弹带挤进及火炮内膛损伤的数值模拟研究

发布时间：2023-08-09 16:24

　　某新型火炮在设计定型实验阶段经小型的实弹射击后发现身管内壁阳线起点前后至最大压力点区间出现了垂直于弹丸前进方向的横向裂纹。经理论分析认为，弹带挤进过程中坡膛内壁受弹带挤压力过大是横向裂纹萌生的主要原因。基于以上背景，本文以某新型火炮的坡膛结构和弹丸、弹带为主要的研究对象，主要进行了三个方面的相关研究： 1、弹带挤进坡膛过程的数值模拟研究。本文借助非线性有限元数值方法，考虑弹带挤进坡膛过程弹带形变对内弹道方程组的影响，结合经典内弹道学和有限元计算方法，通过ProE、Patran、Abaqus/CAE等软件模拟重现了弹丸挤进过程坡膛的运动过程和受力情况，建立了弹带挤进坡膛的动力学模型。 2、弹带挤进过程火炮内膛的损伤及横向裂纹萌生机理的研究。材料的损伤失效现象一直是计算固体力学的难点和热点问题，对该问题的研究具有重要的现实和理论意义。本文采用Abaqus/Explicit模块的子程序接口VUMAT将GTN细观损伤模型引入到挤进过程数值模拟计算当中，用以模拟坡膛内壁的损伤。损伤模型得到的损伤最大位置及损伤区域与实际情况相符。 3、关于横向裂纹出现时机的模拟。在实际的射击实验中发现8-15发的...

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
图表清单
缩略词
第一章 绪论
    1.1 研究的背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 弹带挤进过程的研究现状与分析
        1.2.2 挤进过程内膛损伤的研究现状
        1.2.3 损伤力学的发展及现状
    1.3 本文研究的主要内容
第二章 数值计算基础理论
    2.1 非线性有限元方法
        2.1.1 连续介质力学基础
        2.1.2 拉格朗日有限元方法
        2.1.3 中心差分法[53-56]
        2.1.4 应力更新算法[51,53,56-58]
    2.2 解耦的 ALE 方法
    2.3 冲击-接触问题的有限元算法[49,51]
        2.3.1 接触界面的定义
        2.3.2 不可侵彻性条件
        2.3.3 面力条件
        2.3.4 归一化条件
        2.3.5 摩擦模型
        2.3.6 方程的弱形式及有限元离散化
    2.4 本章小结
第三章 弹带挤进过程动力学建模及有限元分析
    3.1 裂纹起因的描述
    3.2 弹带挤进过程动力学建模
        3.2.1 内弹道方程和有限元挤进的耦合求解过程
        3.2.2 耦合计算流程及子程序的实现
        3.2.3 摩擦边界条件
        3.2.4 材料的本构模型
        3.2.5 任意的拉格朗日-欧拉耦合（ALE）方法
        3.2.6 弹丸、弹带及坡膛有限元模型
    3.3 挤进过程数值模拟结果及分析
    3.4 本章小结
第四章 基于 GTN 模型的内膛损伤数值分析
    4.1 GTN 模型
        4.1.1 GTN 模型的屈服函数为[35]：
        4.1.2 状态变量的演化[43]
        4.1.3 弹塑性本构关系
    4.2 坡膛 GTN 模型材料参数
    4.3 基于 GTN 模型的内膛损伤模拟研究
    4.4 本章小结
第五章 第五章横向裂纹出现时机的相关研究
    5.1 胞体模型
    5.2 失稳失效准则及屈服准则
    5.3 基于 HLC 模型的数值模拟结果
    5.4 本章小结
第六章 结论
    6.1 本文的主要工作
    6.2 本文的创新点
    6.3 需要进一步研究的工作
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文



本文编号：3840571