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狙击步枪弹准静态弹头挤进力研究

兵工学报 2014年第10期35卷 1528-1535页

作者：刘国庆徐诚南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

狙击步枪弹挤进过程对狙击步枪射击精度的影响很大,而坡膛的结构参数又是影响挤进过程的一个重要因素。为了揭示坡膛对挤进过程的影响,通过一套设计的试验装置,进行了两种不同坡膛工况下狙击步枪弹的准静态挤进试验,得到坡膛锥角对挤进... 详细信息

狙击步枪弹挤进过程对狙击步枪射击精度的影响很大,而坡膛的结构参数又是影响挤进过程的一个重要因素。为了揭示坡膛对挤进过程的影响,通过一套设计的试验装置,进行了两种不同坡膛工况下狙击步枪弹的准静态挤进试验,得到坡膛锥角对挤进力的影响情况;采用非线性有限元方法模拟挤进过程,建立弹头挤进过程有限元计算模型,分析仿真结果得到了多组坡膛锥角与挤进力间的关系及其挤进力的组成与各部分所占比重,发现狙击步枪弹不同于其他弹头的挤进特性,同时揭示了狙击步枪弹挤进力的形成机理;依照坡膛、狙击步枪弹的结构特点将挤进过程分为5个阶段,推导出各阶段上挤进力函数表达式;从试验、仿真与理论3个方面研究狙击步枪弹准静态挤进特性,对了解狙击步枪弹挤进过程与弹/枪参数匹配机理具有重要意义。

关键词：兵器科学与技术弹头挤进坡膛锥角挤进试验有限元弹/枪相互作用

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弹头挤进过程动态试验与数值模拟研究

弹头挤进过程动态试验与数值模拟研究

作者：唐欣南京理工大学

学位级别：硕士

弹头挤进过程是火药燃烧产生的燃气推动弹头逐渐挤进膛线,直至弹头被膛线刻成的沟槽与膛线紧密吻合的过程。弹头挤进过程对身管寿命、射击精度以及发射安全都有很大的影响。本文以身管寿命为研究背景,完善设计并开展了真实射击条件下,... 详细信息

弹头挤进过程是火药燃烧产生的燃气推动弹头逐渐挤进膛线,直至弹头被膛线刻成的沟槽与膛线紧密吻合的过程。弹头挤进过程对身管寿命、射击精度以及发射安全都有很大的影响。本文以身管寿命为研究背景,完善设计并开展了真实射击条件下,弹头挤进过程中挤进力高精度动态测试试验,同时通过数值仿真分析了不同身管内膛结构对弹头挤进过程中身管受力的影响规律。本文首先阐述了挤进过程的国内外研究现状,研究了弹头挤进过程的动态测试原理,完善了某小口径步枪弹头挤进力动态测试系统,试验得到了弹头挤进过程中所受到的挤进阻力曲线;针对弹头的瞬态挤进过程建立了有限元仿真模型,进行了弹头挤进过程的力学机理分析,获得了弹头动态挤进过程中的挤进阻力的变化规律;通过对比试验测量数据与仿真结果,验证了模型的可靠性,分析了试验测量结果与仿真计算结果的误差;基于经过验证的有限元仿真模型,研究了不同坡膛阳线网格密度对弹头挤进过程的影响,同时针对不同内膛结构对弹头挤进过程的影响,通过改变身管内膛结构,包括膛线的类型、坡膛角度、膛线深度、阴线宽度以及膛线缠度,分析得出圆切型膛线身管弹头挤进过程中身管受力最小,弹头挤进过程中身管受力随坡膛角度减小、膛线深度减小、阴线宽度增加以及膛线缠度增加而越来越小,研究结果为进一步研究身管长寿命技术提供了相关依据。

关键词：弹头挤进动态挤进试验有限元模型挤进阻力仿真分析

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某小口径枪弹弹头挤进过程数值仿真与分析

兵器装备工程学报 2020年第11期41卷 29-33页

作者：唐欣周克栋陆野沈超南京理工大学机械工程学院南京210094

为探究仿真中网格密度和内膛结构参数对某小口径枪弹弹头动态挤进过程的影响,建立了挤进过程的数值仿真模型,模拟分析了不同网格密度以及阳线直径下弹头挤进过程中挤进阻力、身管坡膛导转侧应力的变化规律和网格密度、阳线直径变化对弹... 详细信息

