材料的非线性混合硬化模型及自紧身管残余应力、应变的计算

在通用非线性有限元结构程序NFAP中加入具有初始随动角的非线性混合硬化材料模型,以适应有显著鲍辛格效应材料的需要.用该模型对自紧身管的残余应力和残余应变进行计算,与测试值吻合较好.     

鲍兴格效应对自紧身管残余应力影响规律的研究

根据炮钢材料的拉伸 -压缩特性 ,通过模拟实验 ,建立了以鲍兴格效应系数为函数计算自紧身管壁内任意一点残余应力的理论模型。与以往不同的是利用炮钢材料的拉伸 -压缩试样 ,通过拉伸 -压缩实验用最小二乘法拟合出鲍兴格效应系数与壁内最大拉伸变形量的关系。在计算自紧身管残余应力时 ,鲍兴格效应系数不再被视为常量而被视为变量 ,因此 ,这就克服了以往鲍兴格效应系数取平均值所带来的误差。本文采用修正的 Mises屈服准则以及形变理论 ,按广义平面应变问题 ,建立了强化材料的应力应变模型 ,导出了具有应变硬化 ,鲍兴格效应系数被视为变量的强化材料液压自紧圆筒的残余应力公式。实验也表明 :用鲍兴格系数为变量的理论模型进行炮钢材料自紧身管的残余应力计算更合理 ,更能反映自紧火炮身管的实际状态。     

自紧身管的弹塑性分析与强度设计

本文在〔1,2〕的基础上,通过对炮钢材料应力应变试验曲线的分析,建立了炮钢材料的弹塑性本构关系,利用NFAP程序的有关程序模块和文献〔1〕建立的材料模块编制了GANP液压自紧身管弹塑性分析专用程序,对模拟管与自紧身管进行弹塑性分析的结果表明,模拟管的计算值与实测值相当吻合,比较文献〔1〕更接近实测值,自紧身管比未经自紧处理过的身管强度提高58％～68％。     

液压自紧身管残余应力随实弹射击的变化规律研究

依据研究获得的液压自紧身管残余应力理论模型,揭示了自紧身管内表面初始残余应力大小及沿壁厚的分布规律。应用Sachs镗削残余应力测试理论与方法,实验确定了实弹射击一定射弹量自紧身管的剩余残余应力。根据理论分析获得的初始残余应力与实验测试的剩余残余应力,通过数据拟合建立了自紧身管残余应力随实弹射弹量的变化关系式。     

自紧身管残余应力释放规律的试验研究

试验测试了射击一定发数自紧身管的剩余残余应力，结合初始残余应力计算结果，定量取得了残余应力随射击发数的损失量，并应用曲线拟合方法求得了某自紧身管残余应力随射击发数的变化规律。     

理想弹塑性线性强化模型的身管残余应力分析

为计算理想弹塑性线性强化模型机械自紧身管的残余应力,基于弹塑性力学和一些基本假设,通过对加载和卸载过程中的身管做弹塑性分析,得到了机械自紧身管的塑性半径、加载和卸载过程中的应力应变、反向屈服半径的计算公式。利用机械自紧身管加载和卸载过程中的应力,给出了身管有反向屈服和无反向屈服两种情况下残余应力的计算公式。应用这些公式计算了一个模拟管的塑性半径、反向屈服半径和残余应力,结果表明理论值与实验值吻合良好。     

硬化材料中的波传播与层裂效应研究

给出了简明有效的塑性本构关系及其在数值计算中的应用，并利用所建立的本构关系对高能炸药在钢板表面接触爆炸时钢板中应力波的传播及所产生的层裂现象进行了数值分析．对钢板材料采用理想塑性、各向同性硬化、随动硬化、联合的各向同性－随动硬化等模型进行了系统数值计算，从而得出了材料塑性硬化行为对波传播和层裂规律的影响，并进行了相应的分析．     

