兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (11): 4106-4118.doi: 10.12382/bgxb.2024.0646
收稿日期:
2024-07-29
上线日期:
2024-11-26
通讯作者:
基金资助:
LI Yifan1, FU Jiawei1,*(), YANG Diao2,3, LI Yanze1
Received:
2024-07-29
Online:
2024-11-26
摘要:
弹丸挤进阶段火炮身管内膛处于高温高压快速挤压摩擦的恶劣环境。针对大口径火炮在弹丸挤进过程中身管内壁所受载荷较大、导致膛线起始部磨损严重的问题,以某大口径浅膛线身管为对象,研究不同内膛结构对身管内壁载荷的影响规律。通过分离式霍普金森压杆实验,构建弹带材料在高温高应变率下的本构关系,利用有限元计算分析了挤进过程中弹带的塑性变形情况、挤进阻力以及身管内壁载荷的变化规律,并分别建立考虑膛线宽度、膛线截面形状以及坡膛锥度等不同内膛结构下的三维热力耦合挤进有限元模型,计算得到不同内膛结构对挤进过程中身管内壁载荷的影响。研究结果表明,对于该型火炮,身管坡膛结构和膛线结构对内壁载荷均有显著影响。首先,坡膛锥度的增大会导致挤进阻力和身管内壁载荷的增大,同时挤进结束的时刻以及挤进阻力和身管内壁载荷达到峰值的时刻也会提前;其次,内壁载荷峰值会随着阳线宽度显著增大,但对导转侧顶部进行倒角可有效降低身管内壁载荷,其峰值在倒圆角后降低了9.87%,倒方角后降低了5.59%。所得研究结果有助于丰富基于身管寿命的身管内膛结构设计方法。
中图分类号:
李一凡, 付佳维, 杨雕, 李延泽. 某大口径火炮内膛结构对挤进过程身管内壁载荷的影响[J]. 兵工学报, 2024, 45(11): 4106-4118.
LI Yifan, FU Jiawei, YANG Diao, LI Yanze. Effect of Inner Bore Structure of a Large-caliber Gun on the Inner Wall Loadings of Barrel during Engraving Process[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(11): 4106-4118.
A/MPa | B/MPa | n | C | m |
---|---|---|---|---|
126.66 | 774.21 | 0.72 | 0.007 | 1.33 |
表1 弹带材料J-C本构参数
Table 1 Johnson-Cook constitutive parameters of rotating band material
A/MPa | B/MPa | n | C | m |
---|---|---|---|---|
126.66 | 774.21 | 0.72 | 0.007 | 1.33 |
部件 | 密度/(kg·m-3) | 杨氏模量/GPa | 泊松比 |
---|---|---|---|
身管 | 7800 | 210 | 0.25 |
弹体 | 6000 | 206 | 0.27 |
弹带 | 8930 | 116 | 0.33 |
表2 有限元模型材料参数
Table 2 Finite element model material parameters
部件 | 密度/(kg·m-3) | 杨氏模量/GPa | 泊松比 |
---|---|---|---|
身管 | 7800 | 210 | 0.25 |
弹体 | 6000 | 206 | 0.27 |
弹带 | 8930 | 116 | 0.33 |
K | l/ mm | t/ ms | t1/ ms | Fm/ kN | σm/ MPa | v /(m·s-1) | p/ MPa |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1/10 | 41 | 3.95 | 2.8 | 1198.08 | 694.31 | 88.19 | 204.97 |
1/9 | 37.08 | 3.87 | 2.71 | 1236.19 | 718.51 | 89.84 | 209.44 |
1/8 | 32.96 | 3.8 | 2.68 | 1249.28 | 725.64 | 91.45 | 220.33 |
1/7 | 28.84 | 3.64 | 2.56 | 1254.4 | 735.06 | 89.47 | 223.91 |
1/6 | 24.72 | 3.43 | 2.48 | 1264.19 | 735.82 | 88.14 | 226.55 |
1/5 | 20.6 | 3.15 | 2.34 | 1274.31 | 740.86 | 87.86 | 232.33 |
表3 坡膛锥度对挤进参数的影响
Table 3 The effect of forcing cone taper on engraving parameters
K | l/ mm | t/ ms | t1/ ms | Fm/ kN | σm/ MPa | v /(m·s-1) | p/ MPa |
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1/10 | 41 | 3.95 | 2.8 | 1198.08 | 694.31 | 88.19 | 204.97 |
1/9 | 37.08 | 3.87 | 2.71 | 1236.19 | 718.51 | 89.84 | 209.44 |
1/8 | 32.96 | 3.8 | 2.68 | 1249.28 | 725.64 | 91.45 | 220.33 |
1/7 | 28.84 | 3.64 | 2.56 | 1254.4 | 735.06 | 89.47 | 223.91 |
1/6 | 24.72 | 3.43 | 2.48 | 1264.19 | 735.82 | 88.14 | 226.55 |
1/5 | 20.6 | 3.15 | 2.34 | 1274.31 | 740.86 | 87.86 | 232.33 |
[1] |
|
[2] |
|
[3] |
|
[4] |
|
[5] |
|
[6] |
|
[7] |
李淼. 弹丸膛内起始运动过程瞬态特性研究[D]. 南京: 南京理工大学, 2017: 39-55.
|
|
|
[8] |
|
[9] |
|
[10] |
|
[11] |
|
[12] |
|
[13] |
|
[14] |
孙全兆, 杨国来, 王鹏, 等. 某大口径榴弹炮弹带挤进过程数值模拟研究[J]. 兵工学报, 2015, 36(2): 206-213.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2015.02.003 |
|
|
[15] |
程申申, 陶如意, 王浩, 等. 弹丸不同结构尼龙弹带挤进过程的阻力特性[J]. 兵工学报, 2021, 42(9):1847-1857.
