基于温度修正的弹丸挤进身管过程摩擦模型

弹丸挤进身管过程中,弹带与身管之间的摩擦特性不仅对内弹道特性产生影响,而且影响对身管寿命的预测。在弹丸挤进过程中,弹带与身管之间的摩擦具有高速高接触压力特性。基于弹丸挤进过程中的弹带变形机理,提出一种新的描述弹带与身管之间摩擦特性的摩擦模型,该模型考虑了接触压力、滑移速度以及连发射击时温度升高导致弹带表层熔化的影响;建立热力耦合的弹炮匹配有限元模型,分析弹丸挤进过程弹带应力及温度变化,并与文献[24-25]提出的摩擦模型进行对比验证,研究弹丸挤进过程中的弹丸速度和弹带表层温度变化规律。结果表明:新的摩擦模型能够准确描述弹丸挤进过程中弹带与身管之间的摩擦特性。     

埋头弹火炮挤进过程研究

研究了埋头弹火炮弹带挤进时的流动应力和摩擦系数,针对其特殊结构数值计算了挤进阻力,分析了挤进过程对内弹道性能的影响.弹带流动应力的增加会使挤进阻力增大,磨擦系数的减小会降低阻力.该文模型计算的最大膛压和初速更接近实验数据,且进行内弹道计算的准确度更高.     

基于Johnson-Cook本构模型的弹带挤进过程数值模拟

采用非线性有限元数值模拟的方法对某大口径火炮弹带挤进过程的力学机理进行了研究。基于Johnson-Cook动态本构模型并结合实验测试数据,在有限元软件ABAQUS中建立了挤进过程的非线性动力学模型,利用显式数值积分算法对弹带挤进过程的非线性动力学进行了数值模拟。通过数值计算,分析了弹带刻槽形成过程,得到了弹丸挤进运动规律、动态挤进阻力及挤进压力值,获得了摩擦性质对弹带挤进过程的影响规律。结果表明:摩擦系数越大,挤进时间越长,挤进阻力越大,对应的挤进压力也就越高。研究结果可为大口径火炮、弹丸和装药设计研究提供一定的参考。     

火炮层间冷却身管设计

探讨了强制层间冷却身管的一种工程设计方法。以降低身管内表面温度为目标,利用一维稳态导热和受迫对流换热定律分析了火炮在射击状态下从身管内表面到层间冷却系统的传热过程,解决了身管冷却槽结构尺寸的设计问题;考虑冷却槽所受剪切应力及槽深对紧缩量的影响,基于筒紧身管的最大变形理论分析了强度设计的特殊性问题。以某30mm口径火炮为例,进行了冷却结构对身管内表面温度和强度的影响分析,其结果可为层间冷却身管的设计提供参考。     

某大口径榴弹炮弹带挤进过程数值模拟研究

为探索某大口径榴弹炮发射条件下弹带挤进过程的力学机理,建立了弹带挤进坡膛的有限元模型。通过数值模拟研究弹带的动态挤进过程,分析弹带变形及刻槽形成过程,计算得到弹带动态挤进阻力、挤进压力和弹丸运动规律,给出了最大挤进阻力值、挤进压力值及对应时刻弹丸速度值。研究结果表明,挤进过程中弹带材料经历塑性变形流动,发生剪切失效占主导的韧性断裂并形成刻槽,弹带挤进后具有明显的层状特征,其内部区域的塑性变形量很小,弹带绝热变形产生的热量不足以使弹带材料熔化。文中采用的实验测试数据为数值模拟研究提供了支持,下一步工作的重点是开展针对弹带动态挤进阻力及弹丸运动规律的实验研究。     

弹丸不同结构尼龙弹带挤进过程的阻力特性

为研究大口径火炮发射状态下弹丸尼龙弹带挤进过程的阻力特性,分析不同结构尺寸弹带的影响,建立弹带挤进的有限元模型。基于显式动力学有限元方法,编制内弹道程序对压力场进行计算,利用Abaqus软件对结构动力学过程进行仿真模拟,通过软件内部幅值自定义子程序接口将内弹道程序与动力学过程进行耦合求解。对不同弹底半径、不同宽度以及不同刻槽形式的弹带结构进行仿真计算,模拟结果完整地呈现了挤进过程中弹带的力学性能和变形演化。结果表明：弹丸底部半径越大,弹带流变空间越小,挤进阻力也越大;弹带的密封性能随着其宽度增加而逐渐改善,但所受阻力也会逐渐增大,当宽度过大时会引起膛压过高和弹带失效等风险;弹带刻槽可以有效地将单段流变转变为多段流变,在保证闭气性能前提下避免弹带宽度过大而造成的阻力过大,且刻槽深度变化对挤进阻力的影响比刻槽宽度变化更大;仿真计算结果可为后续选择合理的弹带结构提供重要参考。     

