某坦克火炮身管温度应力场数值模拟及疲劳寿命分析

发布时间：2022-01-03 16:07

　　火炮射击时承受高温高压综合冲击载荷的作用,随射击发数增加火炮身管的强度会降低,当身管强度降低接近材料的屈服极限时,火炮身管容易产生破坏,从而影响火炮身管的使用寿命。本文针对某坦克火炮身管在射击时承受高温高压火药燃气的作用,分析身管在自然冷却时不同射击规则情况下身管温度的瞬态热响应、应力响应,研究身管的温度和应力场变化规律,并计算不同情况下火炮身管的疲劳寿命,以期为火炮身管的强度设计提供参考,主要内容和结论如下：采用有限元法研究了某坦克火炮身管的瞬态温度场,分析火炮身管在单发发射、慢射和速射状态下的瞬态热响应,通过仿真计算获得不同射击状态下的瞬态温度场,着重研究自然冷却方式下身管温度随时间的变化规律以及在径向和轴向的分布状态。在炮弹发射过程中,身管内壁在火药燃气作用下温度迅速升高,并从身管内壁向身管外壁进行热传导。每发射击瞬间火药燃气产生的热量在多发连续射击过程中并没有全部通过身管与外界的热交换传出去,身管的温度在多发连续射击情况下会持续升高,射击时间间隔越短,温度升高越快。这将对身管材料的力学性能和身管的强度结构产生严重的影响,使身管寿命大幅度下降,从而影响到整个火炮的整体性能。采用A... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

热传导控制微分方程分析

元软件ANSYS，以某坦克滑膛炮身管为例，综合考虑各种因素的影响，建立了其三维几何实体模型和有限元模型，如图2.2所示。在模型建立过程中，对火炮身管进行了适当的简化，保留了其主要截面的特征尺寸，火炮内腾口径、火炮身管长度、火炮药室容积及炮弹行程都没有改变，忽略了火炮内膛复杂的腾线结构，火炮身管外壁尺寸略作简化，没有进行均与渐变处理。采用了映射网格划分方式，保证有限元模型网格质量，几何模型及有限元网格图。整个模型均采用六面体等参实体元，共有59200个节点，47560个单元，单元最大尺寸为2cm。表2.1火炮身管的几何尺寸Tab. 2.1 Geometry size of artillery barrel—截面序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ■

Fig. 2.3 Temperature time history of the gunpowder gas in barrel从图2.3中可以看出火炮身管腾内火药气体的平均温度在幵始上升时很陆，在极短的时间内升到峰值温度，经过一短时间的平稳下降后立即急剧下降，在后效期结束时腾内的火药燃气基本恢复到环境温度。2.3.2火药燃气的平均放热系数根据火药爆燃后产生的热气沿着火炮炮腾流动的特性，火药燃气与火炮身管壁热量交换的方式主要是对流和福射两种方式在燃气与身管之间进行热量交换。而且福射能在福射到火炮身管内壁表面之前基本上都已经被吸收掉，为降低计算的复杂程度，可以合理假定火药爆燃后的气体与火炮身管壁之间只是以热对流的方式进行热量交换。在求解-14 -


本文编号：3566569