火炮自紧身管损伤容限设计及其裂纹扩展分析

发布时间：2023-04-28 05:03

　　本文以大口径火炮身管为研究对象，依据疲劳断裂理论，以ABAQUS和ALOF等软件为平台，综合分析、计算了炮管热结构耦合场，包辛格效应的自紧残余应力场；研究了静载作用下厚壁圆筒应力强度因子的变化规律和热应力对身管裂纹扩展的影响以及不同初始形状裂纹的扩展规律；根据损伤容限设计理论估算了交变载荷作用下的内膛临界裂纹尺寸及身管剩余疲劳寿命。论文所做的主要工作内容和研究成果如下： (1)通过建立一维内弹道学两相流模型和经典圆管瞬态热传导模型，研究了大口径火炮多发连射过程的瞬态传热特性；以ABAQUS软件为平台进一步分析二十发连射时炮管的热结构耦合场，结果表明：内膛热冲击具有明显的薄层效应，连射过程中内膛的温度瞬间可达到1350K；沿炮管壁径向产生很高的温度梯度，形成很高的脉冲热应力。 (2)基于ABAQUS软件进行仿真计算，分析了诸种条件下炮管残余应力场分布；分析对比了理想弹塑性模型与考虑线性强化及包辛格效应模型下自紧炮管残余应力场的差别；研究了加载强化系数m及卸载强化系数m’对自紧炮管残余应力场的影响。研究表明：材料的应变硬化，尤其是包辛格效应对自紧炮管的残余应力影响较大；在其他参数相同时，加...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
致谢
第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景、目的和意义
    1.2 火炮身管的疲劳和疲劳寿命
    1.3 身管的疲劳破坏过程
    1.4 身管疲劳的断裂力学研究现状
    1.5 本文主要研究内容
第二章 ABAQUS 及 ALOF 简介
    2.1 ABAQUS 简介
        2.1.1 ABAQUS 主要模块
        2.1.2 ABAQUS 分析主要步骤
    2.2 ALOF 简介
    2.3 本章小结
第三章 某大口径火炮多发连射身管热力耦合分析
    3.1 身管热物理过程分析
    3.2 边界条件参数的确定
        3.2.1 火药燃气的温度历程
        3.2.2 膛内对流换热系数
        3.2.3 环境介质的对流换热系数
    3.3 有限元模型的建立
    3.4 结果分析与处理
        3.4.1 单发射击炮管瞬态温度场
        3.4.2 多发连射炮管瞬态温度场
        3.4.3 多发连射炮管热结构耦合场
    3.5 本章小结
第四章 身管自紧残余应力的计算
    4.1 塑性力学的基本法则（单轴应力）
        4.1.1 初始屈服条件
        4.1.2 流动法则
        4.1.3 硬化法则
        4.1.4 加载和卸载准则
    4.2 理想弹塑性材料下自紧身管应力分析
    4.3 考虑加卸载线性强化及包辛格效应自紧身管应力分析
    4.4 自紧身管残余应力的仿真计算
        4.4.1 理想弹塑性材料模型下自紧过程模拟
        4.4.2 包辛格效应下自紧过程模拟
    4.5 加载强化系数 m 对自紧身管残余应力的影响
    4.6 反向屈服区强化系数 m'对自紧身管残余应力的影响
    4.7 火炮身管最佳自紧力的有限元分析
    4.8 本章小结
第五章 炮管裂纹扩展有限元分析
    5.1 应力强度因子
    5.2 内压作用下的身管应力强度因子的有限元研究
        5.2.1 有限元模型的建立
        5.2.2 应力强度因子的计算
        5.2.3 结果分析
    5.3 热应力作用下身管的应力强度因子计算
    5.4 自紧力作用下身管的应力强度因子计算
    5.5 身管内膛表面半椭圆形裂纹应力强度因子的有限元分析
        5.5.1 有限元模型的建立
        5.5.2 应力强度因子的有限元分析
    5.6 本章小结
第六章 炮管损伤容限设计及剩余寿命估计
    6.1 疲劳裂纹扩展规律
    6.2 等幅载荷下的剩余寿命估算
    6.3 自紧炮管剩余寿命估算实例
    6.4 本章小结
第七章 全文总结
    7.1 本文的主要工作及成果
    7.2 本文创新点
参考文献
硕士期间发表的论文



本文编号：3803794