火炮設(shè)計(jì)理論.課件_第1頁(yè)
火炮設(shè)計(jì)理論.課件_第2頁(yè)
火炮設(shè)計(jì)理論.課件_第3頁(yè)
火炮設(shè)計(jì)理論.課件_第4頁(yè)
火炮設(shè)計(jì)理論.課件_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩41頁(yè)未讀 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

1、火炮設(shè)計(jì)理論 南京理工大學(xué)火炮教研室主講:張相炎 教授聯(lián)系電話:843155812.4 自緊身管設(shè)計(jì) 1 自緊身管1.1 自緊身管 筒緊身管壁內(nèi)的應(yīng)力分布均勻提高身管的強(qiáng)度。 多層筒緊層數(shù)越多 應(yīng)力分布越均勻 強(qiáng)度也越高 加工困難。 筒緊是一種工藝方法 一種新的工藝方法自緊身管 自緊身管:經(jīng)自緊工藝處理的身管,也稱為自增強(qiáng)身管。1.2 自緊原理 制造時(shí)對(duì)其內(nèi)膛施以高壓,使內(nèi)壁產(chǎn)生塑性變形。 內(nèi)壓去除以后,在內(nèi)壁產(chǎn)生與發(fā)射時(shí)符號(hào)相反的殘余應(yīng)力。 發(fā)射時(shí),發(fā)射工作壓力產(chǎn)生的應(yīng)力與自緊殘余應(yīng)力相迭加,使身管壁內(nèi)應(yīng)力趨于均勻一致,提高身管強(qiáng)度。 自緊原理:制造施壓塑變;卸載殘余應(yīng)力;發(fā)射應(yīng)力均勻。1.

2、3 自緊身管的特點(diǎn)(1)提高身管的強(qiáng)度;(2)可節(jié)省大量合金元素;(3)對(duì)提高身管壽命有利;(4)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除毛坯中的疵病。 2.4 自緊身管設(shè)計(jì) 1.4 自緊工藝 自緊工藝有三種:液壓自緊法,擠擴(kuò)法(亦稱機(jī)械自緊法),爆炸自緊法。 (1)液壓自緊 開式 閉式 (2)擠擴(kuò)自緊(機(jī)械自緊) (3)爆炸自緊2.4 自緊身管設(shè)計(jì) TTTT2 自緊身管應(yīng)力分析 由于自緊身管產(chǎn)生比較大的塑性變形,因此采用材料的屈服強(qiáng)度極限,并采用第三或第四強(qiáng)度理論。這里我們采用第三強(qiáng)度理論,即最大剪應(yīng)力理論,其強(qiáng)度條件為:對(duì)火炮身管,1=t,3=r=-p ,因此式中,2m稱為第三強(qiáng)度理論的相當(dāng)應(yīng)力。2.4 自緊身管設(shè)

3、計(jì) 2.1 補(bǔ)充假設(shè)(1)身管材料的拉伸和壓縮特性一樣; 這條假設(shè)就是為了略去鮑辛格效應(yīng)的影響(2)材料塑性變形后應(yīng)力不增加; 這條假設(shè)就是為了忽略材料強(qiáng)化(硬化)現(xiàn)象的影響(3)不考慮軸向應(yīng)力的作用。2.4 自緊身管設(shè)計(jì) 2.2 自緊時(shí)的應(yīng)力 設(shè):在自緊壓力P1作用下,身管從內(nèi)表面開始出現(xiàn)塑性變形,并且最終塑性區(qū)半徑達(dá)到(r1r2) ,則身管壁內(nèi)分為塑性區(qū)(r=r1 )和彈性區(qū)(r=r2)。 (1)彈性區(qū) 彈性區(qū)相當(dāng)一個(gè)單筒身管,其內(nèi)徑為,外徑為r2 ,在半徑處的徑向壓力p,即為彈性區(qū)的彈性強(qiáng)度極限,采用第三強(qiáng)度理論時(shí)彈性區(qū)內(nèi)徑向應(yīng)力(壓力)彈性區(qū)內(nèi)的切向應(yīng)力彈性區(qū)內(nèi)按第三強(qiáng)度理論的相當(dāng)應(yīng)力

