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弹裙结构参数对挤压阻力的影响研究

更新时间:2009-03-28

带有锥膛结构的滑膛炮(以下简称锥膛炮)是发射水下高速射弹的一种火炮。锥膛炮是在传统火炮身管上加装锥形炮管,其作用是控制射弹出炮口后的口径,即射弹经过锥膛段身管挤压变形后,口径变小成为长杆箭形弹。目前不少学者对弹丸挤进和挤压阻力进行了相关研究,文献[1]研究了不同膛线结构对制导炮弹膛内运动的影响规律。文献[2]研究了弹丸弹托挤进滑膛炮过程中,弹托的结构参数对挤进阻力峰值和稳定值的影响。文献[3]研究了某钢心3层结构弹丸在挤进过程中阻力的变化规律。文献[4-5]建立了大口径火炮的弹丸身管有限元模型,探讨了阳线的损伤机理。另外,文献[6]分析了弹裙冲击锥膛受到的挤压阻力,但没有分析弹裙的结构参数对挤压阻力的影响。

通过课题研究,习作课堂中教师的教学行为有了明显的转变,由此带来的是:学生平面设计的兴趣和技能得到了提高,学习的差异得到了尊重,学习的时空得到了拓展。更重要的是,学生的学习态度和自主意识得到了明显的转变,通过碎片化和移动学习,自主、合作、探究的学习方式正在逐步形成。本课题组通过调查问卷对学生进行调查分析,发现通过微课教学,学生普遍较为欢迎也更乐于接受,课前可通过移动终端碎片化学习,教学过程中学生可以反复观看学习,丰富多样的微课视频呈现让课堂不再枯燥,学生的学习主动性明显提高,技能掌握情况也明显改善,教学效果呈现良性发展态势,这些改变为其他专业课程的微课翻转课堂模式改革提供了范例和经验。

笔者在前人研究的基础上,将运用非线性有限元软件ABAQUS建立某锥膛炮的全身管及射弹在膛内运动的有限元耦合模型,采用显式动态算法求解,并通过MATLAB编程计算内弹道参数,将两者的位移、速度结果对比,验证了仿真结果的正确性。研究了射弹弹裙结构参数对锥膛段挤压阻力的影响,研究结果可为射弹弹裙的结构设计提供一定参考。

1 挤压变形理论分析

1.1 挤压变形过程

如图1所示,射弹分为杆部、弹头和弹裙3部分,火炮身管分为第1直膛段、锥膛段和第2直膛段。射弹发射前,炮口处有挡水板,防止水进入炮管。射弹在火药气体压力作用下,沿着第1直膛段运动,此阶段后弹裙材料发生塑性变形。当前弹裙运动至锥膛断面A-A处,在火药气体压力和锥膛共同作用下,前弹裙开始挤压塑性变形,随后后弹裙也挤进锥膛发生塑性变形,塑性变形引起的阻力逐渐增大。随着前弹裙挤压变形完成进入第2直膛段(断面B-B)时,变形阻力开始减小,当后弹裙挤压完成后,变形阻力消失,这时射弹受到气体压力和摩擦力的作用。射弹的这个运动过程为挤压变形过程。

 

1.2 弹裙挤压阻力

射弹沿膛内运动,在第1直膛段主要受到气体压力和壁面摩擦力作用,在锥膛段射弹弹裙开始挤压变形,除火药气体压力外,受到锥膛斜面的法向接触力和切向摩擦力的共同作用,沿轴向的合力即为挤压阻力。由文献[6],阻力表示为

FD=σSi(sin α+μcos α)

(1)

[4] 孙河洋,马吉胜,李伟,等. 坡膛结构变化对弹带挤进过程影响的研究[J]. 振动与冲击,2011,30(3):30- 33.

根据有关司法解释及法院内部职责划分,对行政机关的行政强制执行申请,由立案庭负责立案,由行政庭负责合法性审查并作出裁定,由负责非诉执行的执行庭、行政庭甚至是法警队予以执行,三部门之间缺乏有效衔接和明确的时限规定③参见江苏省南京市中级人民法院行政执行局:《非诉行政执行之机构重建》,《人民司法》,2014年第9期;黄学贤:《非诉行政执行制度若干问题探讨》,《行政法学研究》,2014年第4期。。

