材料热物特性对热身管中弹丸运动状况的影响研究

为了进一步了解热枪散布异常机理,在基于身管温度场研究的基础上,建立了考虑材料热物特性的热枪弹丸膛内运动分析有限元模型。以热分析的身管温度场数据作为边界条件,通过显式动力学分析,获得了材料热物特性影响下的弹丸膛内运动状态。对比实验数据,验证了该弹/枪耦合模型的正确性。研究表明:随着身管温度升高,身管热膨胀特性在膛口位置增加了弹丸质心位移及膛内摆角,但减小了弹丸质心侧向速度;身管热弹性在膛口位置增加了弹丸摆角,降低了弹丸质心速度;被甲热塑性增加了膛口弹丸质心侧向位移、膛内综合摆角,降低了弹丸质心侧向速度。研究结果将为进一步研究热散机理,提高射击精度提供一定的帮助。     

弹丸加速运动在身管中激发的振动

研究了由于弹丸加速运动在身管中激发的振动问题。通过将身管简化为一悬臂梁，弹丸的作用简化为一加速移动的载荷，建立了身管的运动方程，求得了级数形式的解析解，给出了一个算例并作了详细讨论。     

弹丸在膛内运动的研究

本文建立了弹丸前定心部紧贴膛壁运动的动力学模型。模型包括：弹丸自转、质量偏心、动不平衡、弹炮间隙、膛壁对弹丸定心部和弹带的作用、气体压力、身管的变形和振动。求得了对称弹丸在理想身管中的运动微分方程的解析解，并对某些弹炮系统进行了计算，得出了一些有用的结论。     

考虑惯性效应的移动弹丸作用下身管振动特性

为研究火炮发射过程中弹丸激励下的身管振动特性,建立了弹丸膛内运动冲击作用下考虑其惯性效应的身管横向振动方程,采用小参数解法,给出了方程级数形式的解析解.针对弹丸有、无质偏2种工况,对不同运动参数下身管的振动特性进行了数值仿真.讨论了不同运动参数对炮口处的振动影响规律,并给出了定量分析结果,探究了弹丸连发激励下的炮口振动...     

身管与弹丸的熔融磨损模型与研究

针对身管的烧蚀磨损会制约武器的进一步发展的问题,提出一种身管与弹丸的熔融磨损的计算方法。通过分析管与弹丸发生熔融磨损过程,将摩擦学和流体力学相关理论运用到身管与弹丸的高温、高速摩擦作用中,建立了身管与弹丸的熔融磨损模型,推导出了熔融润滑状态下的熔化液熔化速度、熔化液厚度及摩擦系数的计算公式,并以某加农炮为例对所建模型进行理论计算与分析。计算结果表明：该方法较好地符合了现有的摩擦学理论,为深入研究身管武器的烧蚀磨损机理提供了理论基础。     

弹丸与身管耦合振动问题的迭代解法

为实现弹丸与身管耦合振动模型的快速准确数值计算,提出了弹丸与身管耦合振动问题的迭代求解方法。在分析弹丸与身管耦合振动动力学特性基础上,通过将弹丸在身管内运动时间离散化,实现了耦合振动连续过程离散化。基于微分方程理论,利用迭代计算方法对弹丸在身管内运动时对身管上各个点引起的耦合振动进行求解,进而求解出弹丸连续移动时对身管引起的耦合振动。在考虑弹丸惯性效应和梁的曲率变化条件下,构建了迭代解法的程式化流程,使得该方法更加易于实现数值计算。利用该方法对弹丸与身管耦合振动模型进行数值求解,结果表明该解法能快速有效地实现对弹丸与身管耦合振动问题的求解。     

弹炮运动方程的建立及应用

本文给出了弹丸膛内运动方程和身管横向振动方程，对弹丸前定心部与膛壁的碰撞及前定心部紧贴膛壁时弹丸的运动特征作了深入的研究。给出了弹炮相互作用模型——耦合模型的计算方法，并对某弹炮系统进行了分析计算得到了一系列结论。     

