电磁发射用电抗器温度场影响因素研究

为研究电容储能脉冲电抗器在连续脉冲载荷作用下不同因素对温度场的影响程度,根据脉冲电抗器结构特点,建立脉冲电抗器温度场传热模型;分析了连续脉冲热载荷加载条件下,不同散热方式、散热条件及脉冲载荷加载时间间隔等因素对电抗器最高温度及温度场分布的影响。数值仿真结果表明,脉冲热载荷加载时间间隔是影响电抗器最高温度的主要因素;在脉冲电抗器散热过程中,端面散热为主要散热方式。     

基于铬层与基体结合部疲劳损伤的转管机枪身管寿命预测研究

为预测身管寿命,采用热-固耦合场理论、冲击疲劳理论和疲劳累积损伤理论,提出基于身管铬层与基体结合部疲劳损伤的身管寿命预测方法。以3管转管机枪的身管寿命为例,建立有限元模型,计算铬层与基体结合面的耦合应力,预测身管寿命,理论计算与试验结果进行了对比,数据基本吻合;分析身管镀铬层厚度对身管寿命的影响。研究结果表明：铬层与基体结合部的疲劳损伤寿命基本决定了身管的寿命,证明所提寿命预测方法是可行的;适当增加镀铬层厚度,可以提高身管寿命。     

瞬态冲击载荷下复合材料身管损伤研究

复合材料身管的损伤除了具有传统金属身管的损伤模式外,还包括复合材料层的损伤,金属层与复合材料层间界面损伤;针对该问题,采用有限元法对瞬态冲击载荷下复合材料身管损伤进行数值模拟,讨论影响复合材料身管损伤的因素,主要研究不同结构设计参数对复合材料身管损伤的影响;不同载荷工况下复合材料身管的损伤模式;这些研究对于提高含金属内衬复合材料结构的安全性和寿命,拓展复合材料结构的应用有着重要的意义。     

基于随机有限元法的武器身管寿命预测

针对武器身管的寿命预测往往采用确定性有限元分析方法,但这种确定性解法不能正确反映实际情况下个别随机参数对身管寿命的不确定性影响。将某口径速射武器作为研究对象,基于随机有限元分析方法,利用瞬态动载荷身管温度场的计算结果,结合身管内膛径向磨损量计算经验公式,采用蒙特卡罗法求解,得出内膛径向磨损量的分布规律,利用MATLAB曲线拟合以及积分工具得出身管烧蚀寿命分布,从而为身管弹道寿命的设计提供理论参考。     

连续射击下的枪管瞬态传热模型

针对连续射击过程中周期性瞬态热冲击引发的身管烧蚀问题,建立了身管一维瞬态传热的数学模型。采用能量平衡法,应用交替隐式差分格式(ADI),推导了内节点及边界点的有限差分方程,以经典内弹道数值计算结果为基础,通过VB编程求解了连续射击120发弹过程中某12.7 mm机枪枪管的温度场分布。采用红外热像仪对身管外壁温度进行了测试,数值仿真结果相对于实验结果的误差小于10%,所建模型及采用的算法是有效的。研究得到的枪管温度场的变化规律为更加深入地研究身管烧蚀机理、设计身管结构以及预测身管寿命提供了可靠的理论依据。     

复合材料身管压力场/温度场全等效应力有限元计算

建立了复合材料身管连续射击时的边界条件和有限元模型。对复合材料身管在连续射击过程中火药燃气压力和火药燃气温度场的动态全等效应力及其分布进行了数值仿真。所得到的结果,为复合材料身管的应用提供了一定的参考。     

转管机枪喷管气流反推驱动技术研究

对三管转管机枪新型驱动技术-拉瓦尔喷管气流反推驱动技术进行了研究.喷管气流反推驱动装置同时还具有制退减后坐功能.建立了该驱动装置的数值计算模型,对某转管机枪各性能参数进行了计算.计算结果和原型样机的试验数据表明,喷管气流反推驱动是-种切实可行的新原理、新方法,可以起到明显的增射频和减后坐力作用.     

厚壁圆筒动态强度的有限元分析和实验研究

传统的火炮身管设计基于静态应力分析和数值计算,而实际上身管承受的是动态载荷.针对此问题,运用动态线性和非线性有限元分析软件ANSYS建立厚壁圆筒的有限元模型,并对其进行了动态强度分析,求解相应的动态强度极限;设计了借助密闭爆发装置模拟火炮身管发射的实验方案,对厚壁圆筒进行了动态强度极限实验研究.理论分析和实验研究结果表明,厚壁圆筒的动态强度极限比静态计算数值高35%左右.     