此式表明,在摩擦系数和锥膛半锥角一定下,挤压阻力FD由流动应力、接触面积决定。

设计人员在进行盲道设计时可从以下几点进行盲道设计的优化:①优化设置盲道北向砖。在进行盲道北向砖设计时从外侧轮廓砖和内侧圆形砖组成盲道北向转,在触感上盲道北向砖可以和已建的盲道砖存在差异,这样盲人在行走时可利用足感识别方向。②合理设计方位定位转。设计人员在进行设计时应使用徐高设计法,在方形路砖面设计时使用箭头棱条明确方向。③设计导盲路牌。设计人员在进行盲道牌设计时可在盲道两侧和交叉口设置导盲牌,并做好汉字和盲文的标示。

1992年,许钧就提出“翻译专业的独立学科地位得不到保证,弊病非常明显。学科的独立地位得不到保证,也直接影响到了翻译人才的培养。”[11]不过面对国际社会间不同文化、经济、社科等领域交流对翻译学提出的要求,译学界开始对翻译学的发展进行了反思,有了将翻译建立为独立学科的基础。

1.3 火药气体压力

弹丸动力来源于火药气体压力做功,火药气体压力满足高温高压气体状态方程[7],如图1(b)中的锥膛炮身管,由于锥膛炮管不同阶段横截面积不一致导致体积变化不一致,则变容下的气体状态方程为

p(Vψ+Vd)=ωψkT

(2)

 

(3)

式中:p为火药气体压力;药室自由容积Vψ=S1lψ,lψ为药室自由容积缩颈长;Vd为弹后空间体积,与位移l有关的函数;l1l2l3依次为第1直膛段,锥膛段和第2直膛段长度;Rh为射弹底部半径;ω为装药量;ψ为火药燃烧百分比;k为气体常数;T为温度。

我已经答应她了。西双说,我也不知道为什么要答应她,可是我的确答应她了。明天我就去民政局登记。登上记,我们又是夫妻了。

在经典内弹道方程组基础上,火药形状函数和燃速方程不变,运动方程增加挤压阻力项,并改变不同阶段的压力方程,通过MATLAB编程计算可以得到锥膛炮内弹道参数,图2是得到的平均压力时间图,将平均压力转化为弹底压力,并以此作为下一步有限元模型的推动力。即

 

(4)

式中:pd为弹底压力;φ1为次要功计算系数;m为弹丸质量。

 

2 射弹和身管有限元模型

2.1 材料模型

身管材料为炮钢,身管固定只有微小的弹性形变;射弹杆部为钢材料,运动过程中有弹性形变而不发生塑性变形;射弹头部采用钨合金材料,密度大,硬度高,不发生塑性变形;前、后弹裙为低碳钢材料,在第1直膛段由于压力产生塑性变形以及在锥膛段由于挤压会发生挤压塑性变形。弹性范围内的材料性能如表1所示。对于塑性材料的描述,国内很多文献采用Johnson-Cook本构模型[8-9]来描述材料大变形的应力应变关系。Johnson-Cook模型是描述大变形、高应变率和高温条件下的本构关系,适用于绝大部分金属材料[10]。现引用文献[11]通过实验测得低碳钢的相关本构参数,如表2所示,其中A为材料的屈服强度;Bn为应变强化参数;C为应变率敏感系数;m为温度软化指数。

周所长令小张快去找到这两个人。大约一刻钟后,这两个搬运工被惶恐不安地带到值班室。当他们听说自己就是抬着装尸体的纸箱去寄存的时候,吓得浑身都在打摆子。这起案子已经闹得全城皆知,他们做梦也没有想到这具尸体会是经自己之手寄存的。他们努力回忆那天的情况。老赵说:“客人有时让我们代办寄存的情况虽然不是很多,但有时也有。那天那个客人好像是通过电话直接打到服务台,然后服务台通知我们到停车场的。”

为有效治理食品药品领域的违法违规行为,该局实施食品医药企业诚信“积分制”,对负面积分达到一定数额的企业,列入“黑名单”并向社会公开曝光。近3年来共公开曝光食品医药“黑名单”64家,食品药品领域违法违规行为明显减少。

 

表1 弹性材料性能

  

 参量材料钢钨合金弹性模量/GPa210620泊松比0.30.3密度/(kg·m-3)780014900

 

表2 低碳钢材料本构模型参数

  

A/MPaB/MPanCm244.84000.360.03910.757

2.2 仿真模型

以某口径锥膛炮的身管和射弹为研究对象,其具有轴对称结构,分别建立身管和射弹的1/2模型,网格单元类型选择C3D8R(8节点六面体线性减缩积分单元),这种单元比普通的完全积分单元在每个方向少用一个积分点,可以避免剪切闭锁问题。如图3所示,弹裙进行细化处理,身管、射弹杆部和头部均匀分布网格,共计225 334个单元。

