电磁轨道炮枢轨磨损特性分析
发布时间：2021-10-26 04:37
在电磁轨道炮发射过程中,枢轨相对运动产生的摩擦磨损会引起接触表面材料的缺失,造成枢轨间的接触压力不足,从而导致接触表面起弧现象甚至发生转捩。并且,随着电磁轨道炮技术的发展,大口径发射装置的研究逐渐受到关注。因此,通过对枢轨接触状态、磨损特性以及不同口径轨道炮摩擦磨损的仿真分析,探究枢轨磨损机理,降低接触面磨损程度,对提高装置发射效率、延长其使用寿命以及口径设计具有现实意义。本文的主要工作如下:应用有限元软件进行了应力和电磁场耦合计算,得到电枢所受的预紧力以及洛伦兹力;对加载洛伦兹力前后的枢轨接触状态进行对比,分析过盈量和洛伦兹力对枢轨接触状态的影响,发现预紧力主要提供初始接触,洛伦兹力在接触力提供中起主导作用;接触压力最大值分布在电枢两侧,随着时间推移,其位置在头尾方向移动。基于Archard磨损模型对枢轨接触状态、磨损体积以及磨损深度进行仿真,并分析了过盈量、加速度和磨损系数对磨损特性的影响规律,得出接触压力和接触面积与洛伦兹力呈正相关的结论;且过盈量对接触状态的影响比较明显,最优过盈量应在0.2-0.25 mm;应提高枢轨润滑条件以降低磨损程度。基于Marshall法则设计了三种口...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１枢轨模＿尺寸图??相对于Ｈ型等其它形状的电枢，Ｃ型固体电枢具有易加工，更好的电接触等优??点，因此本文采用Ｃ型固体电枢进行分析
?第２章过盈和洛伦兹力作用下的枢轨接触特性分析???而其它尺寸不需改变，这样对于后期对比也比较方便宣观。Ｃ型固体电枢尺寸参数??如图２－１所示，图中模型过盈量为０．５?ｍｍ，而导轨并未完全氏入，而是预留了?０．２５??ｍｍ的间隙。??Ｉ??０．０１０??图２－２枢轨三雒模型??由图２－１可知电枢和轨道的基本尺寸，由于此部分在应力场分析，因此导轨只截??取一部分。利用有限元软件Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ建立枢轨三维模＿，如图２－２所示，其拉伸宽??度为２０?ｍｍ。枢轨模型为对称结构，其边界条件以及载荷同样对称，因此在应力场??分析中采用该模型的二分之一，即减少了Ｉ作量和计算量，也可获得精确的计算结??果！??采用２．１节所提的等效原理来实现应力场和电磁场的耦合，在应力场计算之前需??要在枢轨侧面设置路径。为了方便设置路径以及节点坐标导出，同时使得模型绘制??和导入更加精确，将电枢手动划分为三个部分。其划分数量是通过多次尝试所得出??比较合理的分割数纖＊既能保证计算的精确度又能减少划分数量。电枢和轨道的材??料分别设置为铝合金和铜合金，材料参数如表２－１所示??表２－１枢轨材料参数??材料密度（ｋｇ／ｍ３）弹性模量：【ＧＰａ）泊松比切线模量（ＧＰａ）屈服强度（ＭＰａ）??裙合金?２７７０?７１?０．３３?０．５?２８０??锏合金?８３００?１１０?０．３４?１．１５?２８０??２．２．２枢轨接触类型及边界条件??利用等效原理的方法进行双场耦合时，首先需要将变形后的枢轨模型节点坐标??导出，才能够根据坐标数据绘制模型。在仅考虑过盈量的前提下，枢轨在宽度方向??－７－??