4、2.4 自緊身管設(shè)計(jì) (2)塑性區(qū) 在塑性區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的相當(dāng)應(yīng)力均為屈服強(qiáng)度,即切向應(yīng)力半彈性狀態(tài)自緊時(shí)的內(nèi)壓2.4 自緊身管設(shè)計(jì) (3)全塑性狀態(tài):=r22.4 自緊身管設(shè)計(jì) (4)第四強(qiáng)度理論的自緊壓力 采用第四強(qiáng)度理論也可以導(dǎo)出自緊時(shí)的壓力 對(duì)半彈性狀態(tài)對(duì)全塑性狀態(tài) 實(shí)際身管材料存在一定的強(qiáng)化現(xiàn)象,通過(guò)自緊生產(chǎn)實(shí)踐得出全塑性狀態(tài)的自緊身管的自緊壓力可用如下經(jīng)驗(yàn)公式表示:半彈性狀態(tài)2.4 自緊身管設(shè)計(jì) (5)說(shuō)明1)的影響W全塑狀態(tài)全彈狀態(tài)2)W2的影響2.4 自緊身管設(shè)計(jì) W2Z提高強(qiáng)度越明顯2.3 殘余應(yīng)力(制造應(yīng)力) 自緊時(shí),在自緊壓力P1作用下,身管從內(nèi)表面開始出現(xiàn)塑性變形,并且最終身

5、管壁內(nèi)形成塑性區(qū)和彈性區(qū)。并且身管壁內(nèi)存在徑向應(yīng)力(壓力)p和切向應(yīng)力t 。 卸去自緊壓力P1時(shí),由于身管內(nèi)存在塑性變形,因此在卸載過(guò)程中自緊身管內(nèi)存在殘余應(yīng)力,也就是制造應(yīng)力或預(yù)應(yīng)力。卸載過(guò)程是彈性卸載,相當(dāng)于在一個(gè)內(nèi)徑為r1、外徑為r2 ,的彈性園筒上加一個(gè)-P1,而在身管內(nèi)形成附加應(yīng)力。附加應(yīng)力與自緊應(yīng)力的迭加就形成殘余應(yīng)力。2.4 自緊身管設(shè)計(jì) 其中p”為附加壓力,即把身管看成單筒身管(彈性園筒)時(shí),在自緊內(nèi)壓P1作用下,身管壁內(nèi)所產(chǎn)生的徑向壓力;p為自緊制造時(shí)身管壁內(nèi)的徑向壓力;p為卸載后身管內(nèi)的殘余徑向壓力。其中”t為附加切向應(yīng)力,即把身管看成單筒身管(彈性園筒)時(shí),在自緊內(nèi)壓P1

6、作用下,身管壁內(nèi)所產(chǎn)生的切向應(yīng)力;t為自緊制造時(shí)身管壁內(nèi)的切向應(yīng)力;t為卸載后身管內(nèi)的殘余切向壓力。2.4 自緊身管設(shè)計(jì) (1)附加應(yīng)力相當(dāng)在自緊壓力P1作用下,單筒身管(彈性園筒)壁內(nèi)形成的附加徑向應(yīng)力p”和附加切向應(yīng)力”t2.4 自緊身管設(shè)計(jì) (2)殘余應(yīng)力1)彈性區(qū)2.4 自緊身管設(shè)計(jì) 2)塑性區(qū)2.4 自緊身管設(shè)計(jì) 2.4 自緊身管設(shè)計(jì) 2.4 發(fā)射時(shí)的應(yīng)力 發(fā)射前,身管壁內(nèi)存在殘余應(yīng)力。發(fā)射時(shí)身管在內(nèi)壓p1作用下,在身管壁內(nèi)形成新的附加剪應(yīng)力2”和附加徑向壓力p” ,其值可將自緊身管看成單筒身管:身管壁內(nèi)的合成應(yīng)力為彈性區(qū)合成相當(dāng)應(yīng)力塑性區(qū)合成相當(dāng)應(yīng)力2.4 自緊身管設(shè)計(jì) 可以看出合

7、成應(yīng)力的分布比筒緊身管更趨于均勻一致。為了使自緊身管在發(fā)射時(shí)塑性區(qū)不再進(jìn)一步增大,要求發(fā)射時(shí)的內(nèi)壓p1不大于自緊時(shí)內(nèi)壓P1,即p1P1時(shí),身管內(nèi)表面將產(chǎn)生塑性變形,塑性區(qū)將逐步擴(kuò)大。 發(fā)射時(shí)身管內(nèi)表面是不允許產(chǎn)生塑性變形的,因此,實(shí)際使用時(shí)p1P1。2.4 自緊身管設(shè)計(jì) 希望xdmax最小,令最佳自緊過(guò)應(yīng)變百分比為 2.4 自緊身管設(shè)計(jì) 過(guò)應(yīng)變百分比(自緊度)2.5 不出現(xiàn)反向屈服的條件 如果自緊身管內(nèi)壁的殘余應(yīng)力最大值|21|達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度,則身管內(nèi)壁將要出現(xiàn)壓縮塑性變形,即反向屈服。這樣將會(huì)引起自緊身管壁內(nèi)的應(yīng)力重新分布,身管強(qiáng)度也不能進(jìn)一步提高。 自緊身管不出現(xiàn)反向屈服的條件是解出不

