基于数值仿真的四种类型身管强度比较

强度是枪炮身管的核心指标。为更好地理解不同类型身管强度机理,借助数值仿真方法,基于第二强度理论对单筒、筒紧、衬管和自紧四种类型身管的应力分布和强度机理进行了比较。研究表明,结构和材料参数相同情况下,衬管、单筒、筒紧、自紧身管强度依次提高;当内外管之间相对紧缩量从负值到零到正值变化时,身管类型从衬管变为单筒再变为筒紧;自紧身管类似于多层筒紧身管。研究为枪炮身管设计提供了参考。     

开端情况下自紧身管应力分布简化计算数值仿真

在用第四强度理论分析开端自紧身管应力分布时,应力公式十分复杂。为简化计算,文献提出采用修正屈服准则代替mises屈服准则可满足工程应用需要。为考察这种代替的效果,以某型火炮身管典型截面为例,采用数值仿真方法对2种屈服准则下的应力分布进行了分析。研究表明,2种屈服准则计算出的身管强度相差较大,修正屈服准则用于工程实际可能存在问题。研究为自紧身管的精确化设计提供了参考。     

基于数值仿真的某型火炮身管轴向力系统分析

为精细分析某型火炮身管强度,在身管受力分析基础上,采用数值仿真方法,系统研究了弹丸膛内运动时期身管和弹丸的运动规律,炮膛合力、反后坐装置作用力、膛底作用力、药室锥面作用力、摇架摩擦力、弹丸作用力的变化规律,得到了不同时刻的身管轴向力曲线。研究标明,反后坐装置作用力、弹丸作用力、摇架摩擦力对身管轴向力影响较小,膛底作用力和药室锥面作用力对身管轴向力影响较大,身管凸台面处轴向力最大。     

基于不同强度理论的火炮单筒身管设计

单筒身管是目前火炮广泛采用的身管,我国单筒身管基于第二强度理论进行设计,要基于其他强度理论设计单筒身管,必须寻求与强度理论匹配的安全系数,确保不同强度理论设计出来的身管壁厚基本一致。文中通过研究给出了适合我国使用的基于第三和第四强度理论的单筒身管设计方法,数值仿真算例证明了方法的有效性。     

基于有限元法的炮身瞬态动力学分析

为验证炮身设计的合理性，在Workbench中建立了某小口径火炮炮身的有限元模型，设置了边界条件，分步加载载荷，通过仿真计算得到了射击过程中身管内部应力分布及相应的应力值，验证了炮身强度满足设计要求，为火炮的设计和进一步的结构优化提供了理论参考依据。     

火炮身管损伤探析

火炮身管作为火炮的重要组成部分,在弹丸发射过程中起到非常重要的作用,深入研究火炮身管损伤问题,分析导致身管损伤的各种原因,归纳总结出提高火炮身管使用寿命的主要措施方法,为身管设计者和使用者提供参考。     

火炮身管-反后坐装置集成优化设计方法研究

为减小火炮发射时的后坐阻力,同时减小火炮身管质量,以节制杆结构参数、身管结构参数和内弹道装药参数为设计变量,以身管刚度、强度、寿命、弹丸初速等为约束,建立火炮身管-反后坐装置集成优化设计模型,并采用两种优化方法进行优化,再比较其结果。首先,采用加权组合法将两个目标函数归一为单个目标,应用模拟退火算法进行优化设计,优化后,后坐阻力减小53%,身管质量减小28%。其次,基于Pareto最优理论,采用遗传算法进行优化设计,获得了Pareto最优解集,给设计者提供了更多优化方案;根据工程经验,选取一组优化解,结果发现,对比原设计,后坐阻力减小504%,身管质量减小98%。研究表明,基于Pareto最优理论和遗传算法可以获得更好的优化方案。该研究提供的集成优化模型和算法为火炮身管-反后坐装置一体化设计提供了新方法。
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考虑身管壁压的迫击炮炮身强度分析