为探究仿真中网格密度和内膛结构参数对某小口径枪弹弹头动态挤进过程的影响,建立了挤进过程的数值仿真模型,模拟分析了不同网格密度以及阳线直径下弹头挤进过程中挤进阻力、身管坡膛导转侧应力的变化规律和网格密度、阳线直径变化对弹头挤进过程的影响。

关键词：弹头挤进网格密度内膛结构

不同枪管膛线截面形状对弹头挤进过程中动态应力的影响分析

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不同枪管膛线截面形状对弹头挤进过程中动态应力的影响分析

作者：程洋洋中北大学

学位级别：硕士

弹头在挤进过程中,由于受到火药燃气压力、导转侧力、挤进阻力以及高温的作用,加之枪/弹之间摩擦特性的不同,使得弹头容易发生变形和损伤,而膛线截面形状的不同,将导致弹头挤进中的动态应力变化的差异,因此深入分析弹头在不同枪管截面... 详细信息

弹头在挤进过程中,由于受到火药燃气压力、导转侧力、挤进阻力以及高温的作用,加之枪/弹之间摩擦特性的不同,使得弹头容易发生变形和损伤,而膛线截面形状的不同,将导致弹头挤进中的动态应力变化的差异,因此深入分析弹头在不同枪管截面形状下的挤进受力变化,对于改进弹头设计具有重要的意义。本文以不同枪管膛线截面形状下的弹头为研究对象,通过理论分析,数值仿真、试验验证的方法,分析不同枪管膛线截面形状下的弹头挤进过程中的动态应力变化问题,揭示了不同膛线截面形状与弹头挤进的关系。为进一步研究枪/弹匹配设计提供一定的数据支持和理论依据。本文主要研究内容如下:（1）根据经典内弹道理论,考虑不同截面形状对内弹道膛压的影响,建立修改后的内弹道模型,采用四阶龙格库塔法,编制内弹道计算程序,获得枪管不同膛线截面形状下的的膛压-时间曲线。根据枪管不同膛线截面形状下的火药气体压力,分析弹头膛内运动所受到的导转侧力,挤进阻力,并将准静态挤进阻力与试验进行对比,验证准静态挤进阻力计算公式的正确性。（2）根据热传导理论,运用有限差分法,建立枪管瞬态热传导的理论模型,使用MATLAB软件编译火药燃气与枪管内壁、枪管壁厚热传导的计算程序,计算枪管的温度分布,并选取坡膛距线膛50mm截面处枪管内表面温度变化规律进行分析;根据内弹道方程,计算得到火药气体燃烧在膛内运动中的基本热学系数（火药燃气温度、对流换热系数）,将其作为仿真计算过程中的初始条件以及内外边界条件,并根据枪管材料的热传导参数以及力学性能参数,通过TG及Abaqus有限元仿真软件建立枪管瞬态热传导有限元模型,对枪管热传导过程进行分析,最终与有限差分法得到的枪管温度场进行对比。（3）基于剪切-滑移摩擦理论,分析弹头与枪管内膛之间的摩擦特性,得到枪/弹接触界面的剪切-滑移摩擦模型以及变摩擦系数下的摩擦模型,并对弹头挤进过程及膛内运动过程中的摩擦升温、塑性变形升温以及枪弹传热进行理论分析。将（2）中的枪管温度作为下一次弹头发射时的温度场,同时使用Fortan语言编写VUAMP膛压子程序、剪切-滑移VFRIC摩擦子程序以及与温度有关的变摩擦系数摩擦子程序,将其与Abaqus/Exlict显式动力学进行联合求解,将得到的膛压值与试验值进行对比,验证了模型的正确性,并分析弹头在热-力-耦合作用下,不同摩擦模型对弹头升温的变化规律。（4）根据枪管结构特征,对NX UG进行二次开发,采用表达式抑制特征的方式,建立枪管参数化模板,通过输入枪管结构尺寸参数,快速建立梯形、多弧形以及多边弧形膛线枪管模型,在（3）的基础上,耦合内弹道膛压子程序以及摩擦子程序,建立热-力-摩擦耦合下的弹头挤进有限元仿真模型,进行不同膛线截面形状下的弹头挤进仿真计算,分析膛线截面形状对弹头挤进应力应变以及挤进阻力的影响。本文通过枪管不同膛线截面形状对弹头挤进受力问题的研究,发现在同一膛线截面形状下的弹头挤进过程中,弹头导转侧应力、应变高于刻槽处应力、应变高于非刻槽处应力、应变,刻痕两侧区域是应力集中区域;四种膛线截面形状下的弹头导转侧、刻槽处、非刻槽处应力变化趋势一致,且都是矩形膛线下的应力值最大。给出了不同膛线截面形状下的弹头挤进阻力,得到了四种膛线截面形状下的弹头挤进阻力都是先升高在降低的变化趋势,矩形膛线下的弹头挤进阻力最高,梯形次之,多弧形以及多边弧形下的弹头挤进阻力几乎相等。

