舰炮身管热响应与烧蚀磨损分析

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1、摘要身管的发热是影响身管力学性能和烧蚀磨损的重要因素。本文以某舰炮身管为研究对象，以经典内弹道学和工程传热学等理论为基础，结合烧蚀磨损计算模型和烧蚀内弹道模型，对发射过程中身管传热、应力状态和烧蚀磨损等问题进行分析，并在此基础上对不同射速条件下身管的温度场和烧蚀磨损情况进行仿真计算。主要研究内容如下：(1)以经典内弹道理论为基础，通过编程计算得到膛内气体温度、密度、压力和温度场分析所需的边界条件；建立身管传热计算模型，对身管沿径向和轴向温度分布进行了仿真分析；以PYTHON语言为基础，定制开发了身管传热分析系统，提高了

2、身管传热计算的效率。(2)采用直接耦合法对身管进行热—弹耦合分析，对非自紧身管的热应力和等效应力进行了仿真计算，用基于理想弹塑性材料的自紧残余应力计算方法，通过有限元软件对自紧过程进行了仿真分析，并在此基础上对自紧身管的热应力和等效应力进行了计算。(3)建立身管熔化烧蚀模型和烧蚀磨损内弹道模型，在传热分析的基础上计算身管烧蚀磨损量及烧蚀磨损对火炮内弹道性能的影响。(4)以传热和烧蚀磨损模型为基础，对不同射速条件下的身管发热和烧蚀磨损情况进行仿真，研究射速对身管发热和烧蚀磨损的影响特性。关键词：传热模型，热弹耦合，烧蚀磨

3、损，射速ABSTRACTBarrelHeatingisaimportantfactorsaffectingthebarrel’smechanicalpropertiesanderosionwear.Inthisreportagunbarrelisusedastheresearchobject.Analysisandresearchofbarrelheating,stressanderosionwearandotherissuesisbasedontheinteriorballisticstheory,engineeri

4、ngofheattransfertheory,ablationwearcalculationmodelandablationwearinteriorballisticsmodel.Andusingtheresultstosimulateandanalyzethetemperatureofbarrelanderosionwearatthedifferentrateoffire.Themaincontentsareasfollowed：(1)Basedontheinteriorballisticstheory,collec

5、ttheinteriorgastemperaturedata,density,pressureandtheboundaryconditionstoanalyzethebarreltemperaturefield.Establishthebarrelheattransfercalculationmodelandanalyzethebarreltemperaturealongtheradialandaxialdistribution.UsingthePYTHONlanguagedesignthesystemaboutthe

6、heattransferforimprovingefficiencyofthework.(2)Directcouplingmethodofbarrelthermal-elasticcouplinganalysisisusedtosimulateandanalyzethebarrel’sthermalstressandtheequivalentstress.Theauto-frettedbarrel’sthermalstressandequivalentstresscalculationisbasedontheelast

7、ic-plasticmaterialmodelandthroughfiniteelementanalysissoftwaresimulatetheauto-frettedprocess.(3)Thebarrel’smeltingerosionwearcalculationmodelandablationwearinteriorballisticsmodelisestablished.TheamountofwearanderosionbarrelandwearofinteriorballisticperformanceO

8、nthebasisofthecalculationofheattransferisanalyzed.(4)Basedontheheatingandablationwearcalculationmodel,thedifferentfiringrateofbarrelheating,ablationweartostimulateand