【摘要】：彈丸膛內(nèi)起始運(yùn)動(dòng)包含彈丸卡膛和擠進(jìn)兩個(gè)過程,是高溫、高壓、密閉環(huán)境下的復(fù)雜瞬態(tài)非線性問題,卡膛和擠進(jìn)過程作用時(shí)間均在毫秒量級(jí),擠進(jìn)過程結(jié)束時(shí)彈丸運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)幾十米每秒甚至更高,這個(gè)復(fù)雜過程存在幾何非線性、邊界非線性以及材料非線性等特征。對(duì)彈丸起始運(yùn)動(dòng)的研究是開展火炮自動(dòng)武器膛線磨損、彈帶削光、身管壽命、射擊精度以及彈丸優(yōu)化設(shè)計(jì)方面研究不可缺少的基礎(chǔ)工作。針對(duì)起始運(yùn)動(dòng)過程中的問題,本文針對(duì)以下幾點(diǎn)展開工作:(1)簡(jiǎn)要敘述了大變形有限元分析中用到的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)有關(guān)理論,包括基于拉格朗日方法對(duì)物體運(yùn)動(dòng)以及變形的描述,應(yīng)力應(yīng)變及其客觀率形式的度量方法,彈塑性本構(gòu)方程的構(gòu)建方法以及求解動(dòng)力學(xué)問題的有限元方法;(2)彈帶材料在裝配到彈丸的過程中受到加工硬化的作用,力學(xué)性能得到了明顯的強(qiáng)化,本文結(jié)合彈帶材料在膛內(nèi)起始運(yùn)動(dòng)過程中所受環(huán)境,利用高溫分離式霍普金森壓桿(SHPB)實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)彈帶材料在高溫、大應(yīng)變率下的力學(xué)特性進(jìn)行了研究,利用幾種常見的本構(gòu)方程對(duì)彈帶材料的高溫動(dòng)態(tài)力學(xué)特性進(jìn)行描述,提出一種以溫度分段修正的Johnson-Cook本構(gòu)方程并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行了擬合;(3)彈帶與身管之間的摩擦存在相對(duì)滑動(dòng)速度高、接觸面間正壓力大的特點(diǎn),在金屬間高速高接觸壓力摩擦過程中,接觸面會(huì)出現(xiàn)快速溫升,較大的接觸壓力使得接觸表面材料發(fā)生塑性變形,材料在接觸面上發(fā)生粘結(jié)摩擦現(xiàn)象,較軟或熔點(diǎn)較低的金屬材料會(huì)發(fā)生局部剪切現(xiàn)象,局部剪切帶中承受了大部分的切應(yīng)變以及溫升,考慮彈帶材料在局部剪切現(xiàn)象中所能承受的最大切應(yīng)力,得到了固體接觸狀態(tài)下的彈帶身管間摩擦模型,結(jié)合達(dá)到熔點(diǎn)后的熔化液膜內(nèi)流體動(dòng)力學(xué)特性,得到描述擠進(jìn)過程中彈帶與身管間的摩擦模型;(4)假設(shè)擠進(jìn)過程中的火藥氣體分布在帶有錐度的藥室及坡膛內(nèi),將彈帶的變形能以及摩擦耗散功考慮到能量平衡方程中,得到了包含有彈丸運(yùn)動(dòng)參數(shù)的內(nèi)彈道方程,其中次要功可以通過有限元?jiǎng)恿W(xué)模型進(jìn)行精確計(jì)算。利用四階亞當(dāng)斯多步方法對(duì)內(nèi)彈道微分方程進(jìn)行求解,通過彈丸擠進(jìn)過程中的火藥氣體壓力分布得到了彈底壓力變化規(guī)律;(5)對(duì)大口徑火炮彈丸起始運(yùn)動(dòng)過程中的彈帶動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究,使用一種高效的熱粘彈塑性本構(gòu)積分方法對(duì)動(dòng)力學(xué)模型中的應(yīng)力進(jìn)行求解,將基于實(shí)驗(yàn)擬合得到的彈帶材料修正Johnson-Cook本構(gòu)方程引入到了彈丸卡膛動(dòng)力學(xué)模型中,以其計(jì)算結(jié)果作為初始條件,將擠進(jìn)過程彈帶身管間摩擦模型、擠進(jìn)過程內(nèi)彈道方程通過子程序接口引入ABAQUS/Explicit非線性有限元計(jì)算過程,對(duì)熱力耦合的彈丸擠進(jìn)運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行計(jì)算�？紤]彈炮間隙,彈丸初始姿態(tài)以及卡膛速度等不確定因素得到了彈丸膛內(nèi)起始運(yùn)動(dòng)以及彈帶和身管間相互作用規(guī)律,得到各個(gè)不確定因素對(duì)彈丸膛內(nèi)起始運(yùn)動(dòng)過程各個(gè)參數(shù)的影響強(qiáng)弱。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TJ301
【圖文】：