8、出現(xiàn)反向屈服時(shí)的自緊壓力不等式的右邊即為自緊身管的自緊壓力或強(qiáng)度極限的上限。2.4 自緊身管設(shè)計(jì) 對(duì)于全塑自緊身管(=r2), 這就是全塑自緊身管不產(chǎn)生反向屈服的條件,即身管半徑比不能超過(guò)2.2(注意,這是由第三強(qiáng)度理論推出的,如用第四強(qiáng)度理論則約為2.0)。此半徑比的全塑自緊身管可以比單筒身管的強(qiáng)度提高1倍。2.4 自緊身管設(shè)計(jì) 由于存在鮑辛格效應(yīng),反向壓縮的屈服極限s比材料拉伸(自緊過(guò)程)屈服極限s要低,因此自緊壓力P1也要低。 對(duì)全塑自緊身管,內(nèi)表面實(shí)際切向壓應(yīng)力比理論切向壓應(yīng)力低20%40%,因此更容易導(dǎo)致反向屈服。GOTO開式液壓自緊 R閉式液壓自緊 R擠擴(kuò)自緊(機(jī)械自緊)RR爆炸自

9、緊R鮑辛格效應(yīng)R材料強(qiáng)化(硬化)現(xiàn)象2.4 自緊身管設(shè)計(jì)3 自緊身管設(shè)計(jì)3.1 自緊身管彈性強(qiáng)度極限 自緊身管彈性強(qiáng)度極限是射擊時(shí)自緊身管不產(chǎn)生新的塑性變形所能承受的最大內(nèi)壓。在不考慮鮑辛格效應(yīng)時(shí),自緊身管彈性強(qiáng)度極限就等于自緊壓力P1。 如果工作壓力p1小于自緊壓力(彈性強(qiáng)度極限)P1,身管呈彈性狀態(tài)。 如果工作壓力p1大于自緊壓力(彈性強(qiáng)度極限)P1,身管內(nèi)表面出現(xiàn)塑性變形。3.2 自緊身管的一般設(shè)計(jì)步驟(1) 選擇身管材料,即確定了身管材料的s ;(2) 選擇毛坯內(nèi)徑r1、外徑r2;(3) 選取自緊度;(4) 計(jì)算彈塑性區(qū)交界面半徑(5) 計(jì)算自緊時(shí)的內(nèi)壓(6) 對(duì)身管毛坯進(jìn)行自緊(7)

10、 按單筒身管的設(shè)計(jì)方法,計(jì)算設(shè)計(jì)壓力曲線,炮膛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和外形設(shè)計(jì)及調(diào)整。2.4 自緊身管設(shè)計(jì)(8) 強(qiáng)度校核 按自緊身管的實(shí)際外形尺寸進(jìn)行強(qiáng)度校核。由自緊身管的合成應(yīng)力分布規(guī)律可知,自緊身管內(nèi)表面的合成內(nèi)壓(即徑向應(yīng)力)和彈塑性區(qū)交界面上的合成相當(dāng)應(yīng)力最大,所以應(yīng)該對(duì)此進(jìn)行強(qiáng)度校核。1)計(jì)算自緊身管內(nèi)表面的最大合成內(nèi)壓P1s采用第三強(qiáng)度理論采用第四強(qiáng)度理論2.4 自緊身管設(shè)計(jì)2)計(jì)算彈塑性交界面上的合成相當(dāng)應(yīng)力xd=2s以上各式中的應(yīng)為實(shí)測(cè)值。2.4 自緊身管設(shè)計(jì)3)計(jì)算實(shí)際安全系數(shù)其中P1*為設(shè)計(jì)壓力 考慮自緊過(guò)程和加工等因素的影響,自緊身管的實(shí)際彈性極限內(nèi)壓約為理論計(jì)算值的75%,自緊身管

11、的安全系數(shù)可以取為藥室部 n1.38膛線部 n1.2炮口部 n1.82.4 自緊身管設(shè)計(jì)4 自緊身管加工4.1 自緊時(shí)身管外表面應(yīng)變同內(nèi)壓的關(guān)系 自緊時(shí),身管外表面的切向應(yīng)變值的大小與自緊時(shí)的內(nèi)壓有著一定的關(guān)系。這種關(guān)系是控制自緊參量,檢驗(yàn)自緊身管性能的主要依據(jù)。一般用測(cè)量和控制外表面的切向應(yīng)變來(lái)控制身管的自緊程度。 (1) 彈性加載過(guò)程(O A)2.4 自緊身管設(shè)計(jì)(2)彈塑性加載過(guò)程(AB) 彈塑性加載過(guò)程,外表面仍處于彈性狀態(tài)。外表面無(wú)外壓,不考慮軸向應(yīng)力影響2.4 自緊身管設(shè)計(jì)若考慮其他因素影響,進(jìn)行修正,則以Ks代替s(3)彈性卸載過(guò)程(BC)卸載結(jié)束時(shí),p1=0,外表面殘余切向應(yīng)變

