【摘要】：身管自緊技術(shù)是在身管內(nèi)膛施加一定的壓力使得身管內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的殘余應(yīng)力,自緊殘余應(yīng)力可以改善身管在使用時的受力情況,延長其使用壽命�，F(xiàn)有自緊身管研究大多針對大口徑火炮且均將其簡化為厚壁圓筒模型,忽略了身管內(nèi)部膛線以及鍍鉻加工的因素,并且針對身管所受到的沖擊載荷以及裂紋對自緊身管內(nèi)部應(yīng)力的影響同樣沒有考慮膛線及鉻層。本文針對上述問題,以某小口徑火炮身管為研究對象,對理論計算與有限元仿真進(jìn)行對比,并對考慮膛線加工及鍍鉻的情況進(jìn)行仿真研究。主要研究內(nèi)容如下:(1)針對某種新炮鋼材料,通過理論計算與數(shù)值模擬的方法對自緊身管所需要的自緊壓力與殘余應(yīng)力進(jìn)行計算與模擬,并對模型無關(guān)性進(jìn)行驗證,分析對比自緊過程中理論計算與數(shù)值模擬的不同及其原因;(2)對考慮膛線及鍍層加工的身管進(jìn)行自緊仿真,分析內(nèi)膛加工對自緊殘余應(yīng)力的影響,此外對不同自緊加工次序進(jìn)行仿真,研究不同自緊加工次序?qū)ι砉軞堄鄳?yīng)力的影響;(3)通過分析身管使用過程中的溫度-膛內(nèi)壓力耦合的沖擊載荷,對身管最大膛壓面處進(jìn)行沖擊載荷數(shù)值模擬,分析身管在單發(fā)及連發(fā)時不同位置的應(yīng)力狀態(tài)及殘余應(yīng)力變化規(guī)律;(4)通過擴(kuò)展有限元方法對自緊身管內(nèi)鋼鉻交界面預(yù)制不同裂紋的情況進(jìn)行仿真,分析裂紋的J積分變化規(guī)律以及自緊度對裂紋J積分的影響,并對裂紋對自緊殘余應(yīng)力的影響及裂紋擴(kuò)展趨勢進(jìn)行分析。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TJ301
【圖文】：

a）理想彈塑性炮鋼本構(gòu)關(guān)系 b）線性強化炮鋼本構(gòu)關(guān)系 c）指數(shù)強化炮鋼本構(gòu)關(guān)系圖 2.1 炮鋼本構(gòu)關(guān)系理想彈塑性炮鋼本構(gòu)關(guān)系中，彈性階段身管炮鋼應(yīng)力隨著應(yīng)變的增加而線性增加；塑性階段隨著應(yīng)變的增加身管炮鋼應(yīng)力始終為屈服極限，炮鋼本身沒有塑性強化作用。當(dāng)身管炮鋼的強化作用不明顯時，計算時可以使用理想彈塑性炮鋼本構(gòu)關(guān)系。線性強化炮鋼本構(gòu)關(guān)系中，彈性階段身管炮鋼應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系與理想彈塑性炮鋼本構(gòu)關(guān)系相同；塑性階段時，身管炮鋼應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系也呈線性分布，但其斜率要遠(yuǎn)小于彈性階段，此現(xiàn)象稱之為材料的線性強化。大多數(shù)身管炮鋼符合線性強化本構(gòu)關(guān)系，計算時可使用線性強化炮鋼本構(gòu)關(guān)系。指數(shù)強化炮鋼本構(gòu)關(guān)系中，在彈性階段與塑性階段身管炮鋼應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系均呈指數(shù)關(guān)系。指數(shù)強化炮鋼本構(gòu)關(guān)系適用于應(yīng)變較大的炮鋼。本文所研究的身管材料為某新型炮鋼材料，其密度為 7833Kg/m3，參照 GB/T 228.12010 制定相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)，加工好試樣后使用萬能材料試驗機進(jìn)行單向拉伸試驗，如圖

參照 GB/T 228.12010 制定相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)，加工好試樣后使用萬能材料試驗機進(jìn)行單向拉伸試驗，如圖2.2 所示。圖 2.2 材料拉伸試驗由拉伸試驗可以得到炮鋼的試驗數(shù)據(jù)如圖 2.3。對曲線進(jìn)行線性擬合，得到其在線性強化模型下的材料參數(shù)，其中彈性階段屈服極限為 1248.89MPa，彈性模量為 206057.3

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.00200400600800000應(yīng)變Equationy = a + b*xWeightNo WeightingResidual Sumof Squares755304.78828Pearson's r0.99853Adj. R-Square0.99707Value Standard ErrorC1Intercept -0.29298 0.98207C1Slope 206057.27608 287.41893Equationy = a + b*xWeightNo WeightingResidual Sumof Squares170419.55555Pearson's r0.95709Adj. R-Square0.91596Value Standard ErrorE1Intercept 1248.89032 1.07561E1Slope 2062.34135 106.1361圖 2.3 材料拉伸試驗及線性擬合曲線實際身管炮鋼的相關(guān)特性，文中以理對身管自緊加、卸載過程進(jìn)行理論計模型，可以采用極坐標(biāo)方法來表述其相對應(yīng)關(guān)系如圖 2.4 所示。

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