关键词：温度场弹头挤进膛线截面形状有限元摩擦

高温引起的弹头壳铜被甲材料性能变化对弹头膛内运动影响

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兵工学报 2018年第6期39卷 1074-1081页

作者：杨宇召徐诚樊黎霞南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为了研究高温下铜被甲弹头在膛内运动状况,通过高温拉伸试验得到枪管材料和弹头壳铜被甲材料的力学性能参数,建立了铜被甲弹头在全枪管中的挤进运动有限元模型。该模型考虑了枪管在重力作用下的预弯曲以及铜被甲材料在不同温度时的力学... 详细信息

为了研究高温下铜被甲弹头在膛内运动状况,通过高温拉伸试验得到枪管材料和弹头壳铜被甲材料的力学性能参数,建立了铜被甲弹头在全枪管中的挤进运动有限元模型。该模型考虑了枪管在重力作用下的预弯曲以及铜被甲材料在不同温度时的力学性能。通过数值模拟研究了弹头挤进过程以及弹头在膛内运动姿态,分析了铜被甲弹头在不同温度下的挤进阻力、材料流动及变形。计算结果表明,温度越高,弹头在膛内变形越大,前进阻力也越大,弹头头部铜被甲弯曲程度越厉害;对弹头运动姿态进行分析后发现,温度越高,弹头在膛内摆动角越大,说明了热枪状态下铜被甲弹头的射击精度会下降,射弹散布变大。

关键词：弹头铜被甲弹头挤进弹头受力变形膛内运动

发射不同被甲材料弹头各向异性身管膛内应力状态

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兵工学报 2024年第11期45卷 4119-4132页

作者：盖钟雨周克栋陆野刘锦豪南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为研究某小口径步枪发射过程中身管膛内的应力场与温度场,建立弹头膛内运动时期弹头/身管相互作用的精细热力耦合有限元模型,其中考虑了温度对身管与被甲材料力学性能的影响以及枪管钢力学性能的各向异性。仿真获得覆铜钢被甲弹头和铜... 详细信息

为研究某小口径步枪发射过程中身管膛内的应力场与温度场,建立弹头膛内运动时期弹头/身管相互作用的精细热力耦合有限元模型,其中考虑了温度对身管与被甲材料力学性能的影响以及枪管钢力学性能的各向异性。仿真获得覆铜钢被甲弹头和铜被甲弹头挤进运动规律与身管膛内应力状态变化。研究结果表明:被甲材料的不同对挤进过程有很大影响,钢被甲弹头挤进阻力大于铜被甲,相应地前者膛内应力也大于后者;身管不同轴向位置处应力分布规律不同,坡膛处内膛应力最大值在阳线导转侧,膛口处内膛应力最大值在阴线上。研究结果为优化弹头/枪管匹配提供了支持。

关键词：身管热力耦合被甲材料各向异性材料材料热物理特性弹头挤进

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坡膛结构参数对枪械内弹道挤进时期的影响研究

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兵工学报 2015年第7期36卷 1363-1369页

作者：陆野周克栋赫雷李峻松黄雪鹰南京理工大学机械工程学院中国兵器工业第208研究所 63856部队

枪械射击过程中枪管坡膛处工作环境恶劣,为了研究枪管坡膛角度对挤进过程坡膛处受力的影响,建立了不同坡膛角下考虑枪管及弹头结构特性、本构非线性等因素的三维有限元模型,分析了不同坡膛角对弹头挤进过程的影响,获得了不同坡膛角下挤... 详细信息

