火炮关键零部件发射应力分析
|
摘要
本文主要分析火炮发射过程关键零部件的发射应力。分析采用ABAQUS有限元计算软件的显式积分模块，动态模拟火炮发射这一复杂力学过程。研究工作的重点是对火炮关键零部件装配体发射应力有限元计算提出了适合工程设计应用的有限元计算模型。
论文对静力载荷作用下火炮的强度和刚度，特别是火炮炮口的下垂问题进行了计算和讨论。
针对火炮关键零部件的发射应力分析，论文分别讨论了有限元计算模型的网格疏密程度、对称性模型和接触面简化等因素对计算结果的影响。通过对于各个计算模型的综合分析和比较，建立了计算火炮关键零部件发射应力的最佳有限元计算模型。
本文提出了火炮关键零部件的有限元计算模型，该方法以整个装配体为研究对象，克服了单件建模的缺点，并且采用了步长极小的显式积分法，因此其计算结果更符合真实情况。模拟得到的后坐位移与实验测定值基本符合，因此，提出的火炮发射应力计算模型是可行和有效的。
计算结果表明，各关键部件的发射动应力均小于炮钢材料的屈服极限。对于火炮的各个关键零部件，膛内过程是火炮发射的危险阶段。
有限元计算模型的建立，对于火炮结构优化设计、缩短研制周期和降低火炮设计人员的劳动强度都具有重要意义。本文对于承受爆炸、冲击等瞬态载荷作用下的结构动应力计算也有参考价值。
This paper mainly analyzed the emission stress in the key parts of a gun in lunch process. According to the characteristic of the process, this paper used explicit method in ABAQUS/explicit module to simulate this transient mechanical process. This paper laid stress on establishing a FEM model, which is suitable for engineering application to calculate emission stress in the key parts of a gun on assembly level.
This paper calculated and discussed the strength and stiffness of the gun especially the gun muzzle drop under the gravity.
To analyze the emission stress, the paper discussed the effect of different density of mesh, symmetry, and simplifying to the interfaces to the results. After comparing with the results of different model, the best model was built.
The analysis is on the assembly level instead of on the basis of single part in the traditional analysis and in explicit method the increments are very small. Therefore, the results are more rational. The recoiling displacement from the numerical simulation showed good agreement with it from simulation tests. So using the method to analyze emission stress of the gun is feasible and effective.
The result of simulation indicated that the maximum of Mises stress in all the key parts is less than the yield stress of the gun steel. To all the key parts .the interior ballistic process is dangerous stage in the lunch process of the gun.
To the designers of the gun, the building of FEM model is very useful in structural optimization design by shortening the period of design and reducing work intension. This method has reference values in analyzing the dynamic stress in some structure under transient loads such as blast and impact.
论文对静力载荷作用下火炮的强度和刚度，特别是火炮炮口的下垂问题进行了计算和讨论。
针对火炮关键零部件的发射应力分析，论文分别讨论了有限元计算模型的网格疏密程度、对称性模型和接触面简化等因素对计算结果的影响。通过对于各个计算模型的综合分析和比较，建立了计算火炮关键零部件发射应力的最佳有限元计算模型。
本文提出了火炮关键零部件的有限元计算模型，该方法以整个装配体为研究对象，克服了单件建模的缺点，并且采用了步长极小的显式积分法，因此其计算结果更符合真实情况。模拟得到的后坐位移与实验测定值基本符合，因此，提出的火炮发射应力计算模型是可行和有效的。
计算结果表明，各关键部件的发射动应力均小于炮钢材料的屈服极限。对于火炮的各个关键零部件，膛内过程是火炮发射的危险阶段。
有限元计算模型的建立，对于火炮结构优化设计、缩短研制周期和降低火炮设计人员的劳动强度都具有重要意义。本文对于承受爆炸、冲击等瞬态载荷作用下的结构动应力计算也有参考价值。
This paper mainly analyzed the emission stress in the key parts of a gun in lunch process. According to the characteristic of the process, this paper used explicit method in ABAQUS/explicit module to simulate this transient mechanical process. This paper laid stress on establishing a FEM model, which is suitable for engineering application to calculate emission stress in the key parts of a gun on assembly level.
This paper calculated and discussed the strength and stiffness of the gun especially the gun muzzle drop under the gravity.
To analyze the emission stress, the paper discussed the effect of different density of mesh, symmetry, and simplifying to the interfaces to the results. After comparing with the results of different model, the best model was built.
The analysis is on the assembly level instead of on the basis of single part in the traditional analysis and in explicit method the increments are very small. Therefore, the results are more rational. The recoiling displacement from the numerical simulation showed good agreement with it from simulation tests. So using the method to analyze emission stress of the gun is feasible and effective.
The result of simulation indicated that the maximum of Mises stress in all the key parts is less than the yield stress of the gun steel. To all the key parts .the interior ballistic process is dangerous stage in the lunch process of the gun.
