雙剪強(qiáng)度理論在火炮身管強(qiáng)度計(jì)算中的應(yīng)用

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)第7卷第13期2007年7月167l一1819(2007)13—3235-03科學(xué)技術(shù)與工程ScienceTechnologyandEn西neeringV01．7No．13July2007Sci．Teel[LEngng．雙剪強(qiáng)度理論在火炮身管強(qiáng)度計(jì)算中的應(yīng)用李寶峰劉協(xié)權(quán)倪新華(軍械工程學(xué)院，石家莊050003)摘要現(xiàn)代火炮身管多用高強(qiáng)度鋼制造，這類材料在拉伸和壓縮時(shí)的力學(xué)性能存在明顯差異。已往在進(jìn)行火炮身管強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，均不考慮材料的這一性質(zhì)，而且也都忽略了軸向應(yīng)力的影響?，F(xiàn)利用雙剪強(qiáng)度理論計(jì)算火炮身管的強(qiáng)度，考慮了材料的拉

2、壓異性影響和軸向應(yīng)力的作用，計(jì)算結(jié)果更為可信。關(guān)鍵詞雙剪強(qiáng)度理論拉壓異性火炮身管中圖法分類號(hào)TB301；文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A1雙剪強(qiáng)度理論雙剪強(qiáng)度理論能夠反映材料的拉壓異性影響，其表達(dá)式為‘11F=曠詈(¨㈦=％當(dāng)瞵等等時(shí)(1)肚蠆1(¨盯：)一凹，詛，當(dāng)盯：≥箐詈時(shí)(1’)其中or。、or。分別為材料的單向拉伸和單向壓縮屈服極限，a：～ort。2單筒身管的彈塑性分析如圖1所示，火炮身管可以近似看成一個(gè)內(nèi)半徑為o、外半徑為6、受內(nèi)壓P作用的厚壁圓筒。當(dāng)內(nèi)壓不大時(shí)，火炮身管處于彈性狀態(tài)，由文獻(xiàn)[2]知02(12+b2)％2可礦i甲(2)20

3、07年3月5日收到國(guó)家教育部骨干教師基金資助圖1受內(nèi)壓作用的厚壁圓筒咿等等口2吒2甜(2’)(2”)顯然orl=盯口，Or2=∥：，Or3=Or，，對(duì)于大多數(shù)工程材料0c<1，故有盯：<10"1_+010"3，將三個(gè)主應(yīng)力代入l十僅(1)式便得單筒身管的屈服條件盯。一if(or；+盯，)=盯。(3)將(2)式、(2’)式、(2”)式代入(3)式得p坐關(guān)姜型=Ort㈩p——了麗(了’_一L4，可見內(nèi)壁的折算應(yīng)力最大，因此最初的塑性變形將從內(nèi)壁開始。將r=口代入(4)式可得單筒身管的彈性極限荷載為臚而囂兩O"t21b1@)p。2———

4、————■——_=__L)，(一a)+2(+等}萬(wàn)方數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)與工程7卷當(dāng)P>p。時(shí)，隨著壓力P的增大，塑性變形將擴(kuò)展成為一個(gè)環(huán)形區(qū)域口≤r≤c，其半徑c待定。在彈性區(qū)c≤r≤6，相當(dāng)于在半徑為c的圓筒內(nèi)作用內(nèi)壓P。，并剛好開始產(chǎn)生塑性變形，此處O"o=≯與∥，一P。，吒=南p(6)2i——護(hù)c，盯r2一c，盯：3西——_pLoJD—CD一口代人屈服條件(3)式得臚礦蒂兩¨南)n2礦麗r蠆甜J(7)在塑性區(qū)，即在口≤r≤c處，平衡方程為孥+生玉：0(8)將屈服條件(3)式代人(8)式進(jìn)行積分運(yùn)算，并引入邊界條件盯，l?=一P，可

5、得塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)力分布為crr=瓦2(叫詈離)一[p+擊h詈急)](鏟子盯。=瓦2(叫詈離)一盯一2ri【盯t+蠆菏J_【爭(zhēng)+矗(¨芋高)】(號(hào))卜芋(9)利用r=c處的連續(xù)條件盯，I?=一P。，得c和P的關(guān)系為p={{262一【c2(-一詈)+62(·+詈)】(詈)卜2)×2(62一。2)盯ty{【(2一d)62一(2—2a)口2】×【c2(·一詈)+62(·+詈)】(詈)1。2—2∞262)(·o)當(dāng)c=b時(shí)，圓筒達(dá)到塑性極限，由(10)式得塑性極限內(nèi)壓為【-一(詈)㈡】2(62。)盯?！?2刊“(2-2a)。2】(詈)1。2一

6、僦2f11)3自緊身管自緊壓力計(jì)算自緊是在身管加工過(guò)程中的一種工藝過(guò)程，其目的是為了提高火炮身管的強(qiáng)度。在身管精加工之前，內(nèi)膛施以高壓，使其內(nèi)壁產(chǎn)生一定程度的塑性變形。卸壓后，其內(nèi)壁會(huì)存在殘余應(yīng)力?；鹋谏鋼魰r(shí)，這部分殘余應(yīng)力可以部分抵消由膛壓引起的應(yīng)力，提高身管的強(qiáng)度。在進(jìn)行自緊操作時(shí)，首要任務(wù)是根據(jù)需要的自緊度JB確定自緊壓力，其中自緊度的定義為盧=竽100％(12)故有C=口+屆(6一口)，將c代入(10)式便可求得自緊壓力％={{262一[C2(-一號(hào))+62(，+詈)](詈)㈠)×2(62一口2)礦／{『(2一a)62一(

7、2—2僅)口21×【c2(·一詈)+62(-+詈)】(詈)12—2眥262)(·3)4結(jié)論按照本文得出的結(jié)果，單筒身管的彈性極限內(nèi)壓和自緊身管的自緊壓力不僅與半徑比b／a有關(guān)，而且也與拉壓比a直接相關(guān)，數(shù)值計(jì)算結(jié)果如表1、表2所示。表1單簡(jiǎn)身管彈性極限內(nèi)壓p。與b／a及口的關(guān)系bP。／盯tⅡ1．251．501．752．002．252．501．00．2400．3700．4490．5000．5350．5600．90．2380．3720．4540．5080．5460．5730．80．2360．3730．4600．5170．5570．58

8、70．70．2330．3750．4650．5260．5690．6010．60．2310．3760．4710．5360．5820．6160．50．2290．3770．4770．5450．5950．632表2自緊壓力p時(shí)與b／a及瑾的關(guān)系(p=1111