?燕山太学工学硕士学位论文???的变形是＾致的，因此仅需导出枢轨模型侧面轮廓的节点坐标，即可完成变形模型??的绘制。将图２－２中的对称模型侧面进行路径设置，如图２－３所示。图２－３中显示设置??了九条路径，其分布于电枢侧面外轮廓以及导轨和电枢接触侧面的棱角处。??网?Ｐａｔｈ??Ｐ］?Ｐａｔｈ?２??［Ｃ］?Ｐａｔｈ?３??園?Ｐａｔｈ?４??［￥］?Ｐａｔｈ?５??ＢＰａｔｈ?６?「Ｔ）??［ｇｐａｔｈ?８〇±￡＿／??□?Ｐ＾ｔｈＳ＿、?［ｆＴ＞??＾?［ｂ＾Ｄ??Ｕ－ｉ?）?｜ａ－２?｜ｂ－２?）ｎｐ＞ｐ?［Ｔｉ￣）??｜ｇ－２〉?．?Ｖ??１＾７?⑥??ＥＤ??Ｙ??０．０００?０．０２０?（ｍ）?——＃??＾—?Ｉ??０．０１０??图２－３路径设置??为了防止电枢在推入导轨时不发生单元渗透，需要在电枢和导轨接触面处设置接??触对，根据目标面和接触面的选择原则，将电枢尾翼表面设置为接触面，而导轨表面设??置为目标面，接触类型为摩擦接触。由于铜合金和银合金之间的摩擦系数随着环境和??润滑条件的不同会发生变改变，依据相关问题的经验取值，本文的摩擦系数设置为??０．２。仿真模拟枢轨过盈配合的主要目的是提取枢轨变形后侧面路径的节点坐标５?＿??此在设置边界条件时需要保证枢轨变形后侧面依然保持在苘＾平面内。如果只分析??枢轨接触状态而不提取节点坐标，在导轨外表面施加固定约束即可，而不用考虑侧??面的边界条件＾??但为了保证上述前提，首先控制导轨的横向变形，使路径上提取节点坐标不会??产生误差，在导轨除了与电枢的接触面外的所有外表面施加法向约束，例如：垂直??于Ｘ方向的
【参考文献】：
期刊论文
[1]Research on momentum transfer in simple railgun[J]. Yingtao Xu,Bo Tang,Baoming Li. Defence Technology. 2019(05)
[2]Erosive wear properties of ZA-27 alloy-based nanocomposites: Influence of type, amount, and size of nanoparticle reinforcements[J]. Aleksandar VENCL,Ilija BOBI?,Biljana BOBI?,Kristina JAKIMOVSKA,Petr SVOBODA,Mara KANDEVA. Friction. 2019(04)
[3]电磁轨道发射器临界速度仿真研究[J]. 鲁军勇,杜佩佩,冯军红,谭赛. 中国电机工程学报. 2019(07)
[4]Analysis of in-bore magnetic field in C-shaped armature railguns[J]. Qiang Yin,He Zhang,Hao-jie Li,Yu-xin Yang. Defence Technology. 2019(01)
[5]导弹四级磁场电枢轨道过盈配合参数优化[J]. 童思远,冯刚,杨志勇,苗海玉,刘瑜倩. 强激光与粒子束. 2019(01)
[6]Method of ballistic control and projectile rotation in a novel railgun[J]. Bo Tang,Ying-tao Xu,Gang Wan,Jiang Yue,Yong Jin,Hai-yuan Li. Defence Technology. 2018(05)
[7]弓网滑动电接触摩擦力特性与建模研究[J]. 郭凤仪,陈明阳,陈忠华,时光,回立川. 电工技术学报. 2018(13)
[8]钨/铜载流摩擦副的电弧烧蚀行为[J]. 宋联美,张永振,上官宝. 机械工程材料. 2018(01)
[9]滑动电接触界面粗糙度对电枢熔化特性的影响[J]. 李白,鲁军勇,谭赛,姜远志,张永胜. 电工技术学报. 2018(07)
[10]铜/铬青铜摩擦副磨损表面形貌与电弧的相互作用关系[J]. 牛一旭,上官宝,张永振,杨正海,宋晨飞,杜三明. 润滑与密封. 2017(09)
博士论文
[1]电磁发射中枢轨接触界面金属液化层特性的实验与理论研究[D]. 汤亮亮.华中科技大学 2015
[2]载流摩擦磨损试验机的研制及滑板材料摩擦磨损和载流性能研究[D]. 李鹏.机械科学研究总院 2007
本文编号：3458843
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１枢轨模＿尺寸图??相对于Ｈ型等其它形状的电枢，Ｃ型固体电枢具有易加工，更好的电接触等优??点，因此本文采用Ｃ型固体电枢进行分析
?第２章过盈和洛伦兹力作用下的枢轨接触特性分析???而其它尺寸不需改变，这样对于后期对比也比较方便宣观。Ｃ型固体电枢尺寸参数??如图２－１所示，图中模型过盈量为０．５?ｍｍ，而导轨并未完全氏入，而是预留了?０．２５??ｍｍ的间隙。??Ｉ??０．０１０??图２－２枢轨三雒模型??由图２－１可知电枢和轨道的基本尺寸，由于此部分在应力场分析，因此导轨只截??取一部分。利用有限元软件Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ建立枢轨三维模＿，如图２－２所示，其拉伸宽??度为２０?ｍｍ。枢轨模型为对称结构，其边界条件以及载荷同样对称，因此在应力场??分析中采用该模型的二分之一，即减少了Ｉ作量和计算量，也可获得精确的计算结??果！??采用２．１节所提的等效原理来实现应力场和电磁场的耦合，在应力场计算之前需??要在枢轨侧面设置路径。为了方便设置路径以及节点坐标导出，同时使得模型绘制??和导入更加精确，将电枢手动划分为三个部分。其划分数量是通过多次尝试所得出??比较合理的分割数纖＊既能保证计算的精确度又能减少划分数量。电枢和轨道的材??料分别设置为铝合金和铜合金，材料参数如表２－１所示??表２－１枢轨材料参数??材料密度（ｋｇ／ｍ３）弹性模量：【ＧＰａ）泊松比切线模量（ＧＰａ）屈服强度（ＭＰａ）??裙合金?２７７０?７１?０．３３?０．５?２８０??锏合金?８３００?１１０?０．３４?１．１５?２８０??２．２．２枢轨接触类型及边界条件??利用等效原理的方法进行双场耦合时，首先需要将变形后的枢轨模型节点坐标??导出，才能够根据坐标数据绘制模型。在仅考虑过盈量的前提下，枢轨在宽度方向??－７－??
