自紧厚壁圆筒动态强度的有限元分析及实验研究

论文摘要

传统的火炮身管强度设计基于厚壁圆筒理论,通过某些假设条件,把厚壁圆筒问题简化为静力作用下的轴对称问题,对其进行静态应力分析和强度计算,而实际上身管承受的是动态载荷,显然与实际有较大出入。本文以自紧厚壁圆筒为研究对象,采取理论计算、有限元软件分析和进行模拟火炮身管发射实验相结合的方法来开展对自紧厚壁圆筒的残余应力分布及动态强度极限的研究工作。首先对自紧厚壁圆筒的残余应力及静态强度极限进行理论计算求解；其次运用动态线性和非线性有限元分析软件ANSYS建立自紧厚壁圆筒的有限元模型,对其残余应力分布进行分析研究；运用ANSYS汇编语言APDL编写了动态加载程序,对其进行动态强度分析,求解相应的动态强度极限；对有限元模型加载相同的压力值,分别进行动力学分析和静力学分析,对动态应力和静态应力进行分析比较；最后设计了用密闭爆炸装置模拟火炮身管发射的实验方案,在超高压条件下开展对自紧厚壁圆筒动态强度极限的实验研究工作。通过理论计算、有限元分析和实验研究,给出了自紧厚壁圆筒的动态强度极限比静态强度极限有大幅提高的结论,并确定了其幅度范围。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 火炮身管设计概述
• 1.2 厚壁圆筒动态强度研究的意义和现状
• 1.3 主要研究内容
• 2 厚壁圆筒自紧理论
• 2.1 自紧厚壁圆筒概述
• 2.2 考虑鲍辛格效应的自紧厚壁圆筒的强度计算
• 2.2.1 炮钢的材料特性
• 2.2.2 自紧厚壁圆筒残余应力的求解
• 2.3 实例计算
• 2.4 本章结论
• 3 自紧厚壁圆筒的动态强度有限元分析
• 3.1 有限元法和ANSYS概述
• 3.2 自紧厚壁圆筒有限元模型的建立
• 3.2.1 材料模型的确定
• 3.2.2 创建模型和划分网格
• 3.3 有限元模型的加载和求解
• 3.3.1 厚壁圆筒的自紧加载和求解
• 3.3.2 非自紧厚壁圆筒的加载和求解
• 3.4 结果分析
• 3.5 本章结论
• 4 自紧厚壁圆筒的动态强度实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验原理
• 4.3 密闭爆炸装置
• 4.3.1 实验反力架
• 4.3.2 堵头及密封组件
• 4.3.3 点火及发射系统
• 4.3.4 控压卸压装置
• 4.3.5 安全设施
• 4.4 实验测试系统
• 4.4.1 测试系统工作环境和要求
• 4.4.2 虚拟仪器技术概述
• 4.4.3 实验硬件系统
• 4.4.4 实验软件系统
• 4.5 实验方法
• 4.6 实验结果与分析
• 4.7 本章结论
• 5 结论
• 5.1 总结
• 5.2 不足
• 5.3 展望
• 致谢
• 参考文献