液压自紧炮身(半精加工)的应力与强度

本文研究的对象是开端液压自紧圆筒(Ni-Cr钢)。用考虑材料应变硬化的最简单解法计算加压过程中圆筒的应力分布及内压-外表面应变关系。将材料单向拉伸-压缩曲线中的鲍兴格效应线性化;以圆筒塑性区中的切向应变代替相当应变,求卸压过程应力变化及内压-外表面应变关系的解。进而可由加压与卸压两个过程应力分布的代数和求残余应力。由于上述近似计算,所以这种解是最简单的。文中用试验和理论分析验证了这种近似的合理性,并用自紧过程内压-外表面应变的实际测定和自紧圆筒残余应力的测定证明这种理论解有相当满意的准确性。在上述残余应力理论分析的基础上,本文初步探讨了液压自紧炮身强度设计和自紧工艺参数设计的有关问题。     

自紧身管残余应力的一种解析解

根据炮钢材料在加载与卸载过程中的真实应力应变关系,应用弹塑性厚壁圆筒的一般理论,建立了考虑加载、卸载线性强化及鲍辛格效应的应力方程.最终给出了一种液压开端自紧身管的残余应力解析解.并以相应的残余应力测试实验证明,该解析解具有很高的精度.     

液压自紧实时处理与控制技术''''''''

自紧(Autofrettage)亦称自增强。它是在厚壁圆筒内部施加超高压力使其发生塑性变形,卸压后在内膛产生一负的余残应力(预应力),从而可抵消一部分工作压力作用的影响,使得圆筒的弹性强度得以提高。该方法目前已普遍用于提高火炮身管、化工容器及石油机械泵头等超高压容器的强度与使用寿命。一些国外学者指出,当不考虑材料的鲍兴格效应(Bausohinger Effeot)影响并设卸载是弹性的,则所施加的内压力就等于塑性变形后身管的强度值(即理论强度)。然而大量的实践表明,由于材料的实际性态的影响,自紧身管的实际强度值小于理论强度值。因而,如何精确地测量这个实际强度,换言之,即如何控制塑性变形方可使得自紧身管的实际强度能够满足工程设计上许用强度的要求,就成了自紧研究的重要课题之一。本文给出了一个根据打压时外表面应变信息计算自紧身管实际强度的数学模型。并用微电脑建立了测定实际强度的实时处理与控制系统,实现了自紧操作的自动处理,明显地提高了测量精度。它对自紧工艺的自动化和测试定型将具有重要意义。     

强化材料液压自紧圆筒的残余应力和强度

本文按照广义平面应变问题,采用修正的Mises屈服准则及形变理论导出了具有应变硬化、包兴格(Bauschinger)效应的强化材料液压自紧圆筒的残余应力公式及其强度公式。经实验验证,这些公式不仅简单而且计算精度较高。     

鲍兴格效应对自紧身管残余应力影响规律的研究

根据炮钢材料的拉伸 -压缩特性 ,通过模拟实验 ,建立了以鲍兴格效应系数为函数计算自紧身管壁内任意一点残余应力的理论模型。与以往不同的是利用炮钢材料的拉伸 -压缩试样 ,通过拉伸 -压缩实验用最小二乘法拟合出鲍兴格效应系数与壁内最大拉伸变形量的关系。在计算自紧身管残余应力时 ,鲍兴格效应系数不再被视为常量而被视为变量 ,因此 ,这就克服了以往鲍兴格效应系数取平均值所带来的误差。本文采用修正的 Mises屈服准则以及形变理论 ,按广义平面应变问题 ,建立了强化材料的应力应变模型 ,导出了具有应变硬化 ,鲍兴格效应系数被视为变量的强化材料液压自紧圆筒的残余应力公式。实验也表明 :用鲍兴格系数为变量的理论模型进行炮钢材料自紧身管的残余应力计算更合理 ,更能反映自紧火炮身管的实际状态。     

自紧厚壁圆筒静压强度模拟试验研究

介绍38CrNi3MoV钢制厚壁圆筒模拟管的试制过程,对6支厚壁圆筒模拟管进行液压自紧和静压强度模拟试验。结果表明:在壁厚比1.6和1.65、自紧压力720～780 MPa、材料强度Rr0.1≥1 280 MPa条件下,采用液压自紧工艺后6支厚壁圆筒模拟管实测静压强度达520～575 MPa,实测静压强度为理论静压强度的70%～76%。     

