自紧身管精加工仿真及其残余应力测试方法研究

摘要

使用自紧技术可以使火炮身管内壁产生有益的压缩残余应力，压缩残余应力可以抵消一部分由内压产生的拉应力，因此可提高身管的强度和疲劳寿命。目前，液压自紧技术和机械自紧技术都已得到工程应用。然而残余应力的准确测量一直是一个待解决的问题。本文在沙赫镗削法基础上，提出了用光纤 Mach-Zehnder传感器对自紧身管进行残余应力测量的方法，为自紧技术理论和实践提供参考。本文主要取得了以下成果：
　　（1）对自紧身管半精加工和精加工进行了理论分析，并以此为基础，基于有限元分析软件 ANSYS，对液压自紧身管的内外表面切削加工过程进行有限元仿真分析，研究了不同自紧度、不同壁厚比、不同硬化系数和不同加工顺序对最终残余应力变化量的影响。同时，对ANSYS的工具条按钮进行二次开发，每次分析只需点击工具条上相应的按钮即可实现相应的分析，使得仿真分析过程更为简洁，效率更高。
　　（2）本文提出了在沙赫镗削法的基础上用光纤Mach-Zehnder传感器测量自紧身管残余应力的方法。自紧身管镗削过程中外表面的应力变化与模拟管弹性加载后卸载时外表面的应力变化趋势类似。因此，为了降低实验难度，又能达到实验目的，本文在厚壁铝合金模拟管加载和卸载时对其外表面进行应力测量。同时，为了增加可靠度，实验过程中同时用电阻应变片传感器和光纤 Mach-Zehnder传感器测量圆筒外表面的应力变化情况。
　　（3）将电阻应变片传感器测量结果、光纤Mach-Zehnder传感器测量结果、仿真结果和理论计算结果进行分析，得出了光纤 Mach-Zehnder传感器具有线性度好、灵敏度高、偏差小等优点。从而也证实了将光纤 Mach-Zehnder传感器用于自紧身管残余应力测量的可行性和优越性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 身管自紧技术研究现状

1.3 本文研究的主要内容

2 自紧身管残余应力的理论解析

2.1 半精加工后自紧身管的残余应力

2.2 精加工后自紧身管的残余应力

2.3 本章小结

3 自紧身管精加工仿真研究

3.1 身管自紧仿真

3.2 自紧身管内外表面精加工对残余应力的影响

3.3 残余应力变化量的影响因素分析

3.4 自紧身管精加工ANSYS软件二次开发

3.5 本章小结

4 残余应力测试原理

4.1 内膛削法原理

4.2 结果处理方法

4.3 光纤M-Z干涉仪结构原理

4.4 光纤M-Z传感器应变效应

4.5 本章小结

5 光纤M-Z传感器应力测试实验

5.1 传感器静态特性主要指标

5.2 传感器特性标定实验

5.3 模拟管应力测量实验

5.4 模拟管理论分析

5.5 模拟管仿真分析

5.6 结果分析

5.7 本章小结

6 结论

6.1 全文总结及结论

6.2 本文的创新点

6.3 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