自紧－时效圆筒残余应力与强度的研究（Ⅰ）──半精加工圆筒的残余应力

基于理想弹－塑性模型，对半精加工自紧－时效圆筒的应力状态进行了分析，导出了残余应力的数学表达式，计算了模拟钢管的残余应力值，采用Ｓａｃｈｓ镗削法测定了模拟管的残余应力值，并将二者作了比较。结果表明，理论预期值与实验测定值吻合较好，从而证实了理论分析的可靠性。     

自紧厚壁圆筒静压强度模拟试验研究

介绍38CrNi3MoV钢制厚壁圆筒模拟管的试制过程,对6支厚壁圆筒模拟管进行液压自紧和静压强度模拟试验。结果表明:在壁厚比1.6和1.65、自紧压力720～780 MPa、材料强度Rr0.1≥1 280 MPa条件下,采用液压自紧工艺后6支厚壁圆筒模拟管实测静压强度达520～575 MPa,实测静压强度为理论静压强度的70%～76%。     

自紧载压低温处理厚壁圆筒的强度及疲劳寿命研究

将6支中小尺寸模拟管进行自紧载压低温处理,对3支精加工前后的小尺寸模拟管和3支精加工后的中尺寸模拟管分别进行弹性强度测试,将具有内表面预制裂纹的6支中小尺寸模拟管进行液压循环疲劳寿命试验。结果表明:当壁厚比为1.768、自紧度为0.8、模拟管材料屈服强度Rr0.1≥1 200 MPa时,精加工后模拟管实测强度为700~721 MPa(自紧压力为756~792 MPa);在循环压力600MPa下,6支模拟管都以穿透型形式泄漏破坏,最终疲劳寿命为2504~3499次。     

一种自紧厚壁圆筒非线性混合硬化模型及残余应力分析

为准确地计算自紧身管强度及疲劳寿命,建立一种能反映其非线性应力与应变关系和包辛格效应等性能的材料本构模型,用以提高残余应力计算精度。基于非线性随动硬化模型,建立一种适用于表征自紧身管力学性能的非线性混合硬化模型,通过数值计算可获得残余应力分布情况;为提高数值计算的收敛速度,结合所建立的材料本构模型和各参量间的弹塑性关系,推导了与本构模型密切相关的一致切线刚度矩阵;为验证该本构模型的正确性,综合运用拉压试验和优化算法确定材料参数,进行了自紧身管残余应力有限元数值计算及分析。结果表明：数值计算的残余应力分布曲线与试验数据基本吻合;建立的炮钢本构关系模型能真实反映自紧厚壁圆筒的残余应力分布情况。     

火炮身管(厚壁圆筒)机械自紧理论探讨

结合实验具体分析了机械自紧机理，并建立了理论计算公式，通过与实验数据比较，误差很小。由于机械自紧有较大的轴向残余应力（约相当于６５％切向残余应力），正好抵抗了火药气体的冲刷和弹丸的摩擦，所以不单具有同液村自紧一样提高炮管强度的作用，同时有提高炮管寿命的作用。     

自紧厚壁圆筒临界裂纹尺寸的可靠性分析方法

基于概率断裂力学理论和Monte Carlo模拟方法,给出了自紧厚壁圆筒临界裂纹尺寸的可靠性分析方法。应力强度因子由MMC法(修正的保角映射-边界配位法)或权函数法计算,并考虑了表面半椭圆裂纹修正;各参量的随机分布由实测数据分析进行:临界裂纹尺寸的样本分布由Monte Carlo模拟获得,最后给出各种置信度和可靠度下的临界裂纹尺寸。     

一种新的机械自紧厚壁圆筒塑性半径计算方法

为推导一种新的机械自紧厚壁圆筒塑性半径的计算公式,首先采用ANSYS对不同摩擦系数的机械自紧进行数值模拟,发现摩擦系数对残余应力和塑性半径无影响,因此在推导塑性半径计算公式时可不考虑摩擦系数的影响;其次根据机械自紧过程中冲头圆柱段和厚壁圆筒接触处径向应力相等推导出了塑性半径的计算公式.利用该公式计算了9个不同模拟管的塑...     

自紧身管残余应力的一种解析解

根据炮钢材料在加载与卸载过程中的真实应力应变关系,应用弹塑性厚壁圆筒的一般理论,建立了考虑加载、卸载线性强化及鲍辛格效应的应力方程.最终给出了一种液压开端自紧身管的残余应力解析解.并以相应的残余应力测试实验证明,该解析解具有很高的精度.     

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。     

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。     

强化材料液压自紧圆筒的残余应力和强度

本文按照广义平面应变问题,采用修正的Mises屈服准则及形变理论导出了具有应变硬化、包兴格(Bauschinger)效应的强化材料液压自紧圆筒的残余应力公式及其强度公式。经实验验证,这些公式不仅简单而且计算精度较高。     

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.     

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。     

基于统一强度理论的自紧身管残余应力分析

基于统一强度理论,考虑材料拉压异性和鲍辛格效应的影响,采用双线性强化材料模型对身管进行自紧分析,推导了身管加载应力、卸载应力、残余应力及工作应力的解析解,得到了弹塑性交界面半径、反向屈服半径的计算公式,提出了最佳自紧度和自紧压力的计算方法,通过与实验数据进行对比,验证了本文理论解的正确性,分析了材料拉压强度比、中间应力系数等参数对身管残余应力、弹塑性交界面半径、反向屈服半径和最佳自紧压力的影响。结果表明,反向屈服半径、弹塑性交界面半径、弹塑性交界面处残余应力与材料拉压强度比成正比,与中间应力系数成反比;最佳自紧压力与材料拉压强度比成反比,与中间应力系数成正比。     

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。     

圆筒外表面刻环型窄槽底端部应力强度因子K1的数值计算

用数值方法比较了圆筒外表面刻环形窄槽底端部与实心圆柱体中心处圆盘状窄槽底端部的应力分布,证明二者仅差一个常系数,从而以带圆盘状裂纹实心圆柱体的解为基础,给出了圆筒外表面刻环形窄槽底端部应力强度因子K1的有限元分析,为弹丸控制破片刻槽深度和刻槽宽度及弹体材料性能研究提供了重要参考。     

带裂纹厚壁筒的动态应力强度因子研究

研究了动载荷作用下带裂纹厚壁筒的应力强度因子。结果表明动态应力强度因子的最大值在加载时间上有滞后性现象,它的最大值随厚壁筒尺寸增加而增加。同时,发现动态应力强度因子比相应的静态应力强度因子大。     

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。