考虑迫击炮在发射过程中膛底和身管内壁压力不断变化的特点,对迫击炮身管和炮尾进行有限元分析。由于身管和炮尾是轴对称结构,故将其简化成二维轴对称平面模型;并根据迫击炮弹在膛内运动的不同时刻,在膛底施加变化的膛压,同时把身管内表面分成22段,分别施加膛压。由此来分析身管和炮尾的强度并给出相应的解决办法。     

基于FEM法的身管振动特性研究

针对火炮身管振动特性对射击精度、密集度和身管可靠性造成的影响,以及弹性模量与频率的内在关系,采用有限元(FEM)模态分析方法对此进行了研究。为了研究对比身管各阶频率下的形变情况,规划两条路径,即轴向和周向路径,然后把有限元动强度分析结果映射到两条路径上,再读取两条路径上的数据。通过对各阶振型对火炮射击精度和密集度造成的不同影响进行研究,分析了提高射击精度的方法并通过模态试验和计算验证了对身管模态的分析结论;通过研究弹性模量与频率的关系,探讨了如何在安全频谱内提高射击稳定性。分析结果对身管和炮口装置动强度设计中合理规避共振频率以及身管试验模态分析具有参考意义。     

基于Matlab和ABAQUS的身管应力分析比较

身管强度与身管应力密切相关。身管应力既可以基于相关解析公式用Matlab软件计算，也可以采用有限元软件ABAQUS分析，对特定单筒身管和自紧身管实例，采用前述两种方法进行应力分析并比较，结果表明：对弹性变形的单筒身管，两者分析结果基本一致，特征参数误差不超过2%；对塑性变形的自紧身管，两者分析结果差异也很小，两者计算出的自紧压力差异随着自紧度增大而增大，但不超过2%;ABAQUS计算的自紧压力和内壁径向应力绝对值差异也随着自紧度增大而增大，但不超过0.5%。     

望远镜式炮口角弯曲度测量仪校准方法的探讨

火炮身管的各项关键参数的准确测量对修正火炮射击参数、提高射击准确度和准确预测火炮剩余寿命有着关键作用。基于其重要性,文中提出了一种望远镜式炮口角弯曲度测量仪的校准方法,对内分划光轴与校正筒轴线一致性和望远镜的示值误差2项内容进行了校准方法研究,设计了相应的校准系统并利用所设计的校准系统进行了相关试验,进一步证明该校准方案切实可行。     

基于ASODVS的火炮身管损伤检测系统

针对火炮身管内膛疵病种类多、定性定量分析难和检测自动化程度低等问题,提出了一种基于ASODVS的火炮身管损伤视觉检测方法,既能视觉检测身管横截面几何尺寸又能获取和分析身管内壁表面缺陷,还能对身管内表面三维测量和重构。首先,通过高斯曲线法提取激光扫描全景图像中的激光中心点,并采用贝塞尔曲线对提取的激光中心点进行平滑处理;接着,根据ASODVS的标定结果解析出全景图像上身管内壁全景激光投射点的三维点云数据;进一步,根据定性分析中识别出来的疵病采用四连通域法标记损伤,进而求解该损伤部分的面积和深度,然后采用椭圆拟合法测量身管形变;最后用3D重构技术将定性定量分析结果进行融合,重构出火炮身管真实状态,实现身管窥膛"采集-识别-判定-重构"全过程的定性定量自动视觉检测。实验结果表明:基于ASODVS的火炮身管损伤检测系统能够快速检测出各种火炮疵病,并能精确解析出疵病所处的空间位置、大小及深度等重要信息,测量误差基本满足国标规定要求,为火炮身管修复及寿命预估等奠定了坚实的基础。     

基于数值仿真的某型火炮身管设计压力曲线系统分析

火炮身管设计压力曲线给出火炮发射过程中身管各截面承受的最大压力,是设计身管壁厚的依据。高低温压力法只考虑了装药温度变化对膛压的影响,从系统的角度考虑,装药质量、药室增长量、弹丸质量变化也会对膛压造成影响。通过对某型火炮内弹道模型进行数值仿真,分析上述因素变化对膛压和身管设计压力曲线的影响,并给出了各因素综合作用下的身管设计压力曲线。研究表明,装药质量、装药温度和药室增长量变化均对膛压有较大影响;装药质量和装药温度直接影响身管设计压力曲线的组成。     

