槍管是自動(dòng)武器的主要構(gòu)件,其作用是使自動(dòng)武器在射擊過(guò)程中讓彈丸具有相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)外彈道,使彈丸高速向前并作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),在槍口獲得一定的初速和保證飛行穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)速,它是決定彈丸初速、轉(zhuǎn)速、射角和射向的關(guān)鍵零部件。槍管壽命是指自動(dòng)武器在喪失其要求的戰(zhàn)術(shù)性能以前所發(fā)射的槍彈總數(shù),是自動(dòng)武器的主要性能之一。連續(xù)射擊過(guò)程中,槍管內(nèi)膛不斷受高溫、高壓、高速火藥氣體的作用以及彈頭導(dǎo)轉(zhuǎn)側(cè)的擠壓等綜合機(jī)械作用,造成膛線不斷燒蝕和磨損。隨著射彈數(shù)量的增加,燒蝕與磨損也在逐漸加劇,內(nèi)膛逐漸受到破壞,發(fā)射出去的彈丸的彈道性能也隨之破壞。一般表現(xiàn)為初速降低、射擊精度和彈丸飛行穩(wěn)定性變差,橢圓孔率變大等。燒蝕磨損是決定身管壽命的關(guān)鍵因素之一。改善內(nèi)膛和彈丸結(jié)構(gòu),合理選擇火藥種類、裝藥,是減少內(nèi)膛燒蝕的重要措施。文中指出了加入緩蝕劑、通過(guò)內(nèi)膛表面處理以及采用復(fù)合材料身管都能有效提高身管的壽命。機(jī)槍槍管燒蝕機(jī)理、壽命趨勢(shì)和壽命預(yù)測(cè)一直是國(guó)內(nèi)外關(guān)注和研究的重要課題,因此對(duì)大口徑機(jī)槍槍管壽命研究具有重要意義。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)本文建立了槍管瞬態(tài)傳熱模型,運(yùn)用顯式的有限差分法對(duì)槍管的熱傳導(dǎo)和熱應(yīng)力順序耦合進(jìn)行了研究,給出了槍管熱應(yīng)力的相關(guān)結(jié)果；(2)本文建立了六條圓弧形膛線槍管、矩形膛線槍管和鋸齒形膛線槍管有限元模型,采用顯式積分方式求解了三種工況下彈丸擠進(jìn)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng),并給出了彈丸在不同內(nèi)膛結(jié)構(gòu)下的損傷情況和擠進(jìn)壓力結(jié)果；根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn),結(jié)果具有很高的一致性。(3)基于XFEM有限元擴(kuò)展法,給出了膛線槍管鍍鉻層裂紋擴(kuò)展的模擬,預(yù)測(cè)了裂紋下一步擴(kuò)展方向和角度。通過(guò)與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)比,仿真結(jié)果具有足夠的精度,為裂紋擴(kuò)展研究提供了方法和手段。(4)分析了槍管疲勞壽命計(jì)算方法,采用FE-safe軟件分析了膛線槍管的疲勞壽命,給出了槍管壽命等值云圖和載荷安全系數(shù)。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TJ203.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究的意義和背景
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國(guó)內(nèi)外同類型輕武器壽命對(duì)比
        1.2.2 國(guó)內(nèi)外基礎(chǔ)理論研究狀況對(duì)比
        1.2.3 國(guó)內(nèi)外加工工藝方面的狀況對(duì)比
        1.2.4 槍管內(nèi)膛表面處理技術(shù)的狀況對(duì)比
    1.3 本文工作內(nèi)容
2 槍管瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析
    2.1 槍管不穩(wěn)定傳熱理論建模
    2.2 槍管一維熱傳導(dǎo)理論模型
        2.2.1 槍管傳熱物理微分方程
        2.2.2 槍管熱傳導(dǎo)邊界條件和初始條件的確定
    2.3 槍管傳熱的有限差分法求解
        2.3.1 槍管斷面的離散化
        2.3.2 斷面內(nèi)節(jié)點(diǎn)i的差分方程
        2.3.3 斷面處邊界節(jié)點(diǎn)差分方程的建立
        2.3.4 穩(wěn)定性條件的確定
    2.4 發(fā)射時(shí)槍管的應(yīng)力分析
        2.4.1 槍管應(yīng)力求解邊界條件
        2.4.2 不考慮熱效應(yīng)槍管強(qiáng)度仿真
        2.4.3 考慮熱效應(yīng)槍管強(qiáng)度仿真
        2.4.4 不考慮熱效應(yīng)槍管變形仿真
        2.4.5 考慮熱效應(yīng)槍管變形仿真
    2.5 本章小結(jié)
3 槍管燒蝕、磨損機(jī)理分析
    3.1 燒蝕磨損主要因素
        3.1.1 熱因素
        3.1.2 化學(xué)因素
        3.1.3 機(jī)械因素
    3.2 熔化燒蝕模型建立
        3.2.1 熔化燒蝕模型的基本假設(shè)
        3.2.2 燒蝕準(zhǔn)則
    3.3 槍管燒蝕磨損的計(jì)算方法
    3.4 本章小結(jié)
4 槍管內(nèi)膛結(jié)構(gòu)優(yōu)選
    4.1 不同膛線的設(shè)計(jì)計(jì)算
        4.1.1 矩形膛線設(shè)計(jì)及計(jì)算
        4.1.2 鋸齒形膛線設(shè)計(jì)及計(jì)算
        4.1.3 圓弧形膛線設(shè)計(jì)及計(jì)算
    4.2 擠進(jìn)仿真計(jì)算
    4.3 擠進(jìn)力實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介
    4.4 不同截面形狀槍管的彈丸靜態(tài)擠進(jìn)力實(shí)驗(yàn)
        4.4.1 不同截面形狀槍管彈丸擠進(jìn)力試驗(yàn)測(cè)試
        4.4.2 擠進(jìn)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
        4.4.3 不同截面形狀槍管徑向應(yīng)變?cè)囼?yàn)測(cè)試與分析
    4.5 本章小結(jié)
5 槍管壽命及裂紋擴(kuò)展分析
    5.1 槍管壽終評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)
    5.2 槍管疲勞壽命估算
        5.2.1 線性疲勞累積損傷理論
        5.2.2 修正的線性疲勞累積損傷理論
        5.2.3 應(yīng)力壽命估算
        5.2.4 應(yīng)變壽命估算
        5.2.5 基于FE-safe求解槍管壽命數(shù)值計(jì)算
    5.3 基于擴(kuò)展有限元法XFEM預(yù)測(cè)裂紋擴(kuò)展
        5.3.1 裂紋問(wèn)題的基本模型
        5.3.2 能量釋放率理論
        5.3.3 裂紋尖端彈性應(yīng)力場(chǎng)理論
        5.3.4 J積分理論
        5.3.5 基于ABAQUS預(yù)測(cè)裂紋擴(kuò)展
    5.4 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 工作總結(jié)
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)

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