ABAQUS大口径火炮弹带动态挤进压力的数值模拟研究(2)
4.4 弹带材料本构模型 19
4.5 弹/炮接触碰撞的选择和定义 21
4.6 载荷和边界条件 23
4.7 本章小结 24
5 数值模拟结果分析 25
5.1 挤进过程弹丸运动规律 26
5.2 挤进阻力变化规律 28
5.3 启动压力和挤进压力 30
5.4 不同摩擦系数条件下挤进变化规律研究 31
5.5 本章小结 33
结 论 34
致 谢 35
参考文献36
1 绪论
火药燃烧后，弹底压力逐渐增加，当其增长到一定值时，弹丸开始进入运动状态，慢慢进入身管中，在这个过程中，由于炮管内膛阳线直径比弹带的直径略小，弹带会因为和膛线发生了干涉而产生塑性变形[1]，这导致挤进阻力不断增大，并在弹带完全挤入膛线时达到最大值，此时在弹带上会出现被膛线挤压造成的刻槽。
1.1 本课题研究的目的和意义
弹带挤进是弹丸发射过程中非常重要而又复杂的力学过程，其直接造成药室容积的变化，同时对膛内火药气体生成的速度、热力学过程、膛内压力的大小以及弹丸初速都会造成很大的影响[2-4]。此外，在弹带挤进膛线过程中造成的弹带塑性变形和弹带挤进阻力的改变等会对火炮的射程和射击精度产生较大的影响，同时其还会影响到身管的寿命，尤其在大口径火炮中，由于膛压和挤进阻力的增大，产生的影响变的更加明显。在目前研究阶段，因为弹丸的几何外形复杂且不规则，同时其承受的载荷也较为复杂，运用传统力学的求解方法难以得到正确且理想的结论。同时现代的弹丸有一定的塑性变形允许量，且挤进的压力是渐变的，这导致通过实验测量动态挤进压力难以实现，因而目前运用常规方法得出的结果并不准确，只能为定性分析作参考。
目前的研究工作为了方便等原因，常常认为弹带是瞬时挤进的，挤进压力根据经验值确定。然而随着现代战争越来越科技化，其对远程大口径火炮的综合性能要求也在不断提高，这间接导致对大口径火炮弹带动态挤进压力的研究得到了越来越多的关注。越来越多的人认识到了研究弹带挤进过程的重要性，它对于判定弹带与膛线的磨损关系、确定弹带和身管坡膛部分的匹配度等问题是不可或缺的[4]。对弹带动态挤进压力的数值模拟研究可以让研究者更好更确切地了解在实际发射过程中，弹带挤入膛线的过程，为大口径火炮、弹丸和装药设计提供一定的参考，对于提高射程、射击精度和火炮身管寿命等都会有很大的作用，从而能够对现有火炮进行升级改进，或者研制新型更有战斗力的火炮。由此可见，建立好弹带动态挤进压力模拟模型是保障火炮研究工作顺利开展的比较重要的条件之一。而且其还可以从某种程度上取代传统的常规火炮射击实验，并具备以下优点：
（1）很大程度上减少火炮样机的制造次数，大大缩短试验周期，节约时间和资源，从而降低实验成本。
（2）有限元建模分析取代传统实验后，不会受到场地、时间、气候等易变因素对于试验进度和结果的限制，方便简单。
（3）数值模拟过程可以回放重复，更加直观易懂，可以与产品用户实现更好的交互式体验。从而能够更好的分析挤进过程中每一个瞬间的变化情况，得出更加直观而准确的结论。
1.2 有限元法的发展现状
有限元法[5-6]（finite element method）是一种目前被广泛使用的高效计算方法，其为工程问题的求解带来了很大的方便性，计算机软件、弹性力学理论和计算数学等方面知识在有限元法中被很好地结合在了一起。有限元法是在上世纪五十年代中期至优尔十年代末出现并快速发展起来的，但因为当时计算机水平还不足且理论也不够完善，造成其在许多工程问题上未能得到普及和应用。这一状况一直持续到60年代末才开始得到改变，伴随着大型通用有限元软件的出现，有限元的运用渐渐得到了技术保证，开始被运用于求解各类工程问题。有限元软件凭借其计算效率高、功能多、使用简单且计算结果可信度高等特点，渐渐变成了结构工程中比较有效的分析处理工具之一。现阶段，有限元法对于热力学、电磁学、流体力学及现代结构力学等诸多学科都拥有着非常大的影响，对促进学科发展起了很大的作用。