某动能破门弹复合材料发射筒的研究

摘要

某复合材料发射筒基于“戴维斯”平衡抛射原理，实现微声、微光、微烟的微痕发射。弹丸发射时，前、后闭气活塞分别推动弹丸和平衡体向发射筒两端运动，活塞接触到变形环后被制动，留在发射筒内密闭火药燃气。在整个发射过程中，复合材料筒体要承受较大的瞬态燃气压力、轴向制动力以及弹-管接触碰撞力的综合作用，其动态响应是影响该武器系统性能的关键。以玻-碳纤维混杂缠绕成型的复合材料筒体为研究对象，通过对复合材料发射筒进行结构分析、成型工艺及工艺参数设计和有限元显示动力学建模分析等过程，设计出满足指标要求的纤维缠绕树脂基复合材料发射筒，为后续同类型项目的研制提供理论指导和可行性方案。主要内容如下: (1)从组份材料、成型工艺等方面阐述了目前国内外复合材料的发展、应用现状，并对复合材料筒体的结构设计、强度校核分析等研究工作进行综述; (2)根据复合材料发射筒的技术指标和结构特点，结合复合材料强度理论，探明复合材料筒体的设计重点和关键技术，在充分理解动力部件、制动部件、弹丸平衡体设计思路的前提下，选取适合的设计理论与设计方案，为后续设计分析工作做准备; (3)复合材料筒体是由金属预埋件和纤维缠绕层组成，而纤维缠绕层是由高强玻纤和碳纤两种增强材料混杂缠绕成型。通过对纤维缠绕成型的理论以及复合材料中组份材料的材料性能、力学性质和强度理论等知识进行研究，设计出合适的缠绕铺层方案和成型工艺参数。 (4)复合材料筒体要承受瞬态高压火药燃气、轴向制动力和弹-管接触碰撞力的综合作用，其动态强度对保证发射安全性至关重要。利用ABAQUS有限元仿真分析软件，对武器系统的主要部件进行离散，并通过编写用户自定义动载荷子程序建立发射系统的显示动力学有限元模型，模拟弹丸的动态发射过程，对复合材料筒体内各铺层进行动态强度校核。将仿真结果与试验结果进行对比，验证了有限元仿真的准确性。 本课题的研究工作能为复合材料筒体的结构设计、成型工艺参数优化和结构强度校核提供理论指导，对优化复合材料结构的设计流程，提高生产效率具有重要意义。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1引言

1．2复合材料的发展

1．2．1增强纤维

1．2．2树脂基体

1．2．3成型工艺

1．3复合材料发射筒

1．4复合材料筒体设计研究现状

1．5本文主要研究内容

2复合材料发射筒结构设计

2．1工作原理

2．2设计要求

2．3论证分析

2．4结构设计

2．5铺层设计

2．5．1缠绕平衡方程

2．5．2纤维缠绕层数

2．5．3纤维缠绕厚度

2．6本章小结

3复合材料筒体有限元分析

3．1概述

3．2有限元法基本理论

3．2．1形函数和位移函数

3．2．2单元应变和单元应力

3．2．3单元刚度矩阵

3．3有限元建模流程及要求

3．4复合材料发射筒有限元模型

3．2．1建模与网格划分

3．2．2材料属性

3．2．3边界条件与约束关系

3．2．4载荷施加

3．5发射过程仿真计算

3．5．1弹灿平衡体动态位置

3．5．2变形环塑性变形

3．5．3复合材料筒体应力及应变

3．6本章小结

4复合材料发射筒工艺设计

4．1缠绕工艺简介

4．2缠绕模具设计

4．2．1模具材料选择

4．2．2模具强度、刚度计算

4．2．3模具结构方案

4．3缠绕线型设计

4．4工艺参数设计

4．4．1纤维处理

4．4．2树脂体系

4．4．3含胶量

4．4．4缠绕张力

4．4．5缠绕速度

4．4．6固化参数

4．5相关试验结果

4．5．1静态承压试验

4．5．2轴向拉伸试验

4．5．3发射试验

4．6本章小结

5总结与展望

5．1总结

5．2展望

致谢

参考文献

附录