小口径火炮弹炮耦合动态响应有限元时程分析

苏忠亭，徐 达，李晓伟，韩振飞

(1.装甲兵工程学院 兵器工程系，北京 100072;2.北京京航计算通讯研究所，北京 100074)

火炮身管的柔性对射击精度影响很大，弹丸在膛内运动时，膛线赋予弹丸旋转运动，以保证弹丸飞行稳定。弹丸膛内运动时，弹带和前定心部与炮膛内壁的接触碰撞会导致身管激烈振颤，炮口振动引起弹丸跳角，直接影响射击命中率。文献[1]建立了弹丸膛内运动引起炮管振动的方程，没有考虑弹丸与身管的碰撞－接触;文献[2]基于多体接触理论，考虑了弹丸弹带、前定心部与膛壁的碰摩，但其有限元法本质上仍将弹性身管简单转化为刚体接触;文献[3]采用等参六面体缩减积分单元，考虑了弹丸弹带和前定心部与膛壁的碰撞及膛线对弹丸的扭转作用，对弹丸在膛内的运动过程进行了仿真计算，但膛线身管结构复杂，很难建立准确的三维模型;文献[4]研究了弹管间隙和加速移动质量对身管振动的影响，采用悬臂梁的振型作为身管的近似模态，无法得到身管的真实模态。由于小口径火炮身管短、膛壁薄，适合采用有限单元法编程求解。本文利用Dubowsky模型，基于有限单元法，将弹带定为弹塑性体，前定心部视为刚体，身管为柔体，分别研究了弹带凹槽部、凸起部和前定心部对身管的瞬态冲击作用，根据弹带行进过程确定身管各单元在各时间步长内所受的载荷谱，最终建立了弹丸膛内运动引起的身管动态响应模型。

1 身管有限元模型

1.1 坐标系的建立

根据结构动力学可知，身管属于内中空悬臂梁的空间轴对称问题，采用圆柱坐标系比较方便。……