材料的非线性混合硬化模型及其在身管自紧分析中的应用

根据高强度钢具有明显的鲍兴格效应,在非线性有限元分析程序NFAP中增加了初始各向同性的材料非线性混合硬化模型。本模型将材料的鲍兴格效应直观地反映到屈服面半径和随动角的连续变化上,同时此模型还可作为各向同性、随动和混合硬化的通用模型。通过对身管自紧的残余应力、残余应变及残余位移分析,证明其计算结果与实验结果相当吻合。     

自紧身管的残余应力再分布

从结构安定性概念出发,通过对影响自紧身管残余应力再分布因素的综合分析,提出高温和温差热应力是控制残余应力再分布的主要因素,给出一个简化力学模型和封闭表达式,与经过不同射击发数的实际火炮身管及若干经不同处理的模拟管残余应力实测结果比较表明,理论与实测结果吻合颇好,具有满意的工程精度。     

多管火箭武器箱式复合材料定向器长期堆码贮存吸湿-蠕变耦合行为预测

为研究多管火箭武器箱式复合材料定向器长期堆码贮存吸湿-蠕变耦合行为,在Schapery非线性模型中引入湿移位因子,推导考虑吸湿效应的三维正交各向异性非线性蠕变本构模型。制备E-玻璃纤维/6509环氧树脂复合材料层压板,开展吸湿试验、静态力学性能试验和短期蠕变-回复试验,获得复合材料吸湿特性参数和吸湿率、应力相关非线性蠕变参数。采用有限元方法建立湿扩散-非线性蠕变耦合数值分析模型,预测箱式复合材料定向器贮存15 a后的蠕变变形。结果表明：在一般条件军用仓库中,贮存1 a时间后水分扩散到定向器内表面,贮存8 a后定向器基本达到饱和吸湿状态;所有20根定向器的最大残余变形位置都位于第2、3定位安装环之间,并且在三维 空间内近似呈马鞍状分布;上下两行中间位置定向器的残余变形最大,最大值为0.38 mm;左右两列中间位置定向器的残余变形最小,最小值为0.33 mm.     

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。     

复合材料身管非线性热弹性有限元分析

针对复合材料身管的热弹性问题,采用非线性有限元方法,建立了复合材料身管非线性热弹性有限元模型,通过对复合材料模拟身管进行非线性热弹性分析,得出了物性参数随温度变化对身管瞬态温度场分布、瞬态热应力和固有频率的影响规律,这些规律为复合材料身管动态热性能设计提供了理论依据。     

高精度狙击步枪弹与枪匹配设计方法研究

为了研究狙击步枪弹与枪匹配设计方法,基于非线性有限元理论建立了弹与枪相互作用数值计算模型,该模型是一个较为完善的求解弹头膛内发射过程的计算模型,通过对比试验结果与仿真结果证明了该模型的正确性。将稳健设计思想应用于弹与枪匹配设计,选取多个弹、枪设计参数作为控制因素,弹头质量偏心为噪声因素,弹头膛内摆动角为性能度量,采用正交试验法开展稳健性研究,获得了各参数在两水平值处的稳健特性;正交试验所得4组枪、弹参数匹配组合方案在有无噪声状态下的方案优劣结果与精度射击试验方案结果基本一致,证明了将稳健设计思想应用于弹与枪匹配设计的可行性、正确性。     

典型PBX基于Boltzmann函数的准静态单轴拉压非线性本构模型（英）

准静态载荷下的拉伸压缩试验中,几乎所有高聚物粘结炸药(PBX)都体现出了明显的非线性本构行为,现常用的本构模型在描述这种非线性时适应性不甚理想.针对五种典型PBX炸药(PBX-X,PBX-9502,LX-17,PBX-9501,EDC-37)应力应变曲线的非线性及非对称性,基于Boltzmann函数推导了一种拉伸和压缩一起考虑的准静态单轴非线性四参数本构模型.在讨论模型待定参数物理意义的基础上,基于文中提出的待定参数初值确定方法,采用该本构模型对五种典型PBX的应力应变曲线进行了拟合.结果表明,该本构模型可较好地描述五种典型PBX炸药不同温度和应变率下的本构行为.基于Boltzmann函数的拉压非线性本构模型,有望作为一种适用于不同PBX的通用准静态本构模型广泛运用.