火炮身管疲劳断裂试验和数值模拟研究

• 作者: 吴斌 郑靖 司东亚 罗天放 邹志强 白雪莲 陆军炮兵防空兵学院机械工程系
• 来源期刊: 火炮发射与控制学报
• 学科: 工学
• 关键词: 身管 疲劳断裂 冲击疲劳 应变监测 数值模拟
• 年，卷（期）: 2024,（2）
• 页码范围: 5-11
• 页数: 7页
• 语种: 中文
• DOI: 10.19323/j.issn.1673-6524.202304021

摘要

烧蚀磨损和疲劳是影响火炮身管寿命的主要因素，前者使内膛表面产生了随机的烧蚀坑或微裂纹，形成了大量的应力集中区，在疲劳作用下，微裂纹沿身管径向由内向外扩展形成宏观裂纹，一旦其深度达到临界值，继续发射则可能导致身管断裂。针对身管疲劳断裂问题，根据火炮发射过程中载荷作用特点，自主设计了液压冲击疲劳试验装置，在实验室条件下再现了身管服役条件下的疲劳断裂现象。试验结果表明：冲击载荷作用下，身管疲劳断口包括裂纹源、扩展区和瞬断区3个部分，扩展区呈现典型的“海滩条纹”特征；身管外壁面周向应变的演化规律与裂纹的扩展速率变化规律之间存在内在的映射关系，从而可为身管健康监测、发射安全性评估提供新的技术手段。数值模拟采用J-C方程描述炮钢材料的动态本构关系，将材料的应变率效应纳入仿真计算过程中，模拟结果与试验结果之间具有较好的一致性。