125mm滑膛炮高膛压火炮身管及液压自紧技术匹配设计(2)

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5.1建模 35

5.2 划分网格 35

5.3 边界条件 36

5.4施加载荷 36

5.5挠度计算 37

5.6 结果分析 37

6总结 38

结论 40

致谢 41

参考文献1

附录A 身管强度计算校核序 2

附录B 低温内弹道参数 3

附录C 常温内弹道参数 12

附录D 高温内弹道参数 20

1 绪论

1.1 课题背景和意义

身管是火炮的重要部件，在发射时承受高压火药燃气作用。自紧身管在制造对其内壁施以高压，使身管由内到外局部或全部产生塑形形变。在高压去掉以后，由于各层塑形变形不同，造成外层对相邻内层产生压应力，使得身管强度得以提高。近些年来,随着现代化火炮威力性能的急速提升，各种高爆温、高火药力发射药不断开发应用，由此造成身管所需的承载能力要求越来越高。高膛压、大负载、轻重量是现代火炮的主要特点，为了提高火炮的威力性能，并适应现代化战争需求,自紧工艺已成为高膛压身管加工工艺中的不可或缺的一部分。

现役火炮身管的自紧通常采用三种方式:液压自紧、机械自紧和爆炸自紧。三种工艺的设计方法各不相同。三种方式中，液压自紧法是比较成熟且应用比较广泛的方法，其原理是利用高压液体直接作用在身管内表面上引起管内壁塑形变形，在身管内表面的一定区域内产生了有利的残余应力分布，与同等未经过液压自紧处理的身管相比，其疲劳寿命和承载能力大大提高，且液压自紧法对身管毛坯尺寸公差要求不大，自紧的均匀度较好，成本低廉，在自紧时通过外壁的膨胀量还可以发现材料和锻造工艺的缺陷，身管使用的安全性高。因此，国内外对高膛压火炮身管设计与制造普遍采用液压自紧法。论文网

本文以某坦克炮身管及承载能力需求的膛压数据为依据，结合现有炮钢材料屈服强度及企业加工精度、制造工艺等实际情况，采用高低温法绘制膛压包络曲线，采用液压自紧法，设计能够满足现代坦克炮发射承载能力需求的身管，并给出能够指导实际生产的液压自紧控制曲线。

1.2 国内外研究现状

1.2.1国外研究状态

自紧工艺出现较早，经了解，法国身管自紧技术的应用已有35年历史，除对新型120mm膛压700 MPa的坦克炮必须进行自紧外，其大口径火炮也均采用液压的自紧方式来提高身管强度。法国液压自紧的特点是使自紧后的炮管尽量接近成品尺寸,自紧的压力接近于射击膛压或稍高一点。如AMx32坦克上的120mm滑膛炮,静载荷膛压700 MPa,强装药时射击膛压为670千帕,自紧压力为800 MPa,约比射击膛压高20%。

1.2.2国内研究状态

局限于国外的技术和设备条件的封锁，国内于1984年从瑞士引进超高压设备进行坦克炮身管的液压自紧。北京理工大学才鸿年院士早先在国内最早指导并开展液压自紧设计研究，为我国坦克炮身管设计作出突出贡献。黄小平、崔维成等国内结合材料的实际的拉-压应力应变曲线,在建立厚壁管自增强理论模型时，同时考虑材料应变硬化行为和包辛格效应.通过直接对实际的材料拉-压应力应变曲线进行了四段拟合得到所需参数,更好地反映了材料的应力-应变特性,给出了更为精确的残余应力计算结果。结果表明,采用该模型预测的残余应力和实验测试结果更加吻合,比其它三种自增强理论模型的预测结果更为精确[15]。潘立功、徐承业、刘信声等用Trseca屈服条件和相关联的塑性流动法则以及混合硬化模型,给出了受内压作用下厚壁圆管的弹塑性加载和卸载的封闭解,得到了平面应变、开端和闭端三种情况下位移、应变和应力的解析表达式,并将所得到的结果与各向同性硬化和运动硬化模型的结果进行了比较,给出了具体数值算例。[5]