论文题目: 焊接钢质药筒设计理论与研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 火炮自动武器与弹药工程
作者: 何清
导师: 陈国光
关键词: 药筒,焊接,有限元法,退壳
文献来源: 中北大学
发表年度: 2005
论文摘要: 焊接钢质药筒作为现代火炮武器用弹药的一个组件,已越来越受到武器界的普遍认可,它具有原材料来源丰富,制造不需大型设备,成本低、效率高等优点。其优良的设计制造性能,是火炮系统发射过程中闭气、退壳等作用正确性的保证,随着身管武器的发展,药筒应用的火炮种类日益增多,载荷环境日益恶劣。研究药筒的设计理论,材料性能匹配,结构分析,制造工艺,检验验收手段等具有重要的理论意义和实用价值。本文研究了焊接钢质药筒的作用机理、设计理论、制造工艺过程及材料性能匹配等问题,分析了影响焊接钢质药筒性能的主要因素。结合制造实践应用现代计算机技术和大型有限元分析软件对焊接钢质药筒在火炮膛内的复杂受力变形进行了详尽的仿真分析。对药筒各分区的最大变形位移、残余变形位移、最大膛压时的应力、残余应力分布等做了精确计算,为焊接钢质药筒的结构设计和材料性能参数确定提供了理论依据,完善了焊接钢质药筒的设计理论。为新的药筒设计提供了系统的理论依据和设计手段。通过对药筒的仿真计算结果进行分析,发现在药筒口部区最大位移未达到药筒设计的口部初始间隙,也就是说药筒口部在膛内最大膛压时没有与膛壁贴合,药筒口部的闭气性差,这个结果与试验时药筒筒体部产生气沟,药筒熏黑长度长相吻合,准确的解释了口部气沟及熏黑现象。本文提出的改进措施为药筒的改进设计指出了方向,解决了工程实际问题。对药筒各个区域的残余位移值进行分析,一至四区的残余位移小于设计的初始间隙,只有五区的一小段筒体残余位移值大于初始间隙,与膛壁产生过盈生成抽壳力,所以在试验时个别药筒抽壳力偏大主要是由于筒体部产生较大的气沟,使得筒体部圆度变差引起的,药筒的退壳性设计还是比较合理的。本次研究使焊接钢质药筒的最优化设计成为可能,实现了焊接钢质药筒设计的高效、精确,提高了一次设计成功率。研究成果为焊接钢质药筒设计提供了较完善的设计理论、分析方法、计算手段和实用技术,具有很大的实用价值和理论意义。
论文目录:
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 发展与研究现状
1.3 本文的研究工作
1.4 论文内容安排
2 焊接钢质药筒作用机理
2.1 贴膛前的状态
2.2 贴膛后至最大膛压作用下的状态
2.2.1 药筒贴膛后的变形状态
2.2.2 最大膛压作用下的状态
2.3 膛压下降时的状态
2.4 抽壳瞬间药筒在膛内的状态
2.5 焊接钢质药筒在膛内的温升与热变形
3 焊接钢质药筒设计理论
3.1 射击时药筒在膛内的受力变形的力学分析
3.1.1 假设条件
3.1.2 药筒在膛内受力变形的第一阶段
3.1.3 药筒在膛内受力变形的第二阶段
3.1.4 在最大膛压作用下的力学分析
3.2 膛壁变形分区
3.2.1 口部斜肩的均布弹性变形区
3.2.2 膛壁的均布弹性变形区
3.2.3 膛壁的过渡弹性变形区
3.2.4 膛壁的最大弹性变形区
3.2.5 膛壁入口端部的过渡弹性变形区
3.3 焊接钢质药筒退壳性设计
3.3.1 抽壳间隙与最终间隙
3.3.2 焊接钢质药筒抽壳间隙与最终间隙的计算
3.3.3 焊接钢质药筒退壳设计原理
3.3.4 焊接钢质药筒退壳设计评定
3.4 焊接钢质药筒设计理论工程实践
4 焊接钢质药筒常用材料
4.1 焊接钢质药筒对材料的总体要求
4.1.1 筒体用钢板的材料要求
4.1.2 筒底用圆钢的材料要求
4.2 工业用材的基本分析
4.3 材料性能检验过程及手段
4.3.1 原材料的检验过程及手段
4.3.2 筒底热处理后的检验过程及手段
4.3.3 焊缝的检验过程及手段
4.4 材料性能参数的影响因素和保障
4.4.1 筒底与筒体材料匹配与优选
4.4.2 实际工程案例
5 焊接钢质药筒制造工艺
5.1 制造工艺过程
5.2 制造过程对材料性质性能的改变
5.2.1 筒底热处理性能的变化
5.2.2 焊接对材料性能的变化
5.3 对工艺参数的控制
6 影响焊接钢质药筒性能的主要因素及其分析
6.1 筒体壁厚
6.2 筒体抗拉强度
6.3 筒体的弹性模量
6.4 筒体的屈强比
6.5 筒底抗拉强度
6.6 筒底根壁平均厚度
6.7 筒底屈强比
6.8 筒底止口高度
6.9 筒底止口端部厚度
6.10 筒底根壁斜角
6.11 筒底内壁转角半径
6.12 筒底高度
6.13 底板厚度
6.14 药筒根壁起始处的壁厚
6.15 药筒根壁起始处的抗拉强度
7 提高焊接钢质药筒设计精度和效率的技术手段、途径
7.1 整体现代技术的进展
7.1.1 高性能的CAD 技术
7.1.2 高精度的CAE 技术
7.2 ANSYS/LS-DYNA 软件介绍
7.3 现代设计手段的概述
8 焊接钢质药筒发射过程的数值分析
8.1 药筒几何模型的建立
8.2 药筒的有限元模型
8.3 焊接钢质药筒的材料模型
8.4 焊接钢质药筒的发射过程的接触问题及其处理
8.5 边界条件确定
8.5.1 约束确定
8.5.2 焊接钢质药筒的发射过程中所受载荷描述
8.6 榴弹焊接钢质药筒的发射过程的数值分析
8.7 对整体算法的分析评价
9 结束语
9.1 论文的主要工作及创新点
9.2 对下一步工作的展望
参考文献
博士期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢
发布时间: 2006-06-27