弹丸膛内运动姿态动力学仿真

在Solidworks中建立了较精确的线膛炮身管模型及其他部分的实体模型,导入机械系统动力学分析软件ADAMS中进行了装配和约束,形成了弹丸发射的动力学模型。利用ADAMS软件进行了二次开发,建立了内弹道解算的模块,应用ADAMS软件中的位移、速度等函数,以状态变量的形式建立了反后坐装置的力元,模拟了弹丸在膛内的运动过程,得出了弹丸膛内的运动姿态,在该模型的基础上可以进一步对全炮的发射过程进行动力学仿真。     

弹丸膛内运动分析

应用弹丸发射动力学的基本理论，建立了适合于各种导引部结构的弹丸膛内运动的计算模型，并对影响旋转弹丸膛内运动的各因素进行了大量的实例计算和分析。     

枪炮射击过程中弹丸与身管相互作用及其影响

枪炮射击时,弹丸在发射药燃烧产生的高温高压燃气推动下与身管发生相互作用。弹丸挤进过程对枪炮内弹道循环有重要影响,其本质是弹丸（弹带）与身管膛壁间的高速冲击摩擦并伴有大变形。弹丸在挤进过程结束后沿导向部向前加速运动过程中,弹带表面发生熔化磨损的几率增大。准静态和实弹射击动态测定的挤进阻力值差别明显,原因在于加载方式不同,摩擦副材料的应变率效应导致其力学性能发生改变,进而影响摩擦学性能,宏观上表现为挤进阻力的变化。发展新型冲击加载实验方法是揭示弹丸挤进过程内在机理的关键手段。弹丸与身管相互作用的深入研究将有助于枪炮和弹药的优化设计、制造与使用。     

瞬态冲击载荷下复合材料身管损伤研究

复合材料身管的损伤除了具有传统金属身管的损伤模式外,还包括复合材料层的损伤,金属层与复合材料层间界面损伤;针对该问题,采用有限元法对瞬态冲击载荷下复合材料身管损伤进行数值模拟,讨论影响复合材料身管损伤的因素,主要研究不同结构设计参数对复合材料身管损伤的影响;不同载荷工况下复合材料身管的损伤模式;这些研究对于提高含金属内衬复合材料结构的安全性和寿命,拓展复合材料结构的应用有着重要的意义。     

枪管结构对固有频率的影响

为了研究枪管结构对枪管固有频率的影响,针对枪管尤其是狙击枪管设计中约束长度、枪管外形、膛口装置以及膛线等不同结构,建立了相应的三维模型。采用以六面体为主的网格对枪管进行了网格划分,采用有限元方法对枪管进行了模态分析。计算获得了不同结构枪管的固有频率; 通过比较,得到了不同枪管结构对固有频率的影响。分析结果表明:枪管尾部螺纹长度越长,枪口振动幅度越低; 相同质量枪管,锥形外形枪管刚度最好; 加装膛口装置对枪管刚度和振动特性有不利影响。     

啮合刚度对人字齿行星传动系统动态载荷特性的影响研究

基于集中参数振动理论,建立了采用双齿联轴器的人字齿行星传动系统动力学模型;引入斜齿轮啮合刚度公式按2 个斜齿刚度并联计算人字齿时变啮合刚度;通过求解系统动力学方程, 获得内外啮合刚度与内外啮合动载系数之间变化关系曲线,进而分析了人字齿啮合刚度对系统动态载荷特性的影响。研究结果表明:不考虑共振的情况下,内外啮合动载系数分别随内外啮合刚度平均分量增加而增大;内外啮合刚度交变分量对内外啮合动载系数影响很小;人字齿轮运转平稳, 振动较小,进行人字齿行星传动系统动载系数计算,在精度要求不太高的情况下,以啮合刚度平均分量表示啮合刚度是可行的。     

