基于有限元的某型坦克炮身管模态分析

现代坦克炮往往通过增大膛压和加长身管来提高弹丸的初速和火炮的威力,但这些措施也使得坦克炮身管动力学性态发生变化,使其射击密集度超出可控的范围。因此,掌握坦克炮身管的振动特性并使其固有振动频率合理分布是坦克炮发射动力学研究的重要内容之一。本文在分析坦克炮身管振动对射击密集度的影响的基础上,建立了某型坦克炮身管的有限元分析模型,通过仿真计算得到了振动模态参数,验证了身管设计的合理性,为坦克炮身管的动力响应分析和进一步的结构优化设计提供理论参考依据。     

热冲击下火炮身管材料径向温度演变分析

交变高温冲击条件下身管材料的径向温度变化过程直接影响到武器系统的性能发挥.以片状身管材料为研究对象,选取合适变量,采用高温热源循环加热的实验方法,通过热成像设备观测火炮身管材料径向温度的演变过程,辅以有限元温度场仿真对比验证实验结果,从而得出不同射速和不同环境温度及风速影响下身管温度场的分布规律,为分析和预测火炮身管寿...     

线膛复合身管无座力炮动态应变分析和测试

针对线膛复合身管无座力炮,利用有限元软件LS-DYNA对弹带挤进、内压载荷下的身管变形进行数值仿真,对比身管的动态测试数据,其误差范围可以满足性能设计要求。同时,发现线膛复合身管无坐力炮在射击过程中,弹带挤进造成的身管变形占主要部分;内压载荷下金属内衬阴线处局部应变大于阳线处,但弹带挤入膛线时与此有所不同,挤入引起的膛线根部阳线应变大于阴线应变。     

基于纳米材料改性发射药的身管延寿技术研究

提出了一种通过在发射药中添加纳米复合材料来延长武器身管使用寿命的方法.该方法是将一种纳米复合材料添加到发射药中,通过改善发射药的性能,使发射药的抗烧蚀性和燃烧完全性提高,降低枪管温升,从而达到提高身管使用寿命的目的.以某型号小口径自动武器为对象,进行了身管常温寿命实验.结果表明,该技术可有效延长身管的使用寿命.通过对寿后枪管检测分析表明,在发射药中添加纳米复合材料显著降低了身管的烧蚀.     

复合枪管传热的数值分析

枪管烧蚀引起枪管尺寸逐渐改变。烧蚀是热、化学和机械因素共同作用的结果,其中热起主要作用,计算枪管射击时的温度分布有助于了解枪管烧蚀过程。该文选择了３ 种枪管结构形式,建立了用有限差分法求解射击时温度分布的数学模型,确定了有关参数,计算了相同射击条件时３ 种结构枪管射击后的温度分布,分析了材料性能对温度的影响。计算结果对进一步研究枪管结构具有参考价值。     

不同环境温度下典型身管用钢磨损性能研究

通过摩擦磨损、高温硬度及相应的分析试验研究了典型身管用钢32Cr2MoVA、30SiMn2MoVA在室温、200、400以及600℃下的摩擦磨损行为与规律.结果表明:两种材料的摩擦系数在各个温度区间内的区别不大,主要受摩擦氧化物产生与否影响.32Cr2MoVA的磨损率随着温度的提高先降低再提高之后又下降,30SiMn2MoVA的磨损率随着温度的上升而先降低,然后逐渐升高,600℃达到最高.温度、身管钢在高温下的硬度和磨盘材料与滑动销的高温硬度差(Hd--Hp)共同影响磨损表面氧化物层的最终形态.室温至200℃时,身管钢磨损行为主要受表面氧化物层的影响.室温下两种身管钢磨损机理均为黏着磨损及磨粒磨损,200℃时均为氧化轻微磨损.环境温度达到400℃以上时,身管钢以及磨盘材料的基体硬度开始影响磨损行为.400℃时两种身管钢磨损机理均为氧化严重磨损.600℃时,32Cr2MoVA的Hd--Hp减小,磨损表面出现了厚度很大、致密的氧化物层,磨损机理为氧化轻微磨损;而30SiMn2MoVA的Hd--Hp显著增大,试样发生了明显的塑性挤出,为塑性挤出磨损.     

镀层材料热及力学特性对枪管寿命的影响

为研究枪管镀层材料性能对枪管寿命的影响,综合运用身管镀层剪切失效理论和疲劳损伤累积理论,提出了基于镀层界面剪切疲劳损伤的枪管寿命预测模型.以某小口径步枪为研究对象,基于有限差分法,对内膛涂镀铬、钽和氮化硅三种不同材料的枪管在10连发射击过程中的温度场分布、镀层内应力分布以及枪管寿命进行了数值计算,研究了镀层材料的热及力学特性对枪管寿命的影响.研究结果表明,镀层的热扩散系数、影响因子η及断裂长厚比是影响枪管寿命的几个关键性能,其中断裂长厚比对界面切应力和枪管寿命的影响最大,拥有较大断裂长厚比的镀层可以在射击过程中显著降低界面切应力,进而提高枪管寿命.      

复杂射击规范下枪管温度场数值分析与试验研究

针对复杂射击规范下射击过程中的瞬态热冲击引发的枪管寿命问题,建立了枪管1维瞬态传热的数学模型.基于能量平衡法和交替隐式差分格式（ADI）,推导了内节点及边界点的有限差分方程,并以某5.8 mm步枪枪管为对象,在经典内弹道数值计算结果的基础上,编程求解了连续射击150发弹过程中枪管的温度场分布.最后,采用红外热像仪对枪管外壁温度进行了测试,数值仿真结果与实验结果吻合度较高,验证了所建模型及采用的算法在复杂射击规范下的有效性.      

