身管弹膛和线膛同锻时下沉段皱褶试验研究及其预测

身管弹膛和线膛同锻技术可用径向精锻工艺同时锻出弹膛和线膛,将彻底解决身管弹膛和线膛的同轴度问题,改善坡膛部位的表面粗糙度。为提高身管内膛的加工质量,以身管弹膛和线膛同锻为对象,研究下沉段和锻造段产生的褶皱以及演变情况。通过对身管径向锻打试验和形貌试验分析处理,发现弹膛和线膛同锻时：下沉段将会产生褶皱,并且褶皱随着变形的增加,深度不断加深;当进入锻造段后,部分皱褶被打平,变成了身管微裂纹。应用有限元分析软件Abaqus对身管锻打过程进行仿真,发现锻打过程中下沉段径向应变ε_r和周向应变ε_θ的比值[SX(]ε_r[]ε_θ[SX)]为定值,不同锻打工艺参数下应变比值不同。研究结果表明：身管下沉段单次锻打产生的褶皱深度Δd_w可以用径向应变ε_r和周向应变ε_θ的比值[SX(]ε_r[]ε_θ[SX)]来表示,拟合的关系式为Δd_w=0.058 8[SX(]ε_r[]ε_θ[SX)]+0.052 1;结合锻打所需的锤数可以预测出下沉段结束位置的皱褶深度,皱褶深度的预测有助于防止褶皱在锻造段挤压形成锻造身管的微裂纹。     

精锻身管弹膛内壁成形圈纹缺陷机理研究

精锻身管弹膛成形是弹线膛同锻工艺中的重点和难点,弹膛内壁的成形质量直接关系到身管的精度和使用寿命,内壁产生圈纹是弹膛部位主要的成形缺陷。分析弹膛在锻造过程中身管内壁材料的受力特点和流动情况,结合有限元仿真和试验研究,通过圈纹产生的位置分析圈纹产生的原因,并建立相关的判断准则。对比弹膛内壁材料应力分析曲线和枪管锻打试验结果,发现环向圈纹的产生与内壁受压失稳有关,弹膛内壁在锻造过程中的切向应力分量超过临界值即出现失稳起皱现象。进一步研究发现,弹膛部位的锻造段锻造比达到临界值时,内壁产生的圈纹会在后续锻打过程中被重新压平,消除弹膛成形缺陷。结果表明：身管弹膛内壁在锻造过程中切向压应力超过约2 150 MPa即 发生失稳从而产生环向圈纹;压平弹膛内壁环向圈纹的锻造段锻造比阈值约为28.5%.     

大口径火炮膛线结构对滑动弹带弹丸膛内运动影响的数值分析

以大口径身管火炮发射减旋滑动弹带制导弹药时弹丸-身管耦合系统为研究对象,基于弹塑性有限元理论,建立某大口径火炮线膛身管与制导炮弹耦合动力学有限元模型。数值计算了渐速膛线、等齐膛线、混合膛线（渐速膛线+等齐膛线）3种不同膛线形式和深、浅两种膛线深度条件下,制导炮弹在挤进阶段和膛内运动过程中的弹炮应力、挤进阻力以及弹炮动力学响应,获得了大口径火炮膛线结构对滑动弹带制导弹丸膛内运动的影响关系,为弹炮一体化设计提供了理论参考。     

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。     

身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞响应分析

为了研究膛内运动过程中身管内膛与弹丸前定心部间的接触碰撞响应特性,以某口径火炮为原型,建立了身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞有限元弹塑性动力学模型,模拟实际接触碰撞过程; 为确保所获有限元模拟结果具有较高精度,分别从模型收敛性和罚因子设置两方面,对所建立的身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞模型进行验证; 基于已验证的有限元模型,对比分析不同初始接触碰撞速度及不同内膛磨损程度下相关接触碰撞物理量变化规律。结果表明:①接触碰撞过程能量损失与初始接触碰撞速度密切相关,初始接触碰撞速度越大,接触碰撞过程中的能量损失也越多; ②接触碰撞最大时刻,与弹丸前定心部发生接触碰撞的身管膛线条数接近身管总膛线条数的一半。     

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。     

冷径向锻造身管壁厚方向变形不均匀性研究

为分析冷径向锻造身管壁厚方向变形的不均匀性,通过有限元软件、力学拉伸试验和织构研究了身管壁厚方向的变形场、力学性能和织构组分。研究结果表明：身管成形过程中,外表层和中间层材料存在较大剪切应力,受剪切应力的影响,身管壁厚方向各层材料流动速度不一致,引起身管锻造变形不均匀;受变形不均匀的影响,在身管中间层和外表层材料形成剪切织构({112}111, {110}001）,导致锻后身管壁厚方向轴向强度性能存在明显差异,表现为外表层和中间层强度较低,内表层强度较高。为对锻后身管壁厚方向变形不均匀性进行控制,通过控制变量法分析了锻造比、尾端压强、轴向进给速度、锤头锻打频率和锤头角度对身管中间层剪切应力分布的影响规律。分析结果表明：选用较高的轴向进给速度和较小的锤头入口角可以降低成形身管壁厚方向的变形不均匀性。     

