双剪强度理论在火炮身管强度计算中的应用

现代火炮身管多用高强度钢制造,这类材料在拉伸和压缩时的力学性能存在明显差异。已往在进行火炮身管强度计算时,均不考虑材料的这一性质,而且也都忽略了轴向应力的影响。现利用双剪强度理论计算火炮身管的强度,考虑了材料的拉压异性影响和轴向应力的作用,计算结果更为可信。     

混凝土结构抗火研究综述与建议

为了促进混凝土结构抗火研究的发展,从火灾温度场发展过程、混凝土结构抗火性能与抗火设计、火灾后结构损伤评估与加固修复、混凝土结构抗火性能提高方法等4个方面出发,总结混凝土结构抗火研究成果,指出研究中存在的问题并展望了其发展趋势。从空气、结构温度场2个方面归纳了火灾温度场研究方法,总结不同参数对混凝土材料、构件、结构高温性能的影响规律,分析现有混凝土结构抗火设计方法的应用以及其优点和不足,梳理火灾后结构损伤评估流程,分析火灾后实际工程损伤评估与加固修复案例,并对现有火灾后结构损伤检测和维修加固方法进行总结,最后,从材料及构造2个方面总结提高混凝土结构抗火性能的方法。研究表明:高温下混凝土结构力学性能劣化严重,掺加纤维、调整原材料配合比和应用合理构造措施可提高混凝土结构抗火性能,掺聚丙烯纤维可有效避免高性能混凝土高温爆裂。后续应重点研究高温下大空间混凝土结构温度场分布,材料高温性能随机性对混凝土构件力学性能的影响规律,不同温度-荷载路径及反复升降温对结构和构件高温性能的影响,科学的混凝土结构火灾损伤评估体系,结构抗火可靠度设计理论研究和高性能混凝土结构抗火设计方法等方面。     

榴弹破片对主战坦克火炮身管损伤评估研究

为进行装备部件级易损性分析与评估,以实现战时装备精确保障仿真,进行了榴弹破片对主战坦克损伤评估模型与评估仿真方法研究. 根据榴弹对主战坦克损伤模式与损伤特点分析,以主战坦克火炮身管为研究对象,利用解析法建立了火炮身管与榴弹破片的交会计算模型,并编程进行了交会数据计算,得到了榴弹在不同位置、不同方位初始条件下爆炸时,火炮身管与榴弹破片的交会规律. 依据交会数据和战损评估模型,对主战坦克火炮身管的损伤评估进行了实例分析. 研究结果为主战坦克部件级战场损伤评估提供了方法,将为战场修复与精确维修保障提供基础.     

火炮身管静态多参数测量系统的研究

针对目前火炮身管静态参数测量系统存在的精度不高、效率低、结构分散等问题,研制了一种集身管内径、烧蚀磨损及身管弯曲度测量于一体的新型高精度火炮身管测量系统。该测量系统综合利用精密机械制造、光学测试、图像采集与处理、计算机控制及软件设计等学科技术,采用了模块化设计方法,将各测量模块装置在身管膛内行走机构载体上,应用该系统对某两型火炮身管进行实际测量,各项参数指标均符合设计要求,满足了火炮身管静态多参数测量的需求。     

基于随机Wiener过程的火炮身管剩余寿命预测

身管是火炮武器的重要部分,其性能状态决定了火炮的使用寿命.将随机Wiener过程应用于火炮身管的剩余寿命预测,通过极大似然法估计模型参数,并利用Bayesian方法对参数进行更新,提高参数的估计精度.以某型火炮为应用对象进行寿命预测,得到了不同射弹发数条件下剩余寿命的概率密度函数和可靠度函数曲线,且预测精度随着射弹发数的增加逐渐提高.应用实例表明了方法的可行性,对火炮身管寿命预测具有一定的参考价值.     

图像配准算法在炮管内膛检测中的应用

针对火炮身管内膛表面质量检测,提出一种基于相位相关的图像配准算法,对检测过程中采集到的火炮身管内膛图像进行无缝拼接,以全面、清晰地展现身管内膛表面图像。应用于研制的火炮身管内膛检测仪,实验结果表明,该算法拼接快速,效果理想。     

高射速自动机身管热容量及热应力分析

针对高射速自动机在连续射击条件下,身管承受高频、高温及高压冲击作用的特点,采用传热学理论与有限元方法相结合方法,建立了高射速自动机身管热结构耦合分析模型.选取不同管径比的身管为实例,对自动机以高射速连续射击条件下身管的热容量和热应力情况进行了仿真,得出了管壁温度和热应力随连续射弹数的变化趋势及热应力在管壁内的分布规律,在考虑膛压和温度场共同作用下,进一步分析了热应力的存在对不同管径比身管强度安全性的影响.该文分析方法和仿真结果对小口径高射速自动机身管的设计具有一定的参考价值.     

高温下预应力混凝土板温度场及力学性能的数值分析

对高温（火灾）下预应力混凝土简支板利用Ansys数值模拟板的温度场及应变,与已有试验对比得出高温下预应力构件温度场及力学性能通过Ansys软件有限元分析的可行性;对一预应力混凝土板进行数值模拟,得出板在单面受火过程中温度场变化的规律及其跨中应变随时间一温度的变化。     

标准火灾下配筋圆钢管混凝土柱温度场试验研究

为研究ISO 834标准火灾升降温作用下配筋圆钢管混凝土柱的温度场分布规律,首先进行了2根配筋圆钢管混凝土柱的温度场试验,升温时间分别为30 min和60 min,进而在确定材料参数,分析传热方程的基础上,利用有限元软件ABAQUS建立模型,模型结果与试验结果吻合较好.结果表明:沿柱纵向位置不同的测点温度发展规律一致,试件轴向温度场均匀分布;试件内部不同位置存在温度梯度,越靠近截面中心处,所能达到的最高温度越低,达到最高温度的时间越迟缓,降温也越缓慢;在升温过程中,混凝土材料温度达100℃时,形成一个温度平台,配筋对混凝土温度分布影响可以忽略.     

稠油油藏注空气燃烧管实验及数值模拟研究

针对新疆某油田J7井区稠油油藏条件,利用燃烧管实验装置研究了火驱过程中温度场及压力场的分布规律,并结合数值模拟研究了影响火驱的重要因素。重点分析了火驱过程中油墙形成对高温燃烧前缘传播稳定性的影响。结果表明,J7井区稠油油藏原油在350℃且黏土存在条件下可实现点火及火线的推进;火线推进到燃烧管3/4处的采收率为60%;油墙的形成使得驱替压差增大,压降主要消耗在该段内,油墙的封堵效应,使得空气注入困难,燃烧变得不稳定。低渗稠油油藏火驱开发将面临2个难题:空气注入困难、火驱见效时间晚。     

Lightw eight Technology on the Barrel of Tank

In order to solve the problem of the large weight about the barrel of tank, a lightweight method of tank gun based on the pressure anisotropy characteristics of magnetized plasma sheath was put forward. Compared with the traditional tank gun,the radial pressure was greatly reduced because of the existence of the plasma sheath,which reduced the requirement of tank material. It provided the possibility of using super light metal as the material of barrel,and it could solve the contradiction between light weight and large power of tank gun.     

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.     

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.      

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。     

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.     

一种网格加密方法在壁温响应模拟中的应用

通过引入径向距离变换函数，建立一种与身管温度梯度变化相适应的网格划分方法。计算表明，该法可以有效避免预测结果振荡、加快收敛速度。在利用微型机模拟和监控多发连续射击状况下特种弹发射热安全性问题的研究中，该方法得到应用。     

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.      

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.     

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。