 烧蚀量理论公式确定
        4.2.1 热流密度的计算
        4.2.2 具体参数确定结果
    4.3 随机有限元法
        4.3.1 常用随机有限元计算方法
        4.3.2 蒙特卡罗法
        4.3.3 拉丁超立方抽样法
    4.4 身管危险截面温度场随机有限元分析
        4.4.1 ANSYS随机有限元分析基本步骤
        4.4.2 身管危险截面温度场确定性分析
        4.4.3 随机变量的选取
        4.4.4 随机有限元分析结果
    4.5 随机取样
        4.5.1 烧蚀量对数值的分布
        4.5.2 取样结果
    4.6 经验常数拟合
    4.7 本章小结
5 身管烧蚀寿命预测
    5.1 概述
    5.2 最大径向烧蚀磨损量确定
    5.3 基于融化层理论的身管烧蚀寿命分析
        5.3.1 计算流程及程序编写
        5.3.2 寿命计算结果
        5.3.3 寿命结果分析
    5.4 基于随机有限元法的身管烧蚀寿命分析
        5.4.1 确定性分析
        5.4.2 随机变量选取
        5.4.3 随机有限元计算结果
        5.4.4 身管烧蚀寿命计算
        5.4.5 结论
    5.5 本章小结
6 全文总结与研究展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]对数正态分布的几个性质及其参数估计[J]. 于洋.  廊坊师范学院学报(自然科学版). 2011(05)
[2]基于拉丁超立方抽样的导弹快速精度分析与误差补偿方法[J]. 郝中军,扈晓翔.  兵工自动化. 2009(06)
[3]基于内表面熔化层理论的身管寿命预测方法[J]. 李明涛,崔万善,姚哲,胡江峰.  火炮发射与控制学报. 2009(02)
[4]高炮初速及身管寿命预测试验研究[J]. 高乐南,刘顺利.  火炮发射与控制学报. 2008(01)
[5]复合材料身管非线性热弹性有限元分析[J]. 徐亚栋,钱林方,陈龙淼.  兵工学报. 2007(12)
[6]速射身管发射状态下的温度场及热应力的有限元分析[J]. 胡志刚,赵建波.  弹箭与制导学报. 2006(S3)
[7]复合材料身管烧蚀与寿命问题的研究[J]. 陈龙淼,钱林方.  兵工学报. 2005(06)
[8]基于导热反问题的身管传热计算[J]. 吴斌,夏伟.  兵工学报. 2005(03)
[9]QJG02式14.5mm单管高射机枪剖析[J]. 魏昌华.  轻兵器. 2005(03)
[10]坦克炮管温度场的有限元计算[J]. 罗来科,宣益民,韩玉阁.  兵工学报. 2005(01)

硕士论文
[1]高射频身管刚强度及热分析[D]. 牛群峰.南京理工大学 2008
[2]火炮发射过程中的身管热弹耦合分析[D]. 胡振杰.南京理工大学 2007
[3]火炮发射过程中的身管热分析及其应用[D]. 郁圣杰.南京理工大学 2004



本文编号：3308056