课程设计-弹体强度分析

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1、弹体强度分析弹丸发射时安全性，主要是指弹体和其他零件在发射时强度满足要求，炸药等装填物不发生危险。因此对其分析的方法是，计算在各种载荷下所产生的应力与变形，并使其满足一定强度条件，即达到设计要求。弹丸设计中的强度计算与一般机械零件设计的主要区别在于弹丸是一次使用的产品，其强度计算没有必要过分保守，这样可以充分发挥弹丸的威力，另一方面弹丸的安全性又是整个火炮系统中必须绝对可靠的。因此根据实际情况，制定出既科学又合理的强度条件是具有重要意义的。·发射时弹体的应力与变形弹体在发射时的应力分析，是基于材料力学的应

2、力应变分析方法。由于弹体结构和载荷条件的特殊性，现作以下假设与简化。上节所介绍的各种载荷中，有的对发射强度影响甚微，因此在弹体应力分析中，只考虑火药气体压力、惯性力、装填物压力和弹带压力，其余可不计及。(一)主应力与主平面由材料力学可知，任一点的应力状态可以在该点处取一个小的立方体来分析。一股情况下，立方体上有三个正应力和三个剪应力。也可以另外取一个立方体，使其表面上只有正应力而没有剪应力。这样的立方体的三个平面称为主平面，其表面上的正应力称为主应力。主平面的法线方向即为主方向。在结构的应力分析中，坐标系

3、选取的不同，得到应力的表达式也不相同。坐标选得合适，也就是图1-1研究截面选取合适，将使这些截面上只有主应力。用主应力来表示应力状态，会将问题的分析与计算大为简化弹体是轴对称体，弹体的外表面上显然没有剪应力，因而外表面任意点的切乎面都是主平面，故对于火炮弹丸而言，一般即认为轴向，径向和切向即为其主方向，其三向主应力为轴向应力σz，径向应力σr和切向应力σt。由（图1-1）可见，对于弹休圆柱部这三向主应力是与实际相符合的，而对于弹头部与弹尾部则有一定的误差。一般认为弹头部受力较小，应力也比较小，对弹体强度影

4、响不大，应力方向的误差可以不予考虑。弹尾部带有尾锥角，三个主方向也要发生变化，但大部分弹尾部的尾锥角为6º一9º范围以内，对主方向改变也影响不大，因此为简化起见，对整个弹体均以轴向应力、径向应力和切向应力为三向主应力。(二)轴向应力径向应力切向应力1轴向应力σz弹体内的轴向应力，主要是由轴向惯性力引起的，在弹体的不同断面上轴向惯性力不同，因而轴向应力也不相同。以某一断面n一n割截弹体，则弹体截面上受的惯性力(图1-2)为式中p—计算压力；r—弹丸半径；mn——断面以上弹体联系质量（即包括与弹体连在一起的其

5、他零件）m—弹丸质量。图1-2n-n断面上所受载荷和应力由此力引起的轴向应力为式中rbn.一n—n断面上弹体的外半径；ran一n—n断面上弹体的内半径。当n—n断面取在尾锥部时，作用在此断面上的质量除断面以上弹体质量外，还有一部分装填物的质量，故此时轴向应力应为由(3-2-2)和(3-2-3)式可见，榴弹的轴向应力恒为压应力。2径向应力σr在整个弹体壁厚上径向应力是不相等的。由厚壁圆筒应力分布可知，一般内表面的应力较大，因此从强度分析来说主要分析内表面的应力状态。弹体n—n断面的内表面上所受的压力即装填物

6、对弹体的压力，由(3-1-1）式可知，其径向应力为对于旋转式弹丸，由于弹丸旋转，内部装填物将有附加压力作用于弹壁上，由(3-1-23)式可知其附加的径向应力为其总的径向应力应为σr1和σr2之和。但σr2远小于σr1，故在分析最大膛压时刻的弹体强度时，也可以忽略叽的影响。3切向应力σt若将弹体简化为只受内压的厚壁圆筒，则σt为图1—3旋转圆盘4由弹体旋转产生的径向应力与切向应力旋转式弹丸由于弹丸旋转在弹体上引起的应力，可以应用材料力学中旋转圆盘公式进行计算，如图1-3所示。圆盘任一半径‘处的应力为因为旋转

7、圆盘的应力状态是平面应力状态，而弹丸旋转时存在σz，应当看作为平面应变状态。只需将上两式中的µ用代入，即可得弹体旋转时的应力式中µ—弹体材料泊桑系数，ρm—弹体材料密度，ω—弹丸旋转角速度。若只计算弹体内表面处的应力，则由(3-2-8)、(3-2-9)式可见，当rx=ran时，σr3=0，其σt时吼为最大值，内表面处的切向应力为从上式可知，由旋转产生的应力与弹丸膛内速度的平方成正比，故在炮口区达到服大值。弹体总的切向应力为σt=σt1+σt2由于σt1与σt2不同步，σt1在最大膛压时刻达到最大值，σt2

8、在炮口处达到最大值。一般在计算最大膛压时的发射强度，也可以忽略σt2的影响。(三)发射时弹体的受力状态和变形发射时弹丸在各种载荷作用下，材料内部产生应力和变形。根据载荷变化的特点，对于一般线膛火炮弹丸而言，弹丸受力与变形有三个危险的临界状态，如图（1-4）中所示的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时刻。对一般滑膛炮弹丸，由于不存在弹带压力，所以只有Ⅱ、Ⅲ,两个临界状态。为Ⅱ了确Ⅱ保弹丸发射时的安全性，必须对每个临界状态进行强度校核。1.弹丸受力和变形