?燕山太学工学硕士学位论文???的变形是＾致的，因此仅需导出枢轨模型侧面轮廓的节点坐标，即可完成变形模型??的绘制。将图２－２中的对称模型侧面进行路径设置，如图２－３所示。图２－３中显示设置??了九条路径，其分布于电枢侧面外轮廓以及导轨和电枢接触侧面的棱角处。??网?Ｐａｔｈ??Ｐ］?Ｐａｔｈ?２??［Ｃ］?Ｐａｔｈ?３??園?Ｐａｔｈ?４??［￥］?Ｐａｔｈ?５??ＢＰａｔｈ?６?「Ｔ）??［ｇｐａｔｈ?８〇±￡＿／??□?Ｐ＾ｔｈＳ＿、?［ｆＴ＞??＾?［ｂ＾Ｄ??Ｕ－ｉ?）?｜ａ－２?｜ｂ－２?）ｎｐ＞ｐ?［Ｔｉ￣）??｜ｇ－２〉?．?Ｖ??１＾７?⑥??ＥＤ??Ｙ??０．０００?０．０２０?（ｍ）?——＃??＾—?Ｉ??０．０１０??图２－３路径设置??为了防止电枢在推入导轨时不发生单元渗透，需要在电枢和导轨接触面处设置接??触对，根据目标面和接触面的选择原则，将电枢尾翼表面设置为接触面，而导轨表面设??置为目标面，接触类型为摩擦接触。由于铜合金和银合金之间的摩擦系数随着环境和??润滑条件的不同会发生变改变，依据相关问题的经验取值，本文的摩擦系数设置为??０．２。仿真模拟枢轨过盈配合的主要目的是提取枢轨变形后侧面路径的节点坐标５?＿??此在设置边界条件时需要保证枢轨变形后侧面依然保持在苘＾平面内。如果只分析??枢轨接触状态而不提取节点坐标，在导轨外表面施加固定约束即可，而不用考虑侧??面的边界条件＾??但为了保证上述前提，首先控制导轨的横向变形，使路径上提取节点坐标不会??产生误差，在导轨除了与电枢的接触面外的所有外表面施加法向约束，例如：垂直??于Ｘ方向的
【参考文献】：
期刊论文
[1]Research on momentum transfer in simple railgun[J]. Yingtao Xu,Bo Tang,Baoming Li. Defence Technology. 2019(05)
[2]Erosive wear properties of ZA-27 alloy-based nanocomposites: Influence of type, amount, and size of nanoparticle reinforcements[J]. Aleksandar VENCL,Ilija BOBI?,Biljana BOBI?,Kristina JAKIMOVSKA,Petr SVOBODA,Mara KANDEVA. Friction. 2019(04)
[3]电磁轨道发射器临界速度仿真研究[J]. 鲁军勇,杜佩佩,冯军红,谭赛. 中国电机工程学报. 2019(07)
[4]Analysis of in-bore magnetic field in C-shaped armature railguns[J]. Qiang Yin,He Zhang,Hao-jie Li,Yu-xin Yang. Defence Technology. 2019(01)
[5]导弹四级磁场电枢轨道过盈配合参数优化[J]. 童思远,冯刚,杨志勇,苗海玉,刘瑜倩. 强激光与粒子束. 2019(01)
[6]Method of ballistic control and projectile rotation in a novel railgun[J]. Bo Tang,Ying-tao Xu,Gang Wan,Jiang Yue,Yong Jin,Hai-yuan Li. Defence Technology. 2018(05)
[7]弓网滑动电接触摩擦力特性与建模研究[J]. 郭凤仪,陈明阳,陈忠华,时光,回立川. 电工技术学报. 2018(13)
[8]钨/铜载流摩擦副的电弧烧蚀行为[J]. 宋联美,张永振,上官宝. 机械工程材料. 2018(01)
[9]滑动电接触界面粗糙度对电枢熔化特性的影响[J]. 李白,鲁军勇,谭赛,姜远志,张永胜. 电工技术学报. 2018(07)
[10]铜/铬青铜摩擦副磨损表面形貌与电弧的相互作用关系[J]. 牛一旭,上官宝,张永振,杨正海,宋晨飞,杜三明. 润滑与密封. 2017(09)
博士论文
[1]电磁发射中枢轨接触界面金属液化层特性的实验与理论研究[D]. 汤亮亮.华中科技大学 2015
[2]载流摩擦磨损试验机的研制及滑板材料摩擦磨损和载流性能研究[D]. 李鹏.机械科学研究总院 2007
本文编号：3458843
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