速射身管发射状态下的温度场及热应力的有限元分析

文中首先给出如何确定身管非稳定温度场的边界条件及热力学参数;其次,以某口径火炮身管为例,对连发状态的身管温度及热应力场进行有限元数值分析.得出连发时温度和动态热应力的变化规律;对身管设计及提高身管的使用寿命有着指导和借鉴作用.     

基于随动边界的火炮身管热力联合效应数值分析

为探索高温高压火药燃气瞬态冲击效应对身管刚度和强度响应的影响,采用有限元方法建立了某大口径火炮身管三维数值模型,并定义了热力载荷边界随弹丸运动而变化的动态过程。通过数值计算得到了首发弹射击条件下身管温度分布演变过程,进一步分析了热冲击载荷、压力载荷以及热力联合效应对身管动态应力响应的影响。计算结果表明：轴向不同位置热冲击载荷的差异性引起轴向非均匀温度分布,使得出现较大的轴向温度梯度,带来显著的轴向温差应力;在温度响应剧烈区域,周向表现为压应力的温差应力与周向表现为拉应力的载荷应力相互叠加,使得内壁质点周向应力分量表现为拉应力与压应力的交替作用,与压力激励作用结果相比,内壁高应力区应力幅值得到一定减弱并随温度响应呈现先下降、后上升的趋势。     

某大口径机枪内膛损伤对弹头挤进过程的影响研究

为研究大口径机枪枪管寿命过程中内膛损伤对弹头动态挤进过程的影响,分析影响枪管寿命的关键因素,在进行大量射击试验获得枪管内膛损伤发展规律基础上,建立了不同寿命阶段含内膛损伤枪管的精确有限元模型。采用Fortran子程序的方式实现了内弹道过程与显式有限元方法的迭代数值求解,获得了弹头挤进过程中表面形貌及运动姿态随内膛损伤发展的变化数据。对比数值模拟结果与试验数据验证了弹-枪耦合模型的准确性。仿真结果表明：内膛损伤导致的弹头挤进过程中,质心偏移量和弹头摆动角的增加、表面形貌及气动力参数的改变,以及由于导转侧损伤较严重引起的弹头所受导转力和转速下降等3个因素是导致弹头外弹道飞行稳定性降低及枪管寿终的主要原因。研究结果为进一步研究枪管寿终机理,提高枪管寿命具有一定的参考意义。     

内膛损伤枪管膛口扰动参数研究

为分析枪管内膛损伤导致射击精度下降、椭圆弹孔率上升进而导致枪管寿终的问题,基于系统的某12.7 mm机枪枪管寿命试验,建立无损伤枪管、寿命中前期枪管、寿命中期枪管及寿终枪管4个寿命阶段枪管内弹道过程的弹枪热力耦合模型。采用均匀设计方法安排弹药随机因素影响下的弹头内弹道过程仿真实验,获得不同内膛损伤程度的枪管膛口扰动状态随弹药参数变化的响应值,仿真计算结果与试验数据吻合较好。利用基于3次B样 条曲线的偏最小二乘回归建模方法对传统均匀设计响应面法进行改进,获得以弹药参数为自变量的弹头膛口扰动响应面方程及枪管在不同寿命阶段时弹药随机因素对弹头出膛时初始扰动状态的影响规律。仿真实验及数据分析结果表明：各弹药参数对不同寿命阶段的枪管膛口扰动量贡献度均不相同;为降低寿命末期枪管的弹头膛口扰动,应尽量减少弹头的质量偏心,在合理范围内适当减少弹头壳初始屈服应力,并取适中的弹头壳圆柱部直径和装药量。     

身管冷径向锻造残余应力的模拟研究

身管是自动武器的核心部件,冷径向锻造是制造自动武器身管的一项新工艺。冷径向锻造后的身管通常需要后续的机械加工,且身管在动态的高温高压载荷下射击,锻后身管中的残余应力将直接影响身管后续加工中的尺寸精度及身管使用时的疲劳寿命。为了预测冷径向锻造身管内的残余应力分布及影响残余应力分布的各参数,建立了模拟身管的冷径向锻造及回弹过程的轴对称模型,得到了回弹后身管内的残余应力分布,并分析了各工艺参数对锻后身管内残余应力分布的影响规律,为进一步控制锻后身管内残余应力的分布提供了参考。     

某新型自动步枪闭锁机构动应力分析

采用有限元方法研究了某新型自动步枪枪机闭锁面与节套闭锁面间垂直接触碰撞的动应力.建立了闭锁机构在3种不同情况下的有限元模型并进行了数值仿真计算.分析了闭锁面上接触应力的分布情况和变化规律,对比了3种不同情况下最大接触应力的位置和大小.计算结果表明闭锁机构的强度满足要求.     