某大口径火炮弹带热力耦合挤进动力学数值模拟研究

为研究弹带挤进过程机理以及弹丸在挤进过程的运动规律,对大口径火炮挤进过程进行了仿真分析。考虑了火药气体在带锥度药室及坡膛内的分布,得到挤进时期的内弹道学方程,将该方程的解作为力边界条件,同时引入考虑温度的摩擦力模型来模拟身管与弹带间的摩擦,采用显式方法建立大口径火炮弹带挤进过程热力耦合仿真模型;分别对经典内弹道挤进过程和绝热挤进进行计算,验证了耦合计算的必要性;同时考虑不同弹炮间隙、卡膛速度以及初始摆角对挤进过程的影响,得到挤进过程中挤进阻力、弹丸速度、火药气体压力、弹丸摆角的变化规律。计算结果表明,弹炮间隙对挤进阻力和挤进速度有着重要的影响,而弹丸卡膛前摆角对弹丸挤进过程中的摆角有着重要的影响。     

转膛自动机弹带二次挤进过程数值模拟

为研究转膛自动机转膛衬套与身管衬套膛线不等高带来的弹带二次挤进问题,建立反映膛线高度差的弹 带二次挤进过程分析有限元模型。通过数值仿真获得弹带完全挤进转膛衬套和身管衬套的应力、变形和温度;仿真 结果与实弹射击回收的弹带刻痕吻合较好,说明所建立有限元模型具有一定的可信度。对比转膛衬套采用半高膛线 与全高膛线的仿真结果表明：转膛衬套与身管衬套膛线不等高显著影响弹带挤进过程,采用半高膛线能使弹带挤入 转膛衬套更平稳,但弹带在二次挤进身管衬套时会产生更强的冲击;采用全高膛线在弹带挤入转膛衬套时更困难, 但在二次挤进身管衬套时较为平稳。     

基于热力耦合有限元模型的弹带挤进过程及内弹道过程的仿真研究

为了更好地揭示弹带和身管的相互作用过程,建立了弹炮热力耦合有限元分析(FEA)模型,采用Fortran子程序结合显式有限元方法对挤进过程以及随后内弹道过程进行了数值模拟。计算结果和实验数据对比验证了热力耦合模型的准确性。仿真结果表明：采用经典内弹道模型时,次要功系数随时间变化并存在极值;在挤进过程中,弹带表层受热软化对内弹道过程有显著影响;对于药筒定装式炮弹,计及拔弹力可以提高挤进过程及随后内弹道过程的计算精度。     

某型火炮弹带挤进数值模拟与分析

针对火炮弹带挤进的复杂过程,利用UG建立装配模型,使用ABAQU对弹带挤进过程进行了数值模拟与仿真,得到了较为合理的计算结果。对结果进行了动态分析,获得了弹带的变形和应力的变化规律,为今后的设计与校核提供了依据。     

固体发射药火炮身管热散失模拟研究

为了从理论上直接计算火炮发射过程中身管热散失并提高计算精度,选取经典内弹道模型,使用四阶龙格库塔法对内弹道模型进行求解,得到了内弹道时期火药燃气温度,采用拟合公式求解后效期火药气体温度,确立传热初始条件。使用马蒙托夫约定和实验拟合公式确立内、外边界的换热系数。基于传热学理论建立了身管径向一维传热模型,对方程组差分求解,得出火炮身管的温度分布,得到了发射过程中身管的热散失。结果表明:单发射击情况下,火炮通过身管散失的能量占发射药总能量的16.45%;连发射击情况下,身管热散失占总能量的16.45%～13.81%,呈下降趋势。     

弹带宽度对弹丸挤进过程的影响分析

弹丸挤进过程是火炮发射继点火传火之后的起始阶段,弹带结构对弹丸挤进过程有一定的影响。针对某大口径火炮,基于 Hypermesh和 Abaqus建立5种宽度弹带的挤进过程有限元模型,采用载荷幅值子程序的方法,联合求解内弹道方程组和非线性有限元过程,计算火药燃气压力作为载荷边界条件,进行数值模拟计算。研究结果表明,在相同装药条件下,弹带宽度对挤进终了速度影响较小。较宽弹带受到挤进阻力和摩擦力较大,对应的挤进压力较大,全弹带挤进耗时较长。综合考虑身管寿命、火炮保养和弹带制造成本,59 mm是5种工况中较为理想的弹带宽度。     

金属内衬对复合材料身管热性能影响分析

采用金属内衬外部缠绕纤维增强复合材料,可以减轻纯金属身管质量,提高身管刚度。为了详细分析复合材料身管金属内衬对身管热性能影响,运用有限差分法建立了武器发射时复合材料身管瞬态数值传热模型,并结合多个设计方案编制通用程序对金属内衬影响复合材料身管热性能进行数值定量分析。结果表明金属内衬厚度对于复合材料身管的传热性能有很大的影响,内衬层越厚对提高复合材料身管热性能越有利,但影响减重,因此在复合材料身管的综合优化设计中必须有重点综合考虑。     

复合材料身管数值传热分析

文中运用有限差分法建立了武器发射时复合材料身管传热模型，并结合多个设计方案对复合材料身管的温度场进行了数值分析，对于复合材料身管的综合设计提供了重要的参考价值。