某机枪枪管內膛损伤特征

为了探明某机枪枪管损伤特征,分析其失效机制,开展了寿命射击试验。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、内窥镜和量规对枪管内膛表面进行观察和测量。结果表明,从枪尾至枪口Cr层主要损伤方式为由剥落向磨损转变,根据这个特征,寿终枪管沿轴向可分为剥落区、过渡区和磨损区。从剥落区至磨损区,膛线起始损伤从阴线逐渐向阳线转变。剥落区和磨损区的损伤速率均较高,而过渡区的损伤速率相对缓慢。在剥落区,射弹量为全寿命的27%时阴线出现大块Cr层掉落,射弹量为全寿命的55%时Cr层已完全剥落。在磨损区,射弹量为全寿命的7%时阳线导转侧已发生明显磨损,射弹量为全寿命的7%增至14%时内径从12.69 mm升至12.75 mm.     

基于虚拟体的身管多体动力学模型研究

为了建立相对准确高效且充分考虑弹丸接触力等外加载荷影响的柔性身管模型,通过将虚拟体引入身管系统,提出了一种柔性身管的建模方法,推导了虚拟体在系统中的约束方程和身管的多体动力学方程.以某型履带式自行火炮为例,引入身管的多体模型,获得了在相同射击条件下试验测试数据与仿真计算结果的对比曲线.分析表明,应用该方法构建的柔性身管模型能够描述弹丸接触力等外加载荷的作用,并可以较精确地计算火炮的炮口扰动和身管的弹性振动.     

轴向运动简支梁振动响应分析

轴向运动系统广泛存在于诸如火炮发射系统、动力传送带、带锯、空中缆车索道等工程领域,理论上可将其抽象为轴向运动弦线和梁的力学模型,具有重要理论意义和工程应用价值。基于Euler-Bernoulli梁理论,建立了移动质量作用下轴向运动简支梁振动方程,利用Galerkin法对方程进行离散,采用Newmark-β法对方程进行数值求解。计算了移动质量对轴向运动梁动态响应的影响,结果表明：相比轴向运动梁的自由振动,移动质量的作用使轴向运动梁更多的模态被激起;移动质量速度越小,频域成分越丰富;在移动质量作用前半阶段,梁的振动频率较低,在后半阶段振动频率较高。     

迫击炮弹丸与身管配合间隙优化设计

针对迫击炮弹丸出炮口时的尾翼颈部折断问题,考虑弹丸前定心部与膛壁的摩擦,建立了迫击炮弹丸与身管耦合系统的有限元模型,对弹丸膛内运动过程进行了仿真计算,得到弹丸起始扰动,以出炮口时刻弹丸起始扰动的位移、角位移和角速度构建优化目标函数,以弹丸与身管配合间隙为设计变量,基于Isight软件提供的多目标优化方法对弹丸起始扰动进行优化设计,得出了相对最优配合间隙值。结果表明,迫击炮弹丸与身管配合间隙对弹丸起始扰动影响显著,优化后出炮口时刻弹丸质心位移、角位移和角速度均明显减小,该结果对迫击炮弹丸与身管的匹配设计具有一定参考价值。     

某大口径机枪枪管的瞬态热弹耦合动力响应分析

以某大口径机枪枪管为研究对象,建立了枪管的热弹耦合模型,使用与温度相关的材料模型,计算了枪管在高频循环动态热脉冲和动态压力脉冲共同作用下的瞬态温度响应和瞬态应力响应,分析了热脉冲与压力脉冲的耦合效应,并对拟静态计算法和动态全耦合计算法进行了比较.研究表明:热脉冲与膛压脉冲的动力响应具有表面效应,枪管内膛表面承受脉冲冲击最强,动力效应最大,动力效应沿径向向外迅速衰减;热脉冲与膛压脉冲在内膛表面耦合效应十分明显,采用动态全耦合方法进行计算更加准确.