枪械射击过程中枪管坡膛处工作环境恶劣,为了研究枪管坡膛角度对挤进过程坡膛处受力的影响,建立了不同坡膛角下考虑枪管及弹头结构特性、本构非线性等因素的三维有限元模型,分析了不同坡膛角对弹头挤进过程的影响,获得了不同坡膛角下挤进阻力随挤进位移的变化数据;建立了挤进阻力的响应面模型,基于上述数据采用Hermite多项式,求解获得了挤进阻力以坡膛角和挤进位移为变量的计算公式;提出建立了考虑挤进阻力的弹头挤进过程的动力学模型,编程计算了枪弹挤进过程中的挤进压力,获得了某大口径机枪满足弹头初速条件的坡膛角度取值范围为0.11°~1.13°,进而得到了缓减枪管坡膛受力、保证弹头最高初速、满足坡膛角设计范围的坡膛角度最优解为0.56°。

关键词：兵器科学与技术枪管弹头挤进坡膛接触冲击

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聚醚酰亚胺弹套对枪弹挤进行为研究

聚醚酰亚胺弹套对枪弹挤进行为研究

作者：黄浩中北大学

学位级别：硕士

步枪弹弹头结构主要为铅心被甲结构、钢心铅套被甲结构,这种步枪弹结构与枪管的匹配程度较高,在威力上已达到有防护目标的杀伤。但是随着防护能力的提升,传统高碳钢钢心无法有效的穿透陶瓷防护,极大消弱了枪弹对有防护目标的杀伤能力,... 详细信息

步枪弹弹头结构主要为铅心被甲结构、钢心铅套被甲结构,这种步枪弹结构与枪管的匹配程度较高,在威力上已达到有防护目标的杀伤。但是随着防护能力的提升,传统高碳钢钢心无法有效的穿透陶瓷防护,极大消弱了枪弹对有防护目标的杀伤能力,迫使步枪弹弹芯逐渐采用高密度、高硬度的钨合金材料,同时采用传统的铅套可能会使弹头质量过大,对发射过程、枪械等提出更加严苛的要求,难以满足传统武器的使用需要。因此采用轻质弹套材料,是降低弹头无效质量的有效措施。但采用轻质量弹套材料作为支撑构件,导致弹头结构发生显著变化,若轻质材料的力学性能不足,则无法可靠导转内部高密度弹芯,枪弹出枪口后无法稳定飞行,此外,轻质弹套在弹头挤进过程中的受力影响弹头与枪管之间的相互作用,如果挤进力显著增大,则会降低枪械寿命,因此有必要开展轻质弹套材料的弹头挤进过程中弹头的受力等情况研究。针对这一问题,本文开展研究,主要内容如下:(1)从理论上详细阐述并分析了弹头在挤进过程中的受力状态,对弹头所受到的弹底燃气压力、挤进阻力做出了详细分析并给出数学模型。(2)以某中口径步枪为研究对象,借助有限元理论和ABAQUS显示动力学求解程序,利用Hypermesh完成弹头挤进膛线过程有限元模型的网格划分。建立了完整的某中口径步枪的弹头挤进过程有限元数值仿真模型,并对弹头挤进过程的有限元模型数值模拟求解计算。(3)为分析不同弹套材料对弹头挤进过程的影响,通过数值模拟对比铅、铝、聚醚酰亚胺三种不同弹套材料在挤进过程中受力情况,分析弹头应力应变场分布。(4)分析不同枪管结构对聚醚酰亚胺弹套在挤进过程中影响规律,对比研究不同坡膛结构、不同膛线条数、不同枪管缠距下弹头在挤进过程中的摆动情况、枪管受力等情况。综上所述,本文通过综合运用理论探究、数值模拟与试验验证的方法,深入研究了不同弹套材料以及不同枪管参数对挤进过程的影响,并得出对于高密度钨合金弹芯,以聚醚酰亚胺作为支撑构件具有较优的效果;对于枪管参数而言,采用长坡膛枪管以及增加枪管膛线条数都可以提高膛内弹头运动的稳定性,有利于提高枪弹的射击精度;弹头在枪管膛内运动的摆动角度,并不随枪管缠距的变大而呈正向相关关系。这些结论对弹头结构和枪管结构改进以及枪/弹匹配设计有一定的指导意义。

关键词：弹头挤进数值模型弹枪匹配枪管参数