為研究槍管鍍層材料性能對(duì)槍管壽命的影響,綜合運(yùn)用身管鍍層剪切失效理論和疲勞損傷累積理論,提出了基于鍍層界面剪切疲勞損傷的槍管壽命預(yù)測(cè)模型.以某小口徑步槍為研究對(duì)象,基于有限差分法,對(duì)內(nèi)膛涂鍍鉻、鉭和氮化硅三種不同材料的槍管在10連發(fā)射擊過程中的溫度場(chǎng)分布、鍍層內(nèi)應(yīng)力分布以及槍管壽命進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,研究了鍍層材料的熱及力學(xué)特性對(duì)槍管壽命的影響.研究結(jié)果表明,鍍層的熱擴(kuò)散系數(shù)、影響因子η及斷裂長(zhǎng)厚比是影響槍管壽命的幾個(gè)關(guān)鍵性能,其中斷裂長(zhǎng)厚比對(duì)界面切應(yīng)力和槍管壽命的影響最大,擁有較大斷裂長(zhǎng)厚比的鍍層可以在射擊過程中顯著降低界面切應(yīng)力,進(jìn)而提高槍管壽命. 

【文章來源】：北京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,40(07)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

鍍層失效剝落過程

圖2為根據(jù)剪切失效理論繪制的開裂后的槍管鍍層片段受力分析示意圖. 圖中,b為鍍層片段寬度;L為鍍層片段長(zhǎng)度;h為鍍層厚度;Sc為鍍層內(nèi)周向正應(yīng)力;τ為鍍層片段底部切應(yīng)力. 由圖2可見,該鍍層片段左側(cè)存在一條張開型裂紋,右側(cè)存在一條閉合型裂紋. 射擊時(shí)鍍層片段右側(cè)受熱-壓耦合下周向正應(yīng)力作用,該熱壓耦合應(yīng)力可表示為Sc=St+Sp,其中St為熱作用引起的瞬態(tài)熱應(yīng)力,Sp為鍍層受膛壓作用產(chǎn)生的應(yīng)力.為簡(jiǎn)化計(jì)算,假設(shè)Sc為沿著鍍層厚度方向的均布載荷,則可以鍍層半厚處的瞬態(tài)熱應(yīng)力和膛壓作用應(yīng)力代替鍍層內(nèi)的平均熱應(yīng)力和平均膛壓作用應(yīng)力. 瞬態(tài)熱壓應(yīng)力St可表示為[4]

圖3為第10發(fā)射擊過程中不同鍍層材料槍管的內(nèi)壁溫度變化情況及內(nèi)壁溫度達(dá)到峰值時(shí)各槍管的徑向溫度分布情況,可以看出單次射擊過程中各槍管內(nèi)壁溫度的變化都呈脈沖變化趨勢(shì),但在脈沖峰值上存在差異. 鍍鉻、鍍鉭和氮化硅鍍層槍管的內(nèi)壁峰值溫度分別達(dá)到了448.3,548.2和740.9 ℃,鍍層熱擴(kuò)散系數(shù)越小,扯平槍管近壁層溫差的能力越低,槍管內(nèi)壁溫度越高. 由圖3(b)可見,鍍層導(dǎo)熱性能差異對(duì)槍管溫度場(chǎng)分布的影響主要集中在距內(nèi)壁非常近的薄層中,從仿真結(jié)果來看,此近壁層的厚度僅為0.2 mm左右. 在此近壁層中,各槍管的溫度差異較大,但超過此區(qū)域,各槍管之間的溫度基本趨于相同. 盡管相較于整個(gè)槍管壁,此近壁層的厚度微不足道,但近壁層熱損傷是導(dǎo)致槍管壽終的主要因素,因此雖然鍍層材料的導(dǎo)熱性能差異對(duì)槍管溫度場(chǎng)分布影響作用范圍很小,但效果卻不可忽視.3.3 對(duì)鍍層內(nèi)應(yīng)力分布的影響

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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