機(jī)槍是現(xiàn)代陸軍最重要的火力武器之一,具有威力大、射程遠(yuǎn)、重量輕、機(jī)動性好等特點,是打擊一公里內(nèi)火力點和輕型裝甲目標(biāo)最經(jīng)濟(jì)最有效的手段。射擊時,機(jī)槍身管處在高溫高壓高速火藥流體的沖擊和彈丸的機(jī)械摩擦雙重作用下,隨著射擊次數(shù)或射速的提高最終引起身管膛線磨損、彈丸初速度降低、射擊精度下降,研究認(rèn)為熱沖擊作用是引發(fā)這些故障的主要原因,故研究機(jī)槍身管在射擊時瞬態(tài)溫度場的變化規(guī)律和應(yīng)力分布對身管的壽命預(yù)測、結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇具有重要的意義。本文研究了身管在射擊時的傳熱過程以及火藥流體在身管內(nèi)的流動過程,建立了身管傳熱和火藥流動的數(shù)值模型,采用借助Mp CCI多物理場耦合計算平臺聯(lián)合結(jié)構(gòu)分析軟件ABAQUS和流場分析軟件Fluent的方法對機(jī)槍身管進(jìn)行流-固-熱多物理場耦合計算。ABAQUS采用耦合溫度位移模型對身管的傳熱過程及熱力耦合進(jìn)行了模擬計算;FLUENT采用標(biāo)準(zhǔn)k-?湍流模型對身管內(nèi)的火藥流動過程進(jìn)行了分析計算,通過Mp CCI交換結(jié)構(gòu)場和流場在耦合區(qū)域的計算結(jié)果并以此互為對方的邊界條件最終完成了身管的流-固-熱耦合計算。針對身管內(nèi)壁不同的鉻涂層厚度建立了0.28mm、0.35mm、0.41mm三種幾何模型,對其進(jìn)行流-固-熱多物理場耦合有限元仿真計算,分別得到了三種身管的瞬態(tài)溫度場和應(yīng)力場分布情況。對比分析計算結(jié)果得出以下結(jié)論:基于Mp CCI多物理場耦合接口,聯(lián)合結(jié)構(gòu)計算軟件ABAQUS和流體計算軟件Fluent對身管進(jìn)行流-固-熱耦合的分析方法是可行的;在相同的射擊條件下,隨著身管內(nèi)壁鉻涂層厚度的增加,身管的溫度最大值依次上升而Mises應(yīng)力最大值依次下降;在身管與涂層的結(jié)合部位產(chǎn)生了應(yīng)力集中現(xiàn)象,隨著身管內(nèi)壁鉻涂層厚度的增加集中應(yīng)力的最大值依次減小。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TJ201
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究的背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國內(nèi)外 12.7mm機(jī)槍的發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 身管傳熱和熱力學(xué)的研究現(xiàn)狀
        1.2.3 身管的多場耦合研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
第二章 多場耦合數(shù)值計算的理論基礎(chǔ)
    2.1 計算結(jié)構(gòu)力學(xué)理論
        2.1.1 彈塑性力學(xué)
        2.1.2 彈塑性結(jié)構(gòu)力學(xué)的有限元法
    2.2 結(jié)構(gòu)傳熱學(xué)
        2.2.1 傳熱的基本形式
        2.2.2 熱傳的控制微分方程
        2.2.3 瞬態(tài)傳熱的初始條件和邊界條件
        2.2.4 瞬態(tài)傳熱的有限元方程
        2.2.5 熱應(yīng)力的有限元方程
    2.3 計算流體力學(xué)理論
        2.3.1 計算流體動力學(xué)的控制方程
        2.3.2 湍流模型
        2.3.3 控制方程的離散
        2.3.4 基于壓力的求解方法
    2.4 多場耦合計算原理
    2.5 計算工具的簡單介紹
第三章 基于網(wǎng)格的并行代碼耦合技術(shù)
    3.1 耦合計算平臺Mp CCI
    3.2 耦合計算的數(shù)據(jù)交換
        3.2.1 非匹配網(wǎng)格之間的數(shù)據(jù)傳遞
        3.2.2 預(yù)接觸搜索
        3.2.3 映射插值算法
        3.2.4 孤立的節(jié)點與單元
    3.3 Mp CCI的耦合計算流程
第四章 身管的流固熱多場耦合計算模型
    4.1 結(jié)構(gòu)場的計算模型
        4.1.1 固體結(jié)構(gòu)場幾何模型的創(chuàng)建
        4.1.2 結(jié)構(gòu)模型網(wǎng)格劃分
        4.1.3 固體結(jié)構(gòu)場參數(shù)設(shè)置
    4.2 流場的計算模型
        4.2.1 流場幾何模型的創(chuàng)建
        4.2.2 流場模型網(wǎng)格劃分
        4.2.3 流場計算參數(shù)設(shè)置
    4.3 流固熱耦合計算
        4.3.1 MPCCI流固熱耦合計算過程
        4.3.2 流固熱耦合計算結(jié)果
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄A 攻讀碩士期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄

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