兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (9): 3307-3316.doi: 10.12382/bgxb.2023.0886
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吴春尧1, 宋春明1, 李干1,2,*(), 徐观淦3, 韩彤4
收稿日期:
2023-09-06
上线日期:
2023-12-17
通讯作者:
基金资助:
WU Chunyao1, SONG Chunming1, LI Gan1,2,*(), XU Guangan3, HAN Tong4
Received:
2023-09-06
Online:
2023-12-17
摘要:
为了获得二级轻气炮中1Cr18Ni9Ti钢制高压膜片破膜压力阈值、探究开槽形状参数对压力阈值的影响,开展高压膜片在液压加载下的破膜实验,得到高压膜片的破膜阈值及破坏形态。在实验基础上,通过大变形理论建立高压膜片受压理论模型,推导出极限荷载值计算方法;利用有限元分析软件进行有限元模拟,分析开裂过程中有效应变的变化规律,并进行不同开槽深度、开槽角度及开槽形状的有限元模拟研究。研究结果表明:通过大变形理论求解得到的破膜压力阈值与液压加载实验结果吻合较好,计算所得结果与静载实验十分接近;开槽深度、角度、形状的改变均对破膜压力阈值造成影响,开槽深度及角度的减小、槽型为圆弧形均会引起破膜压力阈值的增大;当开槽深度小于某一定值时,膜片的破坏位置将会发生改变。
中图分类号:
吴春尧, 宋春明, 李干, 徐观淦, 韩彤. 高压膜片破膜压力阈值及影响因素[J]. 兵工学报, 2024, 45(9): 3307-3316.
WU Chunyao, SONG Chunming, LI Gan, XU Guangan, HAN Tong. Pressure Threshold and Influencing Factors of High-pressure Diaphragm Breaking[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(9): 3307-3316.
参数 | 数值 | 参数 | 数值 | |
---|---|---|---|---|
密度/(g·cm-3) | 7.84 | 强化后抗拉强度/MPa | 602 | |
屈服强度/MPa | 220 | 延伸率 | 45% |
表1 高强合金钢1Cr18Ni9Ti基本材料性能
Table 1 Basic material properties of high-strength alloy steel 1Cr18Ni9Ti
参数 | 数值 | 参数 | 数值 | |
---|---|---|---|---|
密度/(g·cm-3) | 7.84 | 强化后抗拉强度/MPa | 602 | |
屈服强度/MPa | 220 | 延伸率 | 45% |
试件 | 峰值荷载/N | 峰值应力/MPa | 凸起高度/mm |
---|---|---|---|
1-1 | 45531 | 31.37 | 5.56 |
1-2 | 48032 | 33.09 | 5.61 |
表2 实验数据
Table 2 Experimental data
试件 | 峰值荷载/N | 峰值应力/MPa | 凸起高度/mm |
---|---|---|---|
1-1 | 45531 | 31.37 | 5.56 |
1-2 | 48032 | 33.09 | 5.61 |
参数 | 数值 | 参数 | 数值 | |
---|---|---|---|---|
密度RO/(g·cm-3) | 7.84 | 硬化模量B/MPa | 400 | |
剪切模量G/GPa | 78.75 | 硬化指数N | 0.40 | |
弹性模量E/GPa | 198 | 比热CP/(J·(kg-1·℃-1)) | 831 | |
泊松比PR | 0.26 | 最大失效主应变MXEPS | 0.45 | |
初始屈服应力A/MPa | 220 |
表3 不锈钢1Cr18Ni9Ti材料参数[32]
Table 3 Stainless steel 1Cr18Ni9Ti material parameters[32]
参数 | 数值 | 参数 | 数值 | |
---|---|---|---|---|
密度RO/(g·cm-3) | 7.84 | 硬化模量B/MPa | 400 | |
剪切模量G/GPa | 78.75 | 硬化指数N | 0.40 | |
弹性模量E/GPa | 198 | 比热CP/(J·(kg-1·℃-1)) | 831 | |
泊松比PR | 0.26 | 最大失效主应变MXEPS | 0.45 | |
初始屈服应力A/MPa | 220 |
工况 | 开槽深度/mm | 破坏荷载/MPa |
---|---|---|
1 | 0 | 43.1 |
2 | 0.4 | 43.1 |
3 | 0.6 | 41.6 |
4 | 0.8 | 32.5 |
5 | 1.0 | 26.7 |
6 | 1.2 | 20.7 |
7 | 1.4 | 17.6 |
8 | 1.6 | 13.1 |
表4 各工况开槽深度及破坏荷载
Table 4 Groove depth and failure load for each diaphragm
工况 | 开槽深度/mm | 破坏荷载/MPa |
---|---|---|
1 | 0 | 43.1 |
2 | 0.4 | 43.1 |
3 | 0.6 | 41.6 |
4 | 0.8 | 32.5 |
5 | 1.0 | 26.7 |
6 | 1.2 | 20.7 |
7 | 1.4 | 17.6 |
8 | 1.6 | 13.1 |
工况 | 开槽角度/(°) | 破坏荷载/MPa |
---|---|---|
1 | 30 | 34.1 |
2 | 45 | 33.5 |
3 | 60 | 32.5 |
4 | 75 | 31.8 |
5 | 90 | 30.9 |
6 | 105 | 30.6 |
7 | 120 | 30.3 |
8 | 150 | 30.2 |
表5 各工况开槽角度及破坏荷载
Table 5 Groove angle and failure load for each diaphragm
工况 | 开槽角度/(°) | 破坏荷载/MPa |
---|---|---|
1 | 30 | 34.1 |
2 | 45 | 33.5 |
3 | 60 | 32.5 |
4 | 75 | 31.8 |
5 | 90 | 30.9 |
6 | 105 | 30.6 |
7 | 120 | 30.3 |
8 | 150 | 30.2 |
工况 | 开槽 深度/mm | 方形开槽峰值 应力/MPa | 圆弧形开槽峰值 应力/MPa |
---|---|---|---|
1 | 0.8 | 24.1 | 32.5 |
2 | 1.0 | 15.9 | 26.7 |
3 | 1.2 | 12.8 | 20.7 |
4 | 1.4 | 10.9 | 17.6 |
5 | 1.6 | 8.6 | 13.1 |
表6 开槽形状对破坏压强的影响数值模拟结果
Table 6 Numerically simulated results of the influence of groove shape on failure load
工况 | 开槽 深度/mm | 方形开槽峰值 应力/MPa | 圆弧形开槽峰值 应力/MPa |
---|---|---|---|
1 | 0.8 | 24.1 | 32.5 |
2 | 1.0 | 15.9 | 26.7 |
3 | 1.2 | 12.8 | 20.7 |
4 | 1.4 | 10.9 | 17.6 |
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