12、 不考慮反向屈服影響,卸載過(guò)程為彈性卸載過(guò)程,即OABC。 OA的斜率BC過(guò)B點(diǎn),即BC的直線方程為 由于材料反向屈服特性的影響,實(shí)際外表面殘余切向應(yīng)變比理論值要?。˙C)。2.4 自緊身管設(shè)計(jì)4.2 自緊曲線 (1)自緊曲線(2)自緊曲線的測(cè)量 (3)自緊曲線的控制 考慮到材料的屈服極限的可能變化,對(duì)應(yīng)s-s 、s、s +s可作三條p1t2 ;考慮到自緊度的可能變化,對(duì)應(yīng)- 、 +可作三條射線;這些曲(直)線圍成的面積就給出了自緊控制范圍,即對(duì)給定的s 、,實(shí)際p1t2應(yīng)在自緊控制范圍之內(nèi)。2.4 自緊身管設(shè)計(jì)(4)實(shí)際自緊參數(shù)計(jì)算 根據(jù)實(shí)測(cè)的身管外表面最大切向應(yīng)變t2m可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)塑性變

13、形半徑和自緊度 理論上,自緊身管所能承受的最大內(nèi)壓就是對(duì)應(yīng)自緊度的自緊壓力P1 (彈性強(qiáng)度極限),經(jīng)修正 實(shí)際上,考慮到各種因素影響,為了安全起見(jiàn),一般是根據(jù)實(shí)測(cè)的自緊曲線來(lái)確定自緊身管所能承受的最大內(nèi)壓(彈性強(qiáng)度極限)。給定壓力P0 (一般為155MPa),對(duì)應(yīng)自緊曲線上的切向應(yīng)變?yōu)閠20,過(guò)該切向應(yīng)變作平行線對(duì)應(yīng)自緊曲線上的壓力就作為自緊壓力P1。2.4 自緊身管設(shè)計(jì)4.3 加工對(duì)自緊身管彈性強(qiáng)度極限的影響 自緊過(guò)程一般是對(duì)毛坯,自緊后,將毛坯加工成身管,去掉一層金屬,必然引起身管壁內(nèi)殘余應(yīng)力的重新分布,以及自緊身管的彈性強(qiáng)度極限。 假設(shè)加工時(shí)及加工后彈塑性交界面的半徑不變,并且加工時(shí)殘余

14、應(yīng)力的變化過(guò)程為彈性的。加工前,身管的內(nèi)外表面半徑為r1、r2,加工后,身管的內(nèi)外表面半徑為r1、r2。(1)加工內(nèi)表面 當(dāng)內(nèi)表面半徑r1r1時(shí),加工后內(nèi)表面上的徑向殘余應(yīng)力等于零,相當(dāng)于在加工表面處作用一個(gè)與之大小相等,而方向相反的壓力p*1=-p1。塑性區(qū)的徑向殘余應(yīng)力2.4 自緊身管設(shè)計(jì)p*1作用下,引起的壁內(nèi)附加應(yīng)力加工后,身管壁內(nèi)剩余殘余應(yīng)力2.4 自緊身管設(shè)計(jì)加工后,身管壁內(nèi)塑性區(qū)剩余殘余應(yīng)力加工后身管壁內(nèi)塑性區(qū)剩余殘余應(yīng)力與加工前身管壁內(nèi)塑性區(qū)殘余應(yīng)力相比,r1r1 ,對(duì)彈性區(qū)也有相同結(jié)論。即,相應(yīng)彈性極限2.4 自緊身管設(shè)計(jì)(2)加工外表面 當(dāng)外表面半徑r2r2時(shí),加工后外表面上的徑向殘余應(yīng)力等于零,相當(dāng)于在加工表面處作用=一個(gè)與之大小相等,而方向相反的壓力p*2 =- p2 。 彈性區(qū)的徑向殘余應(yīng)力2.4 自緊身管設(shè)計(jì)在p*2作用下,引起的壁內(nèi)附加應(yīng)力加工后,身管壁內(nèi)剩余殘余應(yīng)力2.4 自緊身管設(shè)計(jì)加工后,身管壁內(nèi)彈性區(qū)剩余殘余應(yīng)力,可以導(dǎo)出加工后身管壁內(nèi)彈性區(qū)剩余殘余應(yīng)力與

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論