枪管用环保镀层摩擦行为研究

传统枪管内膛表面采用的六价铬镀层,高温耐磨性好,但对环境污染严重。为开发环保镀层,采用超景深三维显微镜、扫描电子显微镜表征了室温和高温(400℃)摩擦磨损试样,对比分析了六价铬、三价铬、钴-镍和镍-钨四种电镀层的磨损特征。研究结果表明:在500℃定性回火后,三价铬、镍-钨、六价铬和钴-镍镀层硬度依次递减,与六价铬层相比,三价铬层脆性大,镍-钨和钴-镍镀层韧性高;室温下与H62黄铜对摩后,六价铬和三价铬镀层摩擦程度较轻,钴-镍和镍-钨镀层呈现明显粘着特征,二者摩擦系数高于两种铬层;400℃下与08Al钢对摩后,六价铬呈粘着磨损特征,摩擦程度较大;三价铬层摩擦系数相对较高;镍-钨镀层呈磨粒磨损特征,摩擦系数与六价铬接近,摩擦程度相对较轻。

典型大口径转管机枪热-固耦合效应研究

为研究交变动态热载荷对转管机枪可靠性的影响,建立了某大口径三管转管机枪身管的3种有限元模型。基于一定边界条件和射击规范,对温度和应力数值结果进行了比较。研究了身管温度场及在高频热流脉冲和动态膛压脉冲载荷作用下身管动态耦合应力场的分布规律。结果表明:对于转管机枪,身管温度场可以采用2D轴对称模型以减少数值计算量;从传热的角度,对由于身管高速转动引起的强迫对流散热,薄身管壁有利于散热,提高寿命;在发射过程中,热应力对身管强度和寿命的影响起主导作用。

复合枪管传热的数值分析

枪管烧蚀引起枪管尺寸逐渐改变。烧蚀是热、化学和机械因素共同作用的结果，其中热起主要作用，计算枪管射击时的温度分布有助于了解枪管烧蚀过程。该文选择了３ 种枪管结构形式，建立了用有限差分法求解射击时温度分布的数学模型，确定了有关参数，计算了相同射击条件时３ 种结构枪管射击后的温度分布，分析了材料性能对温度的影响。计算结果对进一步研究枪管结构具有参考价值。

枪管温度场和热应力的研究

目的 研究大口径高射机枪在连续发射过程中枪管的温度场和热应力、应变的变化规律 .方法 利用有限元分析法 ,通过物理模型和有限元模型的建立以及边界条件的处理等 ,在数值上对枪管的温度、温度梯度和热应力、应变变化规律进行分析 .结果 得出大口径高射机枪在连续发射过程中 ,距内膛不同距离上的温度、温度梯度、温度等效应力、应变和全等效应力、应变随时间的变化规律 .结论 在连续发射过程中 ,热作用对管壁中应力应变的影响是先由次要因素上升为主要因素的 ,而非一开始就是其主要影响因素 .所以在连续发射时 ,热作用是枪管壁内应力、应变的主要来源 ,也是枪管破坏的主要原因 .

镀铬衬管钢烧蚀的失效分析

研究了某镀铬优质衬管钢射击后的烧蚀情况 ,作了电镀和金相观察 ;计算了火药燃气的温度 ,并根据实弹射击过程 ,模拟了枪管所承受的温度变化历程。温度的计算结果能很好地解释试验结果 ,表明根据枪管材料是否发生相变来验证温度计算是正确的。最后 。

厚壁圆筒热-结构耦合应力分析

以自动武器身管为研究对象,建立了身管的厚壁圆筒模型,采用解析法、二维有限元方法和三维有限元方法,分析了厚壁圆筒在热-结构耦合作用下的径向应力、环向应力、轴向应力和等效应力的关系,并对厚壁圆筒应力场的边缘效应进行了分析。结果表明:厚壁圆筒热-结构耦合应力的解析解和有限元解吻合较好,其中三维有限元模型可计及轴向长度的影响,适用于边缘效应的研究;通过改变内压或温度场,耦合应力是可以设计和优化的。

基于DEFORM的火炮膛线表面应力分析

分析了某大口径火炮弹丸通过身管坡膛的过程,首次将专用于金属成型仿真的有限元软件 DE-FORM 应用于火炮发射过程的仿真计算。通过建立模型仿真分析,研究了火炮身管膛线表面应力分布及变化趋势,解决了最大径向磨损量法中接触表面应力无法测量的难题,对于火炮寿命预测问题的研究具有重要意义。