自紧载压低温处理厚壁圆筒的强度及疲劳寿命研究

将6支中小尺寸模拟管进行自紧载压低温处理,对3支精加工前后的小尺寸模拟管和3支精加工后的中尺寸模拟管分别进行弹性强度测试,将具有内表面预制裂纹的6支中小尺寸模拟管进行液压循环疲劳寿命试验。结果表明:当壁厚比为1.768、自紧度为0.8、模拟管材料屈服强度Rr0.1≥1 200 MPa时,精加工后模拟管实测强度为700~721 MPa(自紧压力为756~792 MPa);在循环压力600MPa下,6支模拟管都以穿透型形式泄漏破坏,最终疲劳寿命为2504~3499次。     

自紧圆筒经稳定化热处理及机加工后的残余应力和强度

本文提出稳定化热处理时自紧圆筒壁内再次发生反向屈服是自紧处理时卸载反向屈服的继续,导出了自紧圆筒经稳定化热处理以及机加工后的残余应力计算公式和强度计算公式。经实验验证,这些公式的计算值与实测值吻合的较好。     

用机械自紧法提高园筒的弹性强度

<正> 一、前言 用自紧技术来提高厚壁园筒弹性强度(以下简称强度)的方法已被广泛采用。自第二次世界大战以来,国外普遍用液压自紧法来提高各种火炮身管的强度和疲劳寿命。随着火炮膛压的增高及炮钢材料强度的提高,液压自紧时所用的液体介质压力越来越高,     

材料的非线性混合硬化模型及自紧身管残余应力、应变的计算

在通用非线性有限元结构程序NFAP中加入具有初始随动角的非线性混合硬化材料模型,以适应有显著鲍辛格效应材料的需要.用该模型对自紧身管的残余应力和残余应变进行计算,与测试值吻合较好.     

火炮身管自紧技术的发展概况

火炮身管自紧是国外早在二次世界大战时期就曾采用过的工艺。它是在火炮身管进行最后精加工之前,对身管內膛施加超高液压,使在管壁中产生预先计算的残余应力。理论和实践证明,经过自紧处理,能夠确保弹丸发射时身管横截面的应力分布均勻一致,因而这种技     

自紧-时效厚壁圆筒时效压力极限值的确定

本文从炮钢材料在时效温度下的单轴拉伸特性出发,以Mises屈服准则为基础,考虑自紧时效的具体历程,推导建立了半精加工圆筒时效压力极限值,以及时效压力超过上限后的残余应力计算式,为制订自紧-时效工艺规范提供了依据。     

一种自紧厚壁圆筒非线性混合硬化模型及残余应力分析

为准确地计算自紧身管强度及疲劳寿命,建立一种能反映其非线性应力与应变关系和包辛格效应等性能的材料本构模型,用以提高残余应力计算精度。基于非线性随动硬化模型,建立一种适用于表征自紧身管力学性能的非线性混合硬化模型,通过数值计算可获得残余应力分布情况;为提高数值计算的收敛速度,结合所建立的材料本构模型和各参量间的弹塑性关系,推导了与本构模型密切相关的一致切线刚度矩阵;为验证该本构模型的正确性,综合运用拉压试验和优化算法确定材料参数,进行了自紧身管残余应力有限元数值计算及分析。结果表明：数值计算的残余应力分布曲线与试验数据基本吻合;建立的炮钢本构关系模型能真实反映自紧厚壁圆筒的残余应力分布情况。     

自紧身管的弹塑性分析与强度设计

本文在〔1,2〕的基础上,通过对炮钢材料应力应变试验曲线的分析,建立了炮钢材料的弹塑性本构关系,利用NFAP程序的有关程序模块和文献〔1〕建立的材料模块编制了GANP液压自紧身管弹塑性分析专用程序,对模拟管与自紧身管进行弹塑性分析的结果表明,模拟管的计算值与实测值相当吻合,比较文献〔1〕更接近实测值,自紧身管比未经自紧处理过的身管强度提高58％～68％。     

