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可动边界下枪管动态温度场和耦合应力场数值模拟

李琴  
【摘要】: 在国防科技工业中,热应力问题是不容忽视的。热应力直接影响到步兵自动武器的射击威力、机动性、可靠性、经济性等。线膛是枪械杀死有生目标的主要部件和高温高压火药气体直接作用的载体。因此,研究线膛在高温高压火药气体作用下热量在膛壁上的热传导和热应力,对研究枪管的强度结构和寿命设计具有重要意义。 本文就枪械的发射原理和发射过程的主要特点,主要做了以下工作: 1、针对枪管的轴对称结构特性,借助大型通用有限元分析软件ANSYS,建立了枪管二维轴对称有限元分析模型,为枪管温度场和应力场的研究奠定基础。 2、根据枪管发射过程中的实际,确定了有限元求解的初始条件和边界条件。详细讨论了枪械发射过程中温度对材料特性的影响,确定了相关的重要模拟参数。应用ANSYS—Multiphysics中的生死单元技术和多载荷步法对枪管在高温火药气体作用下动态温度场进行了数值模拟,并对数值模拟结果进行了详细分析。 3、详细讨论了影响枪管热应力要考虑的各种因素,确定重要的模拟参数。应用ANSYS—Multiphysics中的热—应力耦合功能,及生死单元技术和多载荷步法对枪管在高温火药气体作用下耦合热应力场进行了数值模拟,并对数值模拟结果进行了详细的讨论。 4、根据实际分析需要,为枪管确定了与结构分析相对应的边界约束。根据压力分布曲线图,确定了压力载荷值。应用ANSYS—Multiphysics中的耦合功能,以及生死单元技术和多载荷步法对枪管在高温高压火药气体作用下耦合应力场进行了数值模拟,并与耦合热应力场的数值模拟结果进行了详细的对比分析。 5、根据枪管的温度分布和实际损坏情况,详细讨论了热烧蚀的原因,并对改善热烧蚀状况和降低枪管温度作了系统总结。


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