基于知识的枪管CAD系统的研究与开发

知识的表示与数据库的构造是开发基于知识的枪管 CAD系统的关键。本文采用规则与框架混合的方法表达设计知识 ,以面向对象的方法构造数据库 ,并在专家系统工具 CL IPS上加以实现。采用参数化设计的方法使设计结果实现了数据与图形的结合。通过综合运用上述技术开发的基于知识的枪管

对复合枪管力学模型的探讨

以承受内压作用的多层圆管为研究对象，依据弹性力学及正交各向异性材料三维弹性理论，建立了多层圆管的力学模型，探讨了分析多层圆管各层应力的方法，确定了多层圆管强度设计准则，从而为设计复合枪管提供有效的理论依据．

陶瓷镶套枪管技术的数值分析和设计

对陶瓷镶套枪管的应力、位移和配合过盈量进行了数值分析。建立了陶瓷镶套枪管设计理论并开发了通用设计程序。同时对设计精度进行了数值分析。提供了选择陶瓷镶套枪管配合过盈量的最佳过盈量带，以及选择陶瓷衬管最佳壁厚的曲线。

有限元在身管与药筒高压接触变形计算中的应用

本文针对自动武器中药筒和身管变形的变间隙、变锥度的特点，构造了身管和药筒的截面环等参元分析模型，并据此建立了相应的增量形式的弹塑性有限元求解方程．针对贴膛不同时刻的特点，在身管和药筒上配置了配点对，应用变形协调条件，编制了药筒和身管高压间隙变形的有限元求解程序．并给出了数值计算实例．

某大口径机枪内膛损伤对弹头挤进过程的影响研究

为研究大口径机枪枪管寿命过程中内膛损伤对弹头动态挤进过程的影响,分析影响枪管寿命的关键因素,在进行大量射击试验获得枪管内膛损伤发展规律基础上,建立了不同寿命阶段含内膛损伤枪管的精确有限元模型。采用Fortran子程序的方式实现了内弹道过程与显式有限元方法的迭代数值求解,获得了弹头挤进过程中表面形貌及运动姿态随内膛损伤发展的变化数据。对比数值模拟结果与试验数据验证了弹-枪耦合模型的准确性。仿真结果表明:内膛损伤导致的弹头挤进过程中,质心偏移量和弹头摆动角的增加、表面形貌及气动力参数的改变,以及由于导转侧损伤较严重引起的弹头所受导转力和转速下降等3个因素是导致弹头外弹道飞行稳定性降低及枪管寿终的主要原因。研究结果为进一步研究枪管寿终机理,提高枪管寿命具有一定的参考意义。

冷径向锻造身管壁厚方向变形不均匀性研究

为分析冷径向锻造身管壁厚方向变形的不均匀性,通过有限元软件、力学拉伸试验和织构研究了身管壁厚方向的变形场、力学性能和织构组分。研究结果表明:身管成形过程中,外表层和中间层材料存在较大剪切应力,受剪切应力的影响,身管壁厚方向各层材料流动速度不一致,引起身管锻造变形不均匀;受变形不均匀的影响,在身管中间层和外表层材料形成剪切织构({112}111,{110}001),导致锻后身管壁厚方向轴向强度性能存在明显差异,表现为外表层和中间层强度较低,内表层强度较高。为对锻后身管壁厚方向变形不均匀性进行控制,通过控制变量法分析了锻造比、尾端压强、轴向进给速度、锤头锻打频率和锤头角度对身管中间层剪切应力分布的影响规律。分析结果表明:选用较高的轴向进给速度和较小的锤头入口角可以降低成形身管壁厚方向的变形不均匀性。

枪管基体组织对枪管寿命的影响

为了探明枪管基体组织对枪管损伤速率影响的机理,对比研究了两种不同基体组织枪管在射击过程中的损伤表现。采用光学显微镜、扫描电子显微镜对枪管基体组织进行表征,通过碳复型、相分析对枪管基体组织进行分析。结果表明,低硬度枪管损伤速率大于高硬度枪管,导致前者寿命较低。出现这一结果的原因是:一方面低硬度枪管内表面发生了较大的塑性变形,导致内径扩大速率增加,寿命缩短;另一方面高硬度基体碳化物分布较为细小、弥散,抑制裂纹形核扩展能力大于低硬度基体。

