大口径火炮多发连射炮管热力耦合分析

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1、中国机械工程第23卷第9期2012年5月上半月大口径火炮多发连射炮管热力耦合分析武锋郑祖华吴圣川祖方道合肥工业大学，合肥，230009摘要：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，并用ABAQUS软件进一步分析2O发连射时炮管的热结构耦合场。得到某155mm火炮药室部温度场和瞬态热应力场分布规律，为进一步评测炮管的疲劳裂纹和确定剩余寿命提供了参考。关键词：火炮炮管；热力耦合；有限元分析；传热；热应力中图分类号：TJ34DOI：10．3969／j．is

2、sn．1004—132X．2012．09．011Thermo-mechanicalCouplingAnalysisforaLargeCalibreGunMultiroundContinuousFiringProcessWuFengZbengZuhuaWuShengchuanZuFangqiuHefeiUniversityofTechnology，Hefei，230009Abstract：Theheatconductionprocessofalarge—caliberartilleryfiringwassimu

3、latedbyusingan0ne—dimensionaltwo—phaseflowinteriorballisticmodelandanone—dimensiona1tubetransientheattransfermodel。bywhichthetransienttemperaturefieldandthermalstressdistributionofthebarrelchamperofal55mmgunwerecalculatedbyABAQusaftertwentyshots．Theresultsc

4、anpro—videtheimportantbasistoevaluatethefatiguecrackpropagationandtopredictthelifeofgunbarre1．Keywords：gunbarrel；thermo—mechanicalcoupling；finiteelementanalysis；heattransfer；ther～ma】stress0引言平台，进一步计算了炮管的瞬态应力场。强杀伤力和远射程是现代火炮发展的必然趋1炮管传热物理过程分析势，如何提高炮管的强度和寿命是重要研

5、究课题。在大威力火炮速射过程中，炮管内膛热量来不及火炮射击过程中，内膛传热以传导、对流和辐向外传递，存在着瞬态极端温度梯度。同时，沿炮射三种方式进行。研究表明，辐射换热量约为对管径向分布极端不均匀的热循环不仅会严重烧蚀流换热量的1，因此，本文主要考虑对流换热这内壁，而且多发连射后内膛累积的热量对弹药和一主要传热形式。射击时，火药燃气与炮管的热士兵的安全也造成了严重威胁。因此，探明火炮作用分为三个阶段：内弹道时期、后效期和间发射过程产生的连续热冲击特性是研究炮管宏微歇期。观失效破坏机理和开发炮管延寿技术的重要前

6、提文献[2—3]表明，炮管沿半径方向的温度梯度是轴向的1000倍以上。因此，可不考虑热量的轴和基础j。向传递，将模型简化为不计弹丸运动中摩擦生热本文尝试建立了某大口径火炮的一维内弹道的炮管径向一维热传导数学模型。两相流模型和瞬态传热模型，以连发2O发炮弹为(1)控制方程。控制方程为条件，获得了炮管的传热特性。基于ABAQUS(+IaT—一—aL—了十一‘)，ro0≤r≤rl(1l)收稿日期：2O11一O316[7]ConnAR，GouldNIM，TointPI．Trust—regionStructuresUs

7、ingChangesinFlexibilityEJ]．JournalMethods(MPS／SIAMSeriesonOptimization)I-M]．ofSoundandVibration，1994，169(1)：3—17．Philadelphia：SocietyforIndustrialMathematics，(编辑王艳丽)1987．[8]BranchMA，ColemanTF，LiY．ASubspaceInteri—作者简介：李世龙，男，1987年生。军械工程学院导弹工程系博orandConjugateG

8、radientMethodforLarge～scale士研究生。主要研究方向为发射控制系统检测与故障诊断。发Bound—constrainedMinimizationProblems[J]．表论文7篇。王天辉，男，1986年生。军械工程学院导弹工程系SIAMJournalonScientificComputing，1999，21博士研究生。马立元，男，1962年生。军械工程学院导弹工程系教授、博士研