基于有限元数据交会的部件毁伤评估方法研究

武器装备部件级战场损伤评估是实现装备精确保障仿真与战时精确预测的基础。以榴弹破片对付主战坦克为例,采用有限元离散法提出一种的弹目交会计算模型,建立了以概率形式表示的破片打击下部件毁伤准则。确定了一定条件下的火炮身管炮口与炮塔附近处损坏的临界侵彻深度,分别是35mm和85mm。编制了主战坦克与榴弹破片的有限元离散交会计算程序,并进行了示例计算。研究结果也适用于榴弹破片对付其他装备部件的损伤评估,从而为战场修复与精确维修保障提供支撑。      

灰色系统理论在火炮内弹道性能变化量中的应用

为了研究火炮内膛质量状况与内弹道性能改变量之间的不确定相关性,提出采用灰色系统理论进行分析的方法,并建立了GM（1,N）计算模型,通过利用该模型对某大口径加农炮进行计算,结果表明：弹丸膛口速度计算值与实测值的相对差小于0.3 %,膛压的相对差小于2 %.     

可燃药筒装药膛内现象的分析

本文对两种不同工艺的可燃药筒燃气生成规律、可燃药筒装药膛内的燃烧规律及压力波的产生进行了分析与比较.所得结论可供带可燃药筒的装药设计参考.     

复合材料身管三维瞬态热结构耦合分析

该文针对火炮发射时高温高压火药气体瞬态冲击作用对复合材料身管的影响,进行复合材料身管三维瞬态热结构耦合分析.基于有限元分析方法(FEM),建立了复合材料身管三维有限元模型;采用直接耦合法进行求解,获得复合材料身管在发射条件下温度场和身管动态应力的变化规律.分析结果表明:高温高压的火药气体引起较大的瞬间热应力,这种瞬间热冲击对身管金属内衬的强度影响很大.     

“U”形布局发射装置炮架的拓扑优化设计及仿真

为了解决依据经验设计的炮架刚强度安全余量过大、质量偏大的问题,利用有限元拓扑优化方法,分析出炮架承受负载的主结构,验证了新型炮架结构在满足炮架强度基础上,提高了炮架刚度,实现了材料优化布局,减轻了炮架重量。     

基体材料高温强度对枪管寿命的影响研究

根据界面剪切失效理论和疲劳损伤累积理论,建立了基于枪管镀层—基体界面剪切疲劳损伤累积的枪管寿命预测模型.以某小口径步枪枪管为研究对象,计算了一个冷却周期射击过程中的枪管界面剪切应力,预测了3种不同基体材料枪管的寿命,研究了基体材料高温强度对枪管寿命的影响.研究结果表明,基体材料高温强度是影响枪管寿命的至关重要因素.温度升高引起的界面抗拉强度下降,是导致镀层产生界面破坏以及枪管寿终的重要诱因.增加材料常温强度对提高枪管寿命意义不大,而增加高温强度则可以显著提升枪管寿命.寿命试验结果验证了本文所建寿命预测模型的可用性及预测结果的正确性.      

双级装药膛内二次发射原理探讨与分析

提出一种采用双级装药进行膛内二次发射以提高弹丸初速而不增大最大膛压的新技术,设计了双级装药弹的结构,为提高大口径身管武器的初速提供了一种新思路.提出了二次发射过程的物理模型,并以12.7 mm弹道枪为对象建立了膛内二次发射内弹道数学模型,分析了参数变化对膛压和初速的影响规律.计算结果表明:在身管长度增量相等的条件下,双级装药弹初速增加量是12.7 mm普通弹的2倍以上.     

自动炮支架作用原理分析

针对在小口径自动炮上使用的支架，将火炮身管和支架简化为空间多段有限元弹性梁单元，引入形函数矩阵描述梁单元的挠度，采用拉格朗日方程建立了考虑支架与身管耦合的有限元动力学模型。在有限元模型的基础上建立了数值计算程序并利用该模型分析和讨论了支架的作用原理，分析结果表明采用设计合适的支架将有助于提高小口径自动炮的射击精度。     

自紧身管的应力应变分析及应力强度因子计算

本文对自紧身管的应力应变、强度及裂纹问题作了研究,采用混合强化模型对自紧身管进行了弹塑性应力应变今析,得到了解析表达式,并用实验作了验证。得到了残余应力的温度场模拟公式。用有限元法计算了带裂纹的自紧身管的应力强度因子。     

自紧身管疲劳寿命的概率断裂力学分析

该文基于概率断裂力学理论和ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟给出了自紧身管疲劳寿命的可靠性分析方法。实例分析结果表明，身管疲劳寿命远大于其弹道寿命，内裂纹寿命结果大于外裂纹情形，对数正态分布为疲劳寿命的最佳分布。     

核聚变装置中双活塞轻气枪弹丸发射过程的数值模拟

分析了单活塞轻气枪的缺点，用特征线法模拟了双活塞轻气枪的弹丸发射过程，并将计算结果与单活塞轻气枪作了比较，说明双活塞轻气枪在弹丸受力方面的优点，文中还讨论了一些重要参数对双活塞轻气枪性能的影响，说明合理匹配参数之间关系的重要性，为双活塞轻气枪的设计和优化提供了理论依据。