火炮身管的热影响及其热控制措施

火炮在射击(发射)过程中,身管在高温高压高速火药气体及弹带摩擦等因素的综合作用下,会使身管寿命大幅度下降(对高膛压火炮更为突出),从而严重限制了火炮作战性能的发挥。故在简述火炮身管各种热影响的基础上,阐述了火炮身管目前采取的各种热控制措施。     

弹带挤进压力与火药气体压力对身管疲劳寿命影响研究

针对国内外研究身管疲劳寿命的三种方法,提出了应用有限元数值仿真计算的方法对身管疲劳寿命进行研究。基于弹塑性有限元理论,建立了某火炮身管、弹带及弹丸有限元模型,对弹带材料引入了Johnson-Cook本构模型,采用ALE技术对网格进行更新,应用内弹道方程和有限元挤进耦合求解的方法,得出力边界条件。通过对弹带挤进压力和火药气体压力作用下的身管疲劳寿命分析,火药气体压力作用下的身管疲劳寿命与美军同型号火炮身管疲劳寿命非常相近,说明后者是身管的疲劳破坏的主要因素。     

不同强度理论下自紧身管应力数值仿真

自紧身管是一种重要的枪炮身管,自紧身管强度与其管壁内应力分布密切相关。为理解不同强度理论下自紧身管的应力状态,基于第三强度理论解析解、第四强度理论开端解析解、第四强度理开端半解析解、第四强度理论闭端解析解,对某火炮身管截面制造时、制造后和射击时应力分布进行了数值仿真。其中,第四强度理论开端解析解为复杂的隐式公式,需要迭代求解。仿真表明：不同强度理论下,自紧身管应力分布大致相似,只是第三强度理论采用treca屈服准则,第四强度理论采用mises屈服准则;第四强度理开端半解析解是对解析解的简化,但是应力分布不连续,属于第三和第四强度理论的混合;第四强度理论闭端解析解与第三强度理论解析解应力分布仅相差一个常系数。     

基于数值仿真的火炮身管压坑允许深度曲线精细化研究

火炮身管压坑允许深度曲线是战场判定受损身管能否继续使用的依据。在分析身管压坑允许深度曲线成因基础上,借助数值仿真方法研究了火炮射击条件变化对压坑允许深度曲线的影响。研究标明:目前使用的火炮身管压坑允许深度曲线存在较大的安全裕度,容易引起战场误判;不同射击条件下身管压坑允许深度曲线是不一样的;装药温度、装药号和药室增长量对身管压坑允许深度曲线有较大影响。     

火炮自紧身管压坑允许深度曲线计算

身管压坑允许深度曲线是战场判断身管能否使用的依据,但是目前只在单筒身管上使用。文中提出将压坑允许深度曲线用于自紧身管的必要性,并参考单筒身管给出了自紧身管压坑允许深度曲线的计算方法,仿真算例证实了该方法的有效性。相对单筒身管,自紧身管压坑允许深度曲线计算的安全系数不同,强度公式不同,尤其理论外形计算因涉及管壁弹性区和塑性区而十分复杂。研究也发现,目前我国自紧身管存在较大的安全裕度。     

管壳式换热器的数值模拟和管束支撑分析

以某固定管板换热器为例，对数值模拟方法和管束支撑进行了研究。通过建立不同单元类型的换热器有限元模型，以换热器壳体轴向应力为指标，对比换热器筒体和管子中的轴向应力及管板挠度，研究了不同换热器有限元分析方法的合理性，考察了管板横向变形和换热管外侧及筒体内侧施加的壳程压力对筒体轴向应力的影响，以及换热管对换热器管板的支撑作用。     

基于线阵CCD技术的火炮身管测径仪的测量误差分析

设计了一套基于线阵CCD技术的火炮身管测径仪,在此基础上,介绍了测径系统的基本测量原理,为了能全面提高测径仪的自动化水平及实际测量效果,从系统误差、CCD传感器误差、测量原理误差三个方面,分析了火炮身管测径仪测量误差的产生原因以及对测量精度的影响,并给出消除或减小误差的有效方法,从而大大提高了测径仪测量精度,增强了系统的实际应用能力。