双剪强度理论在火炮身管强度计算中的应用

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1、万方数据第7卷第13期2007年7月167l一1819(2007)13—3235-03科学技术与工程ScienceTechnologyandEn西neeringV01．7No．13July2007Sci．Teel[LEngng．双剪强度理论在火炮身管强度计算中的应用李宝峰刘协权倪新华(军械工程学院，石家庄050003)摘要现代火炮身管多用高强度钢制造，这类材料在拉伸和压缩时的力学性能存在明显差异。已往在进行火炮身管强度计算时，均不考虑材料的这一性质，而且也都忽略了轴向应力的影响。现利用双剪强度理论计算火炮身管的强度，考虑了材料的拉

2、压异性影响和轴向应力的作用，计算结果更为可信。关键词双剪强度理论拉压异性火炮身管中图法分类号TB301；文献标识码A1双剪强度理论双剪强度理论能够反映材料的拉压异性影响，其表达式为‘11F=旷詈(¨㈦=％当瞵等等时(1)肚虿1(¨盯：)一凹，诅，当盯：≥箐詈时(1’)其中or。、or。分别为材料的单向拉伸和单向压缩屈服极限，a：～ort。2单筒身管的弹塑性分析如图1所示，火炮身管可以近似看成一个内半径为o、外半径为6、受内压P作用的厚壁圆筒。当内压不大时，火炮身管处于弹性状态，由文献[2]知02(12+b2)％2可矿i甲(2)20

3、07年3月5日收到国家教育部骨干教师基金资助图1受内压作用的厚壁圆筒咿等等口2吒2甜(2’)(2”)显然orl=盯口，Or2=∥：，Or3=Or，，对于大多数工程材料0c<1，故有盯：<10"1_+010"3，将三个主应力代入l十仅(1)式便得单筒身管的屈服条件盯。一if(or；+盯，)=盯。(3)将(2)式、(2’)式、(2”)式代入(3)式得p坐关姜型=Ort㈩p——了丽(了’_一L4，可见内壁的折算应力最大，因此最初的塑性变形将从内壁开始。将r=口代入(4)式可得单筒身管的弹性极限荷载为胪而嚣两O"t21b1@)p。2———

4、————■——_=__L)，(一a)+2(+等}万方数据科学技术与工程7卷当P>p。时，随着压力P的增大，塑性变形将扩展成为一个环形区域口≤r≤c，其半径c待定。在弹性区c≤r≤6，相当于在半径为c的圆筒内作用内压P。，并刚好开始产生塑性变形，此处O"o=≯与∥，一P。，吒=南p(6)2i——护c，盯r2一c，盯：3西——_pLoJD—CD一口代人屈服条件(3)式得胪矿蒂两¨南)n2矿丽r虿甜J(7)在塑性区，即在口≤r≤c处，平衡方程为孥+生玉：0(8)将屈服条件(3)式代人(8)式进行积分运算，并引入边界条件盯，l⋯=一P，可

5、得塑性区内的应力分布为crr=瓦2(叫詈离)一[p+击h詈急)](铲子盯。=瓦2(叫詈离)一盯一2ri【盯t+虿菏J_【争+矗(¨芋高)】(号)卜芋(9)利用r=c处的连续条件盯，I⋯=一P。，得c和P的关系为p={{262一【c2(-一詈)+62(·+詈)】(詈)卜2)×2(62一。2)盯ty{【(2一d)62一(2—2a)口2】×【c2(·一詈)+62(·+詈)】(詈)1。2—2∞262)(·o)当c=b时，圆筒达到塑性极限，由(10)式得塑性极限内压为【-一(詈)㈡】2(62。)盯。【(2刊“(2-2a)。2】(詈)1。2一

6、僦2f11)3自紧身管自紧压力计算自紧是在身管加工过程中的一种工艺过程，其目的是为了提高火炮身管的强度。在身管精加工之前，内膛施以高压，使其内壁产生一定程度的塑性变形。卸压后，其内壁会存在残余应力。火炮射击时，这部分残余应力可以部分抵消由膛压引起的应力，提高身管的强度。在进行自紧操作时，首要任务是根据需要的自紧度JB确定自紧压力，其中自紧度的定义为卢=竽100％(12)故有C=口+届(6一口)，将c代入(10)式便可求得自紧压力％={{262一[C2(-一号)+62(，+詈)](詈)㈠)×2(62一口2)矿／{『(2一a)62一(

7、2—2仅)口21×【c2(·一詈)+62(-+詈)】(詈)12—2眦262)(·3)4结论按照本文得出的结果，单筒身管的弹性极限内压和自紧身管的自紧压力不仅与半径比b／a有关，而且也与拉压比a直接相关，数值计算结果如表1、表2所示。表1单简身管弹性极限内压p。与b／a及口的关系bP。／盯tⅡ1．251．501．752．002．252．501．00．2400．3700．4490．5000．5350．5600．90．2380．3720．4540．5080．5460．5730．80．2360．3730．4600．5170．5570．58

8、70．70．2330．3750．4650．5260．5690．6010．60．2310．3760．4710．5360．5820．6160．50．2290．3770．4770．5450．5950．632表2自紧压力p时与b／a及瑾的关系(p=1111