身管精锻过程跨尺度多晶体塑性有限元模拟与织构预测

径向精锻是一种先进的身管制造方法。身管的多晶体材料经锻打后,晶粒会发生择优取向形成织构,在宏观上产生各向异性现象,这是普通有限元方法所无法模拟的。利用数学软件Matlab和程序设计语言Python联合编程并结合有限元软件ABAQUS,建立身管精锻宏观模型和细观多晶体模型;应用跨尺度方法,开发程序实现了宏观力学至微观力学边界条件的继承,使研究的晶粒尺寸达到了真实尺寸。分析微观多晶体模型的晶粒取向变化,使用Matlab编程画出锻后多晶体材料的极图和取向分布函数图,并用X射线衍射试验验证了晶粒取向模拟结果的正确性。建立了将身管径向精锻从宏观锻造到细观织构联系起来的一套研究方法,为预测锻后身管性能变化提供了思路。     

线膛身管建模方案及弹炮耦合问题研究

为解决线膛身管有限元建模依赖专业软件Hypermesh 的问题,提出基于ABAQUS 和Matlab 软件的联合 建模方案,研究具有初始挠度线膛身管有限元建模流程。基于Von Misses 屈服准则和Johnson-cook 强化模型,建立 考虑弹带弹塑性和身管初始挠度的弹炮耦合模型,分析弹丸在膛内的运动规律。结果表明：考虑身管自重弯曲后, 弹炮耦合作用加剧,身管弯曲对弹丸横向和纵向运动均有明显影响。     

基于弹塑性接触／碰撞模型的弹炮耦合问题研究

采用等参六面体缩减积分单元,分别建立了火炮有膛线身管和无膛线身管与弹丸的接触/碰撞有限元模型,弹丸的弹带采用双线性弹塑性材料模型,考虑了弹丸弹带、前定心部与膛壁的碰撞及膛线对弹丸的扭转作用,对弹丸在膛内的运动过程进行了仿真计算.对比2种模型的计算结果表明,膛线与弹带的接触/碰撞对弹丸在膛内运动时期及后效期的飞行姿态影响较大,建立膛线和弹带的精确有限元模型是必要的.     

身管线膛精锻加工过程的数值分析

身管线膛精锻加工工艺是身管线膛制造的一种新方法,它可以提高生产效率,同时经线膛精锻加工的身管寿命比常规加工的身管寿命高,精度好。因此,身管精锻工艺已广泛应用到欧美的大部分速射武器身管的制造中。我国虽然已将线膛精锻工艺应用到部分口径的身管生产中,但其工艺基础理论分析却非常缺乏。以某身管线膛精锻加工过程为研究对象,用基于拉格朗日方程的大变形刚塑性有限元商用软件DEFORM-2D对身管精锻加工过程中的应力及径向锻压力进行建模和数值分析,用实验验证了模型和方法的正确性,改变精锻加工过程中的加工参数和模具结构参数,找出加工参数和模具结构参数对加工过程的定量影响规律,从而对实际加工过程中工艺参数的优化选取提供参考。     

火炮身管内膛表层温度及其梯度规律研究

火炮射击过程中高温火药燃气可使身管内膛表面材料强度降低、发生相变甚至形成熔融态,加速身管内膛表面形成烧蚀、冲刷、磨损及开裂等损伤,研究身管内膛表面温度及梯度对揭示身管损伤机理具有重要意义。以大口径155 mm火炮身管对象,建立身管热-结构耦合动力学模型,仿真研究阳线棱边倒角、表面镀铬等对身管内膛表层温度的影响规律,结合实弹射击试验后身管内膛表面热影响层检测对仿真结果进行对比。研究结果表明：身管内膛表层温度沿径向快速衰减,形成极大的温度梯度,表面温度达到1 500 ℃、190 μm处温度超过727 ℃;阳线棱边存在明显的热累积,温度比阳线表面高出300 ℃以上,阳线棱边倒角后温度约降低100 ℃;内膛镀铬后可使基体温度降低约400 ℃。     

中国高速铁路几个重要零件的精锻成形

介绍了为适应高铁对轨道及列车提出更高安全性、可靠性和舒适性要求,当前国内高铁某些重要零件采用的精密锻造成形工艺、无切削全纤维模锻成形工艺及一次加热模锻成形自动化操作工艺;概述了高铁车轮锻压技术研究进展和高铁车轴的径向锻造工艺和楔形模横轧工艺。此外,文章还介绍了高速列车制动盘锻压技术的研究现状。     

基于PSD 的火炮身管膛线精度测量数据补偿方法

针对火炮身管内部膛线测量技术及自动检测问题,提出一种精度测量数据补偿方法。搭建火炮内膛检测 机器人测量系统。采用激光测距仪对火炮身管阴阳线内径进行测量,使用PSD 激光位置传感器对火炮身管轴线与测 量系统轴线的偏心距离进行测量,分析检测误差产生的原因,推导基于矢量三角法的测量数据精度补偿算法和误差 补偿计算公式,通过补偿前后数据的对比分析,结果表明：该测量补偿方法是有效的,能够解决火炮内膛轴线与机 器人旋转中心不重合产生误差的问题。