在某一固定時(shí)刻，物體中質(zhì)點(diǎn)位置的集合稱為該時(shí)刻物體的構(gòu)型，通常選取初始時(shí)逡逑刻或者物體的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)刻作為參考構(gòu)型以方便描述物體的運(yùn)動(dòng)與變形。考慮參考構(gòu)型逡逑中兩個(gè)相鄰質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的矢量ｄＸ，經(jīng)過變形在現(xiàn)時(shí)構(gòu)型中變?yōu)椋洌鐖D２．１所示。逡逑ｄｘ邋＝邋ｘ（Ｘ邋＋邋ｄＸ，ｄ－；ｃ（Ｘ，ｄ，對(duì)ｘ（Ｘ邋＋邋ｄＸ，0在Ｘ處做泰勒展開，略去高階小項(xiàng)，得到下逡逑式：逡逑ｄｘ邋＝邋—－ｄＸ邐（２．２）逡逑ａｘ逡逑１２逡逑

邐（２．４６）逡逑式中，Ｇ為柯西應(yīng)力，Ｔ，為垂直作用在面元上的力，ｆ為面元上的法向應(yīng)力，ｎ為在現(xiàn)逡逑時(shí)構(gòu)型中面兀法向量，ｄｄ為面兀面積。由圖２．２的描述可知，柯西應(yīng)力張量在度量應(yīng)逡逑力的變化過程中會(huì)受到剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的影響，所以考慮將面元上的力投射到初始構(gòu)型中，這逡逑樣可以不計(jì)物體剛體位移對(duì)應(yīng)力的影響：逡逑＝邋ｌｉｍ邐（２．４７）逡逑從”０邋ＡＡ０邋ｄ邋Ａ０逡逑ｔ＊（，，）邋＝邋Ｐ－ｎ＇，邋ｄＸ＝Ｐ－ｎ＇ｄＡ邐（２．４８）逡逑式中，ｎ＇為對(duì)應(yīng)初始構(gòu)型中面元法向矢量，ｄ４＞為對(duì)應(yīng)面元在初始構(gòu)型中的面積。逡逑Ｎａｎｓｏｎ公式給出了變形前后面元面積以及面元單位法向矢量之間的關(guān)系：逡逑ｄＡ邋＝邋Ｊ（Ｆ＿ｌ）Ｔ－ｄＡ0邐（２．４９）逡逑其中，？／為變形梯度的行列式值，＊／邋＝邋｜Ｆ｜，則由式（２．４６）－（２．４９）可得：逡逑Ｐ邋＝邋Ｊｏ－（Ｆ＇＇）＇邐（２．５０）逡逑１８逡逑

邐（２．５３）逡逑ｄ，－＞ｏ邐ｄ／逡逑式中，上標(biāo)%獎(jiǎng)硎疚錮砹康目凸勐市問�。哇E玻持兄實(shí)悖小冢械愕睦窶嗜兆晗抵繡義獻(xiàn)晡洌�，在Ｐ点建立用剬�(shí)鬩黃鹱鏊彩備仗遄畝晗擔(dān)⑶壹偕柙冢劍浚洌義鮮笨濤鍰褰齟嬖詬仗遄蛩嫣遄晗抵兇輳洌�，不受刚体转动祿习蠚e粗實(shí)闥俁儒義峽梢孕次洌觶澹劍ィ洌歟蠐校哄義希洌�，邋＝邋ｄ．ｙ，邋＋邋ｄ邋Ｓz澹洌翦澹藉危歟鄭歟洌簦洌叔危ǎ玻擔(dān)矗╁義�？辶x希校у義希校危劐義�、时刻／＾鍐柋矿w義希洌體義希皰義希義賢跡玻沉礁魷嗔謚實(shí)愕腦碩義隙ㄒ澹跡蓿皆冢ュ澹洌蛄扛仗逶碩討械淖甌浠徽帕�，捂D遄齦仗逶碩保厝灰義锨

本文編號(hào)：2804989