To the designers of the gun, the building of FEM model is very useful in structural optimization design by shortening the period of design and reducing work intension. This method has reference values in analyzing the dynamic stress in some structure under transient loads such as blast and impact.
引文
[1] Cox PA, Hokanson J C. Muzzle of the M68 105mm Gun. AD-A062296.1978。
[2] Boresi A P. Transient Response of aGun System Under repeated Firing.AD-A0759943.1980。
[3] 马吉胜：自行火炮发射动力学仿真，计算机仿真，2003．6。
[4] 王建平：船载火炮发射时的动力响应研究，兵工学报，2001．1
[5] 芮筱亭，杨启人：弹丸发射过程理论，东南大学出版社，1992．4。
[6] 康新中：火炮系统动力学，国防工业出版社，1999．5。
[7] 芮筱亭：多体系统发射动力学，国防工业出版社，1995．5。
[8] 韩育礼：允许少量残余变形的身管强度设计方法，兵工学报，1992．10。
[9] 李岳厚：火炮身管(厚壁圆筒)机械自紧理论探讨，兵工学报，1995．5。
[10] 孙远孝，徐振翔：炮尾圆角应力集中问题的分析，兵工学报，1993．4。
[11] 姚钢：火炮炮尾的参数化设计及分析研究，南京理工大学硕士学位论文。
[12] 顾克秋：炮尾炮闩机构装配体有限元分析，南京理工大学学报，2000．10。
[13] 张锐生：近代高强度炮钢，兵器材料科学与工程，1995．5。
[14] 王勖成，邵敏：有限元法基本原理和数值方法，清华大学出版社1996。
[15] ABAQUS/Explicit User' s Manual Hibbitt karlsson Soren, INC。
[16] 敖勇：柔性多体系统动力学和动态子结构方法及其在自行火炮动力学仿真中的应用，南京理工大学博士论文，1997。
[17] 楚志远：模拟火炮后坐运动的非线性弹簧—阻尼单元，应用力学学报2001．9。
[18] EHP155火炮力学特性分析与研究，南京理工大学博士后出站报告。
[19] 居乃皴：装甲车辆动力学分析与仿真，国防工业出版社，2002．4。
[20] 郑宾，孙运强，火炮后坐阻力功测试系统研究，兵工学报1994．11。
[21] 张柏生，李云娥 火炮与火箭内弹道原理，北京理工大学出版社1996．8。
[22] 余同希：塑性力学，高等教育出版社1989。
[23] 徐芝纶：弹性力学，高等教育出版社1990．5。
[2] Boresi A P. Transient Response of aGun System Under repeated Firing.AD-A0759943.1980。
[3] 马吉胜：自行火炮发射动力学仿真，计算机仿真，2003．6。
[4] 王建平：船载火炮发射时的动力响应研究，兵工学报，2001．1
[5] 芮筱亭，杨启人：弹丸发射过程理论，东南大学出版社，1992．4。
[6] 康新中：火炮系统动力学，国防工业出版社，1999．5。
[7] 芮筱亭：多体系统发射动力学，国防工业出版社，1995．5。
[8] 韩育礼：允许少量残余变形的身管强度设计方法，兵工学报，1992．10。
[9] 李岳厚：火炮身管(厚壁圆筒)机械自紧理论探讨，兵工学报，1995．5。
[10] 孙远孝，徐振翔：炮尾圆角应力集中问题的分析，兵工学报，1993．4。
[11] 姚钢：火炮炮尾的参数化设计及分析研究，南京理工大学硕士学位论文。
[12] 顾克秋：炮尾炮闩机构装配体有限元分析，南京理工大学学报，2000．10。
[13] 张锐生：近代高强度炮钢，兵器材料科学与工程，1995．5。
[14] 王勖成，邵敏：有限元法基本原理和数值方法，清华大学出版社1996。
[15] ABAQUS/Explicit User' s Manual Hibbitt karlsson Soren, INC。
[16] 敖勇：柔性多体系统动力学和动态子结构方法及其在自行火炮动力学仿真中的应用，南京理工大学博士论文，1997。
[17] 楚志远：模拟火炮后坐运动的非线性弹簧—阻尼单元，应用力学学报2001．9。
[18] EHP155火炮力学特性分析与研究，南京理工大学博士后出站报告。
[19] 居乃皴：装甲车辆动力学分析与仿真，国防工业出版社，2002．4。
[20] 郑宾，孙运强，火炮后坐阻力功测试系统研究，兵工学报1994．11。
[21] 张柏生，李云娥 火炮与火箭内弹道原理，北京理工大学出版社1996．8。
[22] 余同希：塑性力学，高等教育出版社1989。
[23] 徐芝纶：弹性力学，高等教育出版社1990．5。