两种中口径弹药弹带动态挤进阻力特性的实验研究

针对弹丸挤进过程中弹带在坡膛产生高应变率塑性变形及断裂问题,采用短管炮发射装置完成了两种不同弹带动态挤进过程的阻力特性实验。采用动态压力测量和高速录像系统进行了挤进过程中膛内火药燃气的压力和弹丸位移数据的测量。对膛内压力和位移数据进行计算,得到了弹带挤进变形期间的阻力特性曲线。研究结果表明,弹带材料和结构对挤进阻力的影响较为明显,紫铜弹带相对于尼龙弹带有较高的挤进启动压力和最大阻力值,相应的挤进时间较短。     

膛口高度欠膨胀射流中马赫盘对二次着火影响的实验研究

本文对小口径武器膛口高度欠膨胀燃气射流中马赫盘对燃气二次着火的影响作用进行了详细的实验研究。结果表明:作用时间较长的强马赫盘的存在是膛口高度欠膨胀射流中发生二次燃烧的主要原因:削弱马赫盘的强度,可以减弱甚至抑制二次焰。     

弹底压力测试技术

压电型压力传感器具有加速度效应,通过对其加速度效应测试的研究有助于弹丸膛内弹底压力数据的处理分析。压力传感器与加速度传感器同时安装在记录仪中,将记录仪安装在马歇特锤上进行了5 100g的冲击实验。对比压力传感器与加速度传感器的响应曲线,压力传感器的低频响应与加速度响应相关系数达到89.7%。采用膛内的加速度响应曲线修正弹底压力后,其峰值与膛底压力峰值相比误差为0.5%。     

中高应变率条件下TC18钛合金动态力学行为的实验研究

应变和应变率是影响材料力学行为的两个重要因素,分离式霍普金森压杆（SHPB）技术是实现不同应变和应变率加载的有效途径之一。为研究室温下TC18钛合金的塑性变形和破坏行为,采用SHPB,通过调节子弹长度和速度实现对TC18钛合金圆柱试样不同应变和应变率的加载。实验得到了TC18钛合金在不同应变率下的真应力-真应变曲线和同一应变率不同应变下的真应力-真 应变曲线,并分别分析了应变硬化和应变率强化效应对TC18钛合金的动态力学性能的影响。实验结果表明：TC18钛合金压缩试样破坏时断口与加载方向（轴线）之间的夹角约为45°,其压缩破坏形式为典型的剪切破坏,与应变和应变率相关;应变率越高,TC18钛合金的流动应力和屈服强度越高,故该材料具有明显的应变率强化效应;绝热剪切带是裂纹形成和试样发生宏观剪切破坏的先兆。     

弹道枪水下全淹没式发射膛口流场演化特性的数值模拟研究

为了解弹道枪水下全淹没式发射膛口流场的演化特性,搭建水下射击实验平台,运用直接摄影法捕捉其膛口流场演变的全过程。实验发现：在弹头出膛前,弹前水柱已经在膛口空化产生水蒸汽;弹头出膛后,膛内燃气流出并与水蒸汽掺混,将弹头包裹;弹头远离膛口后,燃气射流继续膨胀,头部呈锥形;弹头表面不断空化产生水蒸汽,形成超空泡,同时在弹头尾部会留下细长的气柱。在实验基础上建立二维多相流模型,采用流体体积函数多相流模型和标准k-ε湍流模型,结合动网格及用户自定义函数技术,对实验工况进行数值模拟。结果表明：弹道枪水下全淹没式发射时,高度欠膨胀的火药燃气出膛口后,形成了包含两个瓶状激波的复杂波系结构;弹头出膛后,在膛口流场区域内不断加速,随着弹头远离膛口流场区域,弹头速度不断衰减。     

材料的非线性混合硬化模型及其在身管自紧分析中的应用

根据高强度钢具有明显的鲍兴格效应,在非线性有限元分析程序NFAP中增加了初始各向同性的材料非线性混合硬化模型。本模型将材料的鲍兴格效应直观地反映到屈服面半径和随动角的连续变化上,同时此模型还可作为各向同性、随动和混合硬化的通用模型。通过对身管自紧的残余应力、残余应变及残余位移分析,证明其计算结果与实验结果相当吻合。