内膛损伤枪管对内弹道性能和弹头出膛状态的影响研究

为研究大口径机枪内弹道性能和弹头出膛状态受内膛损伤的影响规律,探究内膛损伤导致枪管寿终的关键因素,对某12.7 mm重机枪进行了系统的寿命试验。分析获得了该枪枪管内膛损伤的主要形式及其随射弹数增加在枪管轴向的分布及演化规律,在此基础上建立了精确的不同寿命阶段内膛损伤枪管的弹-枪热力耦合有限元模型。采用Fortran子程序实现了内弹道过程与显式有限元方法的迭代数值求解,获得了12.7 mm弹头内弹道性能及出膛状态等随内膛损伤发展的变化规律,将数值模拟结果与寿命试验数据进行对比验证了弹-枪耦合模型的准确性。仿真结果表明:弹头出膛时的扰动量、转速的下降量以及表面形貌的改变量等随枪管射弹数增加而增加,在身管寿命后期表现尤为明显;弹头出膛状态的改变是导致该枪枪管寿终的主要原因。研究结果对进一步分析内膛损伤引起的弹头外弹道性能退化行为,实现从内到外完整地分析枪管寿终机理具有重要意义。     

某小口径枪械内弹道时期枪管的动态响应研究

为了研究内弹道时期枪管的动态响应规律,基于3D-DIC数据采集系统得到了内弹道时期枪管的动态响应,建立了随动边界条件下枪管热弹耦合模型和枪管振动有限元模型,并将有限元模型计算结果与协同仿真模型结合,采用随机理论模拟100 m立靶的弹丸落点。有限元结果得到了试验的验证。研究表明:随动边界会导致枪管的应力响应沿着轴线方向存在极大的不均匀性,并且热载荷的作用会提高枪管内壁的应力响应峰值,内弹道时期枪口振动响应大致可以分为下垂—回弹—下垂3个部分,利用简化后协同仿真模型能较好地预测小口径武器单发射弹散布。     

烧蚀磨损对某大口径自行加榴炮动态响应的影响

为提高大口径自行加榴炮身管寿命和射击精度等总体关键性能指标,以反后坐装置全对称布置且混合膛线的某大口径自行加榴炮为例,研究了火炮身管烧蚀磨损对火炮动态响应的影响。在对内膛测径数据分析的基础上提出了烧蚀身管建模方法。建立了不同烧蚀状态身管有限元模型,在此基础上进行了数值仿真,得到了膛内时期火炮的动态响应,以及膛内时期弹丸导转侧力矩、定心部力、炮口振动随烧蚀磨损的变化关系。分析了烧蚀磨损状态对火炮动力学响应的影响,结果表明,随着烧蚀磨损增大,弹丸的定心部力逐渐增大,炮口振动位移增加不明显,炮口振动速度有所增大。研究结果对该类火炮的总体结构设计具有一定的参考价值。     

Thermo-Mechanical Analysis of Water-Cooled Gun Barrel During Burst Firing

The thermo-mechanical stress and deformation of water-cooled gun barrel during burst firing are studied by finite element analysis （FEA）. The problem is modeled in two steps： 1） A transient heat transfer analysis is first carried out in order to determine temperature evolution and to predict the residual temperatures during the burst firing event; 2） The thermo-mecha-nical stresses and deformation caused by both the residual temperature field and the gas pressure are then calculated. The results show that the residual temperature field tends to a steady state with the increasing of rounds. The residual temperature field has much effect on the gun barrel stress and deformation, especially on the assembly area between barrel and water jacket. The gage between the barrel and water jacket is the critical factor to the thermo- mechanical stress and deformation. The results of this analysis will be very useful to develop the new strength design theory of the liquid-cooled gun barrel.