 

2.3 仿真结果验证

将建立的弹炮耦合模型运用有限元软件ABAQUS的动态显式算法(Dynamic,Explicit)求解。仿真完成后,将射弹的位移曲线和速度曲线与MATLAB计算的内弹道参数对比,如图4所示,可以看到,两种计算结果是基本吻合的,验证了仿真结果的正确性。在炮口附近都存在一小波动,这是由于随着弹后空间增大,气体压力减小,当压力小于挤压阻力时(图中速度下降的时刻),射弹开始减速,当挤压完成后进入第2直膛段,挤压阻力消失,在气体压力作用下,射弹速度又有一小段增大。

 

3 弹裙结构参数对挤压阻力的影响

弹裙结构如图5(a)、(b)所示。

 

分别建立工况3的5种参数下的有限元模型,经过仿真计算后可以得到前、后弹裙的挤压阻力,结果如图10、11所示。

 

表3 3种工况下的弹裙结构参数取值

  

参量12345备注α/(°)2325272931工况1h1/mm34567工况2α/(°)2325272931工况3h1/mm2.553.875.005.996.87

3.1 改变弹裙锥角α

分别建立工况1的5种参数下的有限元模型,经过仿真计算后可以得到前、后弹裙的挤压阻力,结果如图6、7所示。

每年度召开两次各街道耕保人员会议,落实该年度耕地质量监测工作;研究部署工作任务,确保工作能够顺利开展;在关键环节召开技术培训,通过技术培训,提高耕地质量监测人员的业务水平,促进全区耕地质量监测工作高质量完成。

二级学院(系部)部承担着学科建设,人才培养的重任,充分依托系部资源,开展大学生创新创业教育具有先天优势。创客空间平台负责人是专业课教师,其他教师在平台上参与创新创业教育、创新活动等相关工作。创客空间平台运行管理参考科研项目管理机制,由具体负责教师牵头负责创客空间运营管理,其他教师分工合作,承担子项目的工作。创客空间平台汇聚系部共青团(学生)、教育教学、创业就业等各个部门的创新创业资源,形成系部层面创新创业总平台。

 
 

[5] 马明迪,崔万善,曾志银,等. 大口径火炮弹丸挤进过程坡膛动力响应分析[J]. 中北大学学报:自然科学版,2017,35(3):264-270.

3.2 改变弹裙尾部宽度h1

分别建立工况2的5种参数下的有限元模型,经过仿真计算后可以得到前、后弹裙的挤压阻力,结果如图8、9所示。

 
 

1)在弹裙尾部宽度一定的情况下,前、后弹裙挤压阻力随弹裙锥角的增大而增大,但最大挤压阻力随锥角的增大而减小。

3.3 改变弹裙锥角α与弹裙尾部宽度h1

为研究弹裙结构参数对挤压阻力的影响,分3种工况考察。工况1:弹裙尾部宽度h1保持不变,探究不同弹裙锥角α对挤压阻力的影响;工况2:弹裙锥角保持不变,探究不同弹裙尾部宽度h1对挤压阻力的影响;工况3:探究同时改变弹裙锥角α和弹裙尾部宽度h1对挤压阻力的影响。前、后弹裙结构一致,3种工况中同时调整前、后弹裙对应的变化量,表3列出3种工况下的取值。

 
 

图10、11表明:在前、后弹裙总长度保持不变下,前、后弹裙不同参数下的曲线基本重合,挤压阻力增长变化规律相似,最大挤压阻力值基本相同(5种参数下的最大值相差很小),因此,同时改变弹裙半锥角和尾部宽度对挤压阻力影响不大;另一方面,挤压阻力最大值与弹裙总长有关,考虑到工况1、工况2的情况,其减小半锥角或增大尾部宽度的结果使得弹裙总长变长,因而前、后弹裙的挤压阻力也就越大,所以前、后弹裙的最大挤压阻力与弹裙总长成正比。

4 结论

笔者在射弹受力分析的基础上,采用Johnson-Cook本构模型,建立了某锥膛炮的全身管及射弹在膛内运动模型,将仿真求解的位移、速度结果与MATLAB编程计算的内弹道位移、速度结果对比,验证了仿真模型的正确性。考虑射弹弹裙锥角和弹裙尾部宽度的变化,对各工况下的挤压阻力进行了分析,结论如下:

总而言之,在企业经营管理工作开展进程中,要积极建立健全完整的监督管理措施,充分考量管理者特质、内部控制机制等因素,确保能有效提升企业的市场价值,维护企业运营管理的动力,并且有效建构完整的发展规划,提高企业的市场竞争力,为企业可持续进步奠定基础。

图8、9表明:在弹裙锥角一定条件下,弹裙尾部宽度h1越长,最大挤压阻力越大且作用时间越长,同时注意到在2.5 ~ 2.9 ms时间段内,前、后弹裙不同参数下的曲线基本重合,即弹裙在挤进过程中不同尾部宽度的挤压阻力值大致相同。另外,在对比前后弹裙阻力,后弹裙挤压阻力大于前弹裙,是其2倍左右。

2)在弹裙锥角一定的情况下,前、后弹裙尾部宽度越长,最大挤压阻力越大且阻力作用时间越长,但在弹裙挤进过程中不同尾部宽度的挤压阻力值大致相同。

XU Yaofeng, DING Hongmin, XU Jian,et al. Numerical analysis of influence of rifling structure of large caliber gun on moving of projectile with sliding driving band in bore[J]. Acta Armamentarii, 2016, 37(11): 2148-2156. (in Chinese)

参考文献(References)

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“丹水更其南,”这是说上林苑之南界在丹水。《文选》郭璞引应劭注曰:“丹水,出上洛冢岭山,东南至析县,入汮水。”[7]123但冢岭山、析县在西汉属关外之弘农郡,在东汉属南阳郡,离关中的上林苑还很遥远。但若与苍梧、西极等更其渺远的地方比起来,此丹水又“与苍梧、紫渊、西极不类”[7]1721。因而更有引《山海经》“丹穴之山”为此“丹水”作注。

3)在弹裙总长一定的情况下,弹裙锥角和尾部宽度两参数对前、后弹裙的挤压阻力影响不大,前、后弹裙最大挤压阻力基本相同。考虑3种工况的结果得到前、后弹裙的最大挤压阻力与弹裙总长成正比。

[2] 高碧祥,杨臻,吴臣. 弹丸弹托结构参数对挤进阻力的影响研究[J]. 火力指挥与控制, 2017,42(3):152- 155.

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[3] 安俊斌,李强,李世康,等. 某大口径枪械弹丸挤进坡膛过程的仿真分析[J]. 火炮发射与控制,2017,38(1):17-21.

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式中:σ为材料的流动应力; μ为摩擦系数;α为锥膛半锥角;Si为挤压接触面,i=1,2,3。

SUN Heyang, MA Jisheng, LI Wei,et al. Influence of different bore structures on engraving process on projectile[J]. Journal of Vibration and Shock, 2011, 30(3):30-33. (in Chinese)

图6、7表明:在弹裙尾部宽度一定条件下,弹裙锥角α越大,前、后弹裙挤压阻力越大,但由于弹裙锥角增大,弹裙母线长h2缩短,因此锥角增大后,对弹裙的挤压阻力作用持续时间减少,反之,半锥角减小,对弹裙的挤压阻力作用时间增长。另外,前、后弹裙最大挤压阻力随弹裙锥角减小而增大,而弹裙锥角随h2的增大而减小,即最大挤压阻力与h2成正比。在对比前后弹裙方面,后弹裙挤压阻力大于前弹裙且后弹裙挤压阻力作用时间大于前弹裙。

MA Mingdi, CUI Wanshan, ZENG Zhiyin,et al. Dynamic response analysis of chamber throat in the engraving process of heavy caliber gun projectile[J]. Journal of North University of China:Natural Science Edition, 2017,35(3): 264-270. (in Chinese)

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WEI Ping, HOU Jian, CHEN Tingfeng. Research on the bore resistance projectile sabots based on conic-chamber gun[J]. Acta Armamentarii, 2012, 33(3): 324-328. (in Chinese)

“现代学徒制是通过学校、企业的深度合作与教师、师傅的联合传授,对学生以技能培养为主的现代人才培养模式。解决企业和职业教育要解决的问题:企业招工难的问题;企业用工不稳定的问题;劳动者收入的问题;劳动者自我价值实现的问题。

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LIN Li, ZHI Xudong, FAN Feng,et al. Determination of parameters of Johnson-Cook models of Q235B steel[J]. Journal of Vibration and Shock, 2014, 33(9): 153-158. (in Chinese)

 
魏平,张涛,侯健
《火炮发射与控制学报》2018年第01期文献

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