文档介绍：火炮设计理论
南京理工大学火炮教研室
§ 双层身管设计
1 引言
提高单筒身管的弹性强度极限:
1)增加身管的壁厚:
单筒身管的内外壁应力分布不均匀
→当壁厚增加到一定程度时→身管的重量↑↑
→身管的弹性强度极限↑,
但趋向一个极限值。
2)提高材料的强度类别:
提高材料强度→韧性下降↓
→合金元素的含量增多→加工困难
→经济性差
3)其他方法?
外压对身管弹性强度极限的影响(第二强度理论)
r1、r2、σp相同时, p2 的存在→σp <σ’p
即:p2 ↑→Eεt1 ↓→ P1Ⅱ↑=>σ’p ↑
§ 双层身管设计
提供外压的途径:
(1)直接外压;
(2)层间加压→充液;
(3)缠绕→丝紧、复合材料;
(4)过盈→筒紧。
§ 双层身管设计
即:p2 ↑→Eεt2 ↓、Eεt1 ↓↓=> Eεt ↓并均匀化
2 筒紧身管设计特点
筒紧身管
由两层或多层园筒过盈套合组成的身管称为筒紧身管,也称层成或紧箍身管。
加工时,外筒内径略小于内筒外径,形成过盈配合;
外筒加热膨胀,套在内筒上;
冷却后,外筒受拉,内筒受压,外筒对内筒
产生外压,提高内筒强度。
§ 双层身管设计
紧缩量
(1)绝对紧缩量:内外筒配合面直径的差叫做筒紧身管的绝对紧缩量
d21——套合前内管外径;
d22 ——套合前外筒内径;
u21 ——套合后内管外半径变形量;
u22 ——套合后外筒内半径变形量。
(2)相对紧缩量
d2 ——套合后配合面的直径,称为共轭直径。
§ 双层身管设计
(3)应变与位移
在圆筒半径r处取厚为dr,长为dz的圆环。根据轴对称假设,在压力作用下,圆环上A点移动到A′点,径向位移为u;B点移动到B′点,径向位移为u+du;C 点移动到C′点,轴向位移为w;D点移动到D′点,轴向位移为w+dw 。
径向应变
切向应变
轴向应变
§ 双层身管设计
为内管外表面和外筒内表面由于过盈配合而产生的切向应变(称为制造切向应变),则
相对紧缩量的大小取决于套合工艺和身管设计的要求。为了保证套合方便,筒紧炮身采用的相对紧缩量:
§ 双层身管设计
筒紧身管应力分析
(1)补充假设
1)内外筒间没有相对滑动,两筒之间仅传递法向作用力;
2)可以应用力的独立作用原理;
3)忽略轴向应力;
4)可以采用名义尺寸计算。
分析的思路是:
先研究套合后的应力、应变规律;
然后讨论仅由发射时内压产生的应力、应变规律;
最后将以上两种情况,利用力的独立作用原理,叠加得出发射时筒紧身管总的应力、应变规律。
§ 双层身管设计
(2)制造压力
设p2’为内外筒过盈套合后在配合表面产生的径向压力(即制造压力)。仅在p2’的作用下,内管外表面的切向应变为
外筒内表面的切向应变
当E1=E2=E时,
即:制造压力与配合面的相对紧缩量成正比。
§ 双层身管设计