|
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.09.005 |
|
[16] |
李淼, 钱林方, 孙河洋. 某大口径火炮弹带热力耦合挤进动力学数值模拟研究[J]. 兵工学报, 2016, 37(10): 1803-1811.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2016.10.006 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2016.10.006 |
|
[17] |
邹利波, 于存贵, 冯广斌, 等. 基于温度修正的弹丸挤进身管过程摩擦模型[J]. 兵工学报, 2021, 42(6): 1148-1156.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.06.004 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.06.004 |
|
[18] |
师军飞, 钱林方, 陈红彬, 等. 埋头弹高速冲击挤进入膛特性研究[J]. 兵工学报, 2023, 44(3): 656-669.
doi: 10.2382/bgxb.2022.0834 |
doi: 10.2382/bgxb.2022.0834 |
|
[19] |
|
[20] |
|
[21] |
|
[22] |
陆野, 周克栋, 赫雷, 等. 坡膛结构参数对枪械内弹道挤进时期的影响研究[J]. 兵工学报, 2015, 36(7): 1363-1369.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2015.07.028 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2015.07.028 |
|
[23] |
张鑫, 于存贵, 牛志鹏, 等. 某大口径火炮身管坡膛结构优化设计[J]. 火炮发射与控制学报, 2021, 42(4): 74-80.
|
|
|
[24] |
王少泉, 李强, 樊江涛, 等. 某小口径火炮弹丸挤进过程动力学特性分析[J]. 振动与冲击, 2024, 43(12): 241-247.
|
|
|
[25] |
许耀峰, 丁宏民, 徐坚, 等. 大口径火炮膛线结构对滑动弹带弹丸膛内运动影响的数值分析[J]. 兵工学报, 2016, 37(11): 2148-2156.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2016.11.024 |
|
|
[26] |
杨峰, 张健, 郭策安. 一种新型结构火炮身管膛线的计算分析[J]. 计算力学学报, 2020, 37(6): 729-734.
|
|
|
[27] |
张鑫, 梁林, 邹利波, 等. 某大口径火炮身管膛线结构优化设计[J]. 火炮发射与控制学报, 2021, 42(2): 62-67, 83.
|
|
|
[28] |
郭俊行, 刘琦, 丁宏民, 等. 基于光滑粒子法的某大口径火炮不同膛线弹丸挤进过程研究[J]. 振动与冲击, 2021, 40(24): 75-81.
|
|
|
[29] |
卢芳云, 陈荣, 林玉亮, 等. 霍普金森杆实验技术[M]. 北京: 科学出版社, 2013: 30-32.
|
|
|
[30] |
|
[31] |
周彦煌, 王升晨. 实用两相流内弹道学[M]. 北京: 兵器工业出版社, 1990.
|
|
|
[32] |
张相炎, 郑建国, 袁人枢. 火炮设计理论[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 2014: 21-27.
|
|
|
[33] |
李淼, 钱林方, 陈龙淼. 弹带挤进过程内弹道特性研究[J]. 振动与冲击, 2016, 35(23): 74-79.
|
|
[1] | 蒋明飞, 许辉, 黄陈磊, 刘坤, 吴志林. 弹道明胶动态力学性能试验与本构模型研究[J]. 兵工学报, 2022, 43(9): 2113-2120. |
[2] | 张杜江, 赵振宇, 贺良, 任建伟, 强鹭升, 周贻来. 基于Johnson-Cook本构模型的高强度装甲钢动态力学性能参数标定及验证[J]. 兵工学报, 2022, 43(8): 1966-1976. |
[3] | 王丹宇, 南风强, 廖昕, 肖忠良, 堵平, 王彬彬. 消焰剂对大口径火炮炮口烟焰的影响[J]. 兵工学报, 2022, 43(2): 273-278. |
[4] | 李东伟, 苗飞超, 张向荣, 熊国松, 周霖, 赵双双. 2,4-二硝基苯甲醚基不敏感熔注炸药动态力学性能[J]. 兵工学报, 2021, 42(11): 2344-2349. |
[5] | 郭瑞奇, 任辉启, 张磊, 龙志林, 吴祥云, 徐翔云, 李泽斌, 黄魁. 分离式大直径Hopkinson杆实验技术研究进展[J]. 兵工学报, 2019, 40(7): 1518-1536. |
[6] | 高玉波, 秦国华, 张伟, 宜晨虹, 邓勇军. TiB2-B4C复合陶瓷动态压缩特性研究[J]. 兵工学报, 2019, 40(11): 2304-2310. |
[7] | 王严培, 姜启帆, 李玉龙. 基于Hopkinson杆试验技术的PA-GF50复合材料动态力学行为[J]. 兵工学报, 2018, 39(1): 161-169. |
[8] | 孙全兆, 杨国来, 王鹏, 葛建立, 谢润. 某大口径榴弹炮弹带挤进过程数值模拟研究[J]. 兵工学报, 2015, 36(2): 206-213. |
[9] | 丁传俊, 张相炎. 基于热力耦合有限元模型的弹带挤进过程及内弹道过程的仿真研究[J]. 兵工学报, 2015, 36(12): 2254-2261. |
[10] | 杨冬丽, 徐正国, 杨杰, 王琳, 杨院生. 相对密度对泡沫镁合金动态力学性能的影响[J]. 兵工学报, 2013, 34(10): 1286-1290. |
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