發(fā)布時間：2020-03-21 19:13

【摘要】：隨著身管武器裝置的迅猛發(fā)展,發(fā)射膛壓、發(fā)射精度和發(fā)射安全性的指標也在不斷提高,這一領域的研究進展受到了世界各國的廣泛關注。身管結(jié)構(gòu)作為身管類武器發(fā)射裝置的核心部件,需要在外力作用下維持內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,因此身管結(jié)構(gòu)必須有良好的機械強度和剛度。同時還需要盡可能降低結(jié)構(gòu)的重量以滿足武器裝置的輕量化。纖維纏繞復合材料具有比重輕、比剛度大、比強度高和可設計性強的獨特優(yōu)勢,同時纖維纏繞中的大張力纏繞工藝可以在纏繞過程中提供身管結(jié)構(gòu)所需要的壓緊力,這些特點完美地契合了身管結(jié)構(gòu)的使用要求。但大張力纏繞工藝復雜,力學分析方法與常規(guī)張力明顯不同,因此研究大張力纏繞的工藝實現(xiàn)和身管結(jié)構(gòu)中的大張力纏繞力學分析方法是十分重要的。本文首先從復合材料基本力學理論、纖維纏繞原理和有限元仿真基本方法入手,確定了大張力纏繞復合材料的力學分析思路,為復合材料結(jié)構(gòu)的解析計算與有限元仿真提供理論依據(jù)。其次,從大張力纏繞工藝角度出發(fā),對不同復合材料體系進行了比較,對最適用于身管大張力纏繞的復合材料體系測試了不同纏繞張力下的材料力學性能參數(shù),為大張力纏繞力學分析中材料參數(shù)輸入奠定了基礎。再次,以大張力纏繞軸對稱回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)為研究對象,通過解析計算的方法揭示了大張力纏繞結(jié)構(gòu)內(nèi)部應力分布的變化規(guī)律,并據(jù)此對身管纏繞的大張力纏繞張力制度進行了優(yōu)化設計。使用有限元仿真的方法對相同模型進行了驗證計算,仿真結(jié)果與解析結(jié)果相互吻合,驗證了有限元仿真方法的可行性。隨后,使用前文驗證的有限元仿真方法,對一種簡化身管模型的大張力纏繞結(jié)構(gòu)進行力學分析,揭示了身管大張力纏繞過程中纏繞應力、芯模表面接觸壓力的分布規(guī)律,計算了身管內(nèi)部壓縮應變與纏繞厚度之間的關系,并預測了抵抗一定內(nèi)腔斥力作用時身管結(jié)構(gòu)所需要的大張力纏繞厚度。最后,對身管模型開展了大張力纏繞實驗,測試了大張力纏繞過程中身管內(nèi)部結(jié)構(gòu)壓縮應變與纏繞厚度之間的關系。對纏繞完成的身管模型開展斥力實驗,測試了身管內(nèi)部結(jié)構(gòu)的壓縮應變與身管內(nèi)腔加載斥力大小之間的關系,將兩者測試結(jié)果分別與有限元仿真結(jié)果對比,驗證了大張力纏繞結(jié)構(gòu)有限元仿真方法的正確性。
【圖文】：

圖 1-1 美國通用原子能公司“閃電”電磁軌道炮樣機[6]隨著電磁軌道炮的問世，傳統(tǒng)鋼材料已經(jīng)不能滿足先進武器裝備的材料性能需求[25-29]，而先進復合材料具有比強度高、比模量高、耐燒蝕、透波等一系列優(yōu)點，能夠整體提高身管結(jié)構(gòu)的性能，從而適應未來戰(zhàn)爭對于武器裝備的高科技要求。國外較早開展了用纖維增強復合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼材料來制造身管結(jié)構(gòu)的研究，并進行了大量的試驗探索，取得了許多重要的科研成果。美國先后研制出了多種口徑的復合材料身管[8,30-34]，如美國彈道研究所將四層 13 mm 厚的玻璃纖維增強復合材料與十層鋁箔材料相互交替排列制得 M68型105 mm 身管結(jié)構(gòu)，因其結(jié)構(gòu)重量大大減輕，性能穩(wěn)定，已經(jīng)投入部隊裝備使用。增強纖維材料的發(fā)展也進一步促進了復合材料在身管結(jié)構(gòu)中的深入應用，隨著更高強度、更高模量的碳纖維材料的出現(xiàn)，美國陸軍材料與力學研究中心將碳纖維增強樹脂基復合材料用于 75 mm 轉(zhuǎn)膛炮的復合加長身管，由于碳纖維增強樹脂基復合材料的比剛度是傳統(tǒng)鋼的 4 倍，比強度是傳統(tǒng)鋼的 5 倍，制得的身管達到了減重 37%的目標，同時由于復合材料的獨特優(yōu)勢，使復合型身管的固

圖 2-1 環(huán)向纏繞示意圖繞僅能在等截面的軸對稱回轉(zhuǎn)體上進行纏繞，纏繞過程~90°之間，，在纏繞過程中必須保持芯模和導絲頭的平行。繞工藝參數(shù)之間的關系。圖 2-2 環(huán)向纏繞參數(shù)關系α 是纏繞角，指紗片與芯模的中心軸線之間的夾角，b為
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB33;TJ03

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本文編號：2593805