内膛损伤枪管对内弹道性能和弹头出膛状态的影响研究

为研究大口径机枪内弹道性能和弹头出膛状态受内膛损伤的影响规律,探究内膛损伤导致枪管寿终的关键因素,对某12. 7 mm重机枪进行了系统的寿命试验。分析获得了该枪枪管内膛损伤的主要形式及其随射弹数增加在枪管轴向的分布及演化规律,在此基础上建立了精确的不同寿命阶段内膛损伤枪管的弹-枪热力耦合有限元模型。采用Fortran子程序实现了内弹道过程与显式有限元方法的迭代数值求解,获得了12. 7 mm弹头内弹道性能及出膛状态等随内膛损伤发展的变化规律,将数值模拟结果与寿命试验数据进行对比验证了弹-枪耦合模型的准确性。仿真结果表明:弹头出膛时的扰动量、转速的下降量以及表面形貌的改变量等随枪管射弹数增加而增加,在身管寿命后期表现尤为明显;弹头出膛状态的改变是导致该枪枪管寿终的主要原因。研究结果对进一步分析内膛损伤引起的弹头外弹道性能退化行为,实现从内到外完整地分析枪管寿终机理具有重要意义。

基于镀层界面剪切疲劳损伤的枪管寿命预测研究

为研究枪管内膛损伤机理、提高枪管寿命,提出了基于枪管镀层界面剪切疲劳损伤累积的枪管寿命预测方法。根据身管镀层剪切失效理论和疲劳损伤累积理论,建立了热压耦合应力作用下的枪管镀层界面剪切失效模型。以某5. 8 mm小口径步枪枪管为研究对象,计算一个冷却周期150发弹连续射击过程中的枪管界面剪切应力,结合随温度变化的枪管材料抗拉强度数据对枪管寿命进行了预测。研究结果表明:预测结果与寿命试验结果高度吻合,验证了寿命预测模型的可行性与正确性;以镀层界面剪切疲劳寿命来预测枪管寿命是有效的,镀层界面剪切疲劳失效是导致枪管寿终的重要原因。

30Cr2MoV枪管钢碳化物溶解与析出规律

枪管钢重要发展方向是采用二次硬化效应确保高温强度,然而这类钢韧性普遍偏低。为改善韧性,研究了30Cr2MoV新型二次硬化枪管钢中碳化物溶解与析出规律及其对韧性的影响。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、碳复型和相分析技术对碳化物进行表征,结果表明:随着淬火温度(850~1050℃)升高,碳化物溶解越多,回火时二次硬化相析出动力越大;在950℃温度(略低于MC型碳化物全固溶温度)淬火时,奥氏体晶界处未溶MC型碳化物可有效抑制原奥氏体晶粒长大,冲击功保持较高水平(107 J);在950℃温度淬火后回火时,随着回火温度(600~700℃)升高,M_(3)C型碳化物不断溶解,M_(2)C型碳化物逐渐析出,M_(7)C_(3)型碳化物在略小于650℃时开始析出,MC型碳化物含量几乎不变,碳化物总量减少约14%;在600℃、625℃和650℃温度回火时冲击断口分别呈准解理、解理和韧性断裂;625℃温度时解理断裂原因可能是在625℃温度回火时M_(3)C型碳化物向M2C型碳化物转变过程中发生了晶内强化和晶界弱化、有害元素向晶界偏聚和碳化物粗化。

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.

身管弹线膛同锻成形下沉段开裂缺陷影响因素及判断准则研究

为提高径向精锻时身管内膛的加工质量,以弹线膛同锻身管为研究对象,研究其在下沉段部位的开裂现象。通过分析下沉段部位的应力状态发现,毛坯内壁在这一锻造过程中受到周期性变化的轴向拉应力与压应力,且毛坯在该阶段塑性变形较大,容易出现开裂,研究了不同工艺参数的变化对下沉段部位应力三轴度(即静水压力与等效应力比值)的影响。选用了2种含有应力三轴度成分的断裂准则对身管毛坯在下沉段的开裂现象进行研究,结合锻打试验和有限元仿真结果确定了可加工性曲线作为身管下沉段开裂现象的判断准则。

基于UG的枪管快速设计与分析

为解决枪管设计效率低下、集成性较差等问题,利用计算机辅助设计技术,将枪管的设计计算和三维建模等模块集成到UG环境中,并利用UG/Open二次开发功能和C++与MATLAB混合编程技术实现枪管的参数化建模。基于UG开发模块Menu Script和Block UIStyler对用户界面进行定制,并通过UG/Open API完成了后台程序的设计计算和参数化建模。以某枪管为例进行验证,使用本软件可显著提高精确性和设计效率,并为对枪管进行有限元分析奠定基础。