火炮設(shè)計理論課件

火炮設(shè)計理論

南京理工大學火炮教研室主講：張相炎教授聯(lián)系電話：84315581火炮設(shè)計理論南京理工大學火炮教研室主講：張相炎教授聯(lián)系1§2.4自緊身管設(shè)計

1自緊身管1.1自緊身管

筒緊身管→壁內(nèi)的應力分布均勻→提高身管的強度。多層筒緊→層數(shù)越多→應力分布越均勻→強度也越高→加工困難。筒緊是一種工藝方法一種新的工藝方法→自緊身管自緊身管：經(jīng)自緊工藝處理的身管,也稱為自增強身管。1.2自緊原理制造時對其內(nèi)膛施以高壓，使內(nèi)壁產(chǎn)生塑性變形。內(nèi)壓去除以后，在內(nèi)壁產(chǎn)生與發(fā)射時符號相反的殘余應力。發(fā)射時，發(fā)射工作壓力產(chǎn)生的應力與自緊殘余應力相迭加，使身管壁內(nèi)應力趨于均勻一致，提高身管強度。

自緊原理：制造施壓塑變；卸載殘余應力；發(fā)射應力均勻?！?.4自緊身管設(shè)計1自緊身管21.3自緊身管的特點（1）提高身管的強度；（2）可節(jié)省大量合金元素；（3）對提高身管壽命有利；（4）及時發(fā)現(xiàn)和排除毛坯中的疵病。

§2.4自緊身管設(shè)計

1.3自緊身管的特點§2.4自緊身管設(shè)計31.4自緊工藝自緊工藝有三種：液壓自緊法，擠擴法（亦稱機械自緊法），爆炸自緊法。（1）液壓自緊開式閉式（2）擠擴自緊（機械自緊）（3）爆炸自緊§2.4自緊身管設(shè)計

TTTT1.4自緊工藝§2.4自緊身管設(shè)計TTTT42自緊身管應力分析由于自緊身管產(chǎn)生比較大的塑性變形，因此采用材料的屈服強度極限，并采用第三或第四強度理論。這里我們采用第三強度理論，即最大剪應力理論，其強度條件為：對火炮身管，σ1=σt，σ3=σr=-p，因此式中，2τm稱為第三強度理論的相當應力。§2.4自緊身管設(shè)計

2自緊身管應力分析由于自緊身管產(chǎn)生比較52.1補充假設(shè)（1）身管材料的拉伸和壓縮特性一樣；這條假設(shè)就是為了略去鮑辛格效應的影響（2）材料塑性變形后應力不增加；

這條假設(shè)就是為了忽略材料強化（硬化）現(xiàn)象的影響（3）不考慮軸向應力的作用。§2.4自緊身管設(shè)計

2.1補充假設(shè)（2）材料塑性變形后應力不增加；（3）不考慮62.2自緊時的應力設(shè)：在自緊壓力P1作用下，身管從內(nèi)表面開始出現(xiàn)塑性變形，并且最終塑性區(qū)半徑達到ρ(r1＜ρ＜r2)，則身管壁內(nèi)分為塑性區(qū)(r=r1～

ρ)和彈性區(qū)(r=ρ～r2)。（1）彈性區(qū)彈性區(qū)相當一個單筒身管，其內(nèi)徑為ρ，外徑為r2，在半徑ρ處的徑向壓力pρ，即為彈性區(qū)的彈性強度極限，采用第三強度理論時彈性區(qū)內(nèi)徑向應力（壓力）彈性區(qū)內(nèi)的切向應力彈性區(qū)內(nèi)按第三強度理論的相當應力§2.4自緊身管設(shè)計

2.2自緊時的應力（1）彈性區(qū)彈性區(qū)內(nèi)徑向應力（壓力）7（2）塑性區(qū)在塑性區(qū)內(nèi)各點的相當應力均為屈服強度，即切向應力半彈性狀態(tài)自緊時的內(nèi)壓§2.4自緊身管設(shè)計

（2）塑性區(qū)切向應力半彈性狀態(tài)自緊時的內(nèi)壓§2.4自緊身8（3）全塑性狀態(tài)：ρ=r2§2.4自緊身管設(shè)計

（3）全塑性狀態(tài)：ρ=r2§2.4自緊身管設(shè)計9（4）第四強度理論的自緊壓力采用第四強度理論也可以導出自緊時的壓力對半彈性狀態(tài)對全塑性狀態(tài)實際身管材料存在一定的強化現(xiàn)象，通過自緊生產(chǎn)實踐得出全塑性狀態(tài)的自緊身管的自緊壓力可用如下經(jīng)驗公式表示：半彈性狀態(tài)§2.4自緊身管設(shè)計

（4）第四強度理論的自緊壓力對半彈性狀態(tài)對全塑性狀態(tài)10（5）說明1）ρ的影響ρ↑→Wρ↑→→全塑狀態(tài)→全彈狀態(tài)2）W2的影響§2.4自緊身管設(shè)計

W2↑→Z↑→提高強度越明顯（5）說明ρ↑→Wρ↑→→全塑狀態(tài)→全彈狀態(tài)2）W2的影響§112.3殘余應力（制造應力）自緊時，在自緊壓力P1作用下，身管從內(nèi)表面開始出現(xiàn)塑性變形，并且最終身管壁內(nèi)形成塑性區(qū)和彈性區(qū)。并且身管壁內(nèi)存在徑向應力（壓力）p和切向應力σt。卸去自緊壓力P1時，由于身管內(nèi)存在塑性變形，因此在卸載過程中自緊身管內(nèi)存在殘余應力，也就是制造應力或預應力。卸載過程是彈性卸載，相當于在一個內(nèi)徑為r1、外徑為r2，的彈性園筒上加一個-P1，而在身管內(nèi)形成附加應力。附加應力與自緊應力的迭加就形成殘余應力?！?.4自緊身管設(shè)計

2.3殘余應力（制造應力）§2.4自緊身管設(shè)計12其中p”為附加壓力，即把身管看成單筒身管（彈性園筒）時，在自緊內(nèi)壓P1作用下，身管壁內(nèi)所產(chǎn)生的徑向壓力；p為自緊制造時身管壁內(nèi)的徑向壓力；p’為卸載后身管內(nèi)的殘余徑向壓力。其中σ”t為附加切向應力，即把身管看成單筒身管(彈性園筒)時，在自緊內(nèi)壓P1作用下，身管壁內(nèi)所產(chǎn)生的切向應力；σt為自緊制造時身管壁內(nèi)的切向應力；σ’t為卸載后身管內(nèi)的殘余切向壓力?！?.4自緊身管設(shè)計

其中p”為附加壓力，即把身管看成單筒身管（彈性園筒）時，在自13（1）附加應力相當在自緊壓力P1作用下，單筒身管（彈性園筒）壁內(nèi)形成的附加徑向應力p”和附加切向應力σ”t§2.4自緊身管設(shè)計

（1）附加應力§2.4自緊身管設(shè)計14（2）殘余應力1）彈性區(qū)§2.4自緊身管設(shè)計

（2）殘余應力1）彈性區(qū)§2.4自緊身管設(shè)計152）塑性區(qū)§2.4自緊身管設(shè)計

2）塑性區(qū)§2.4自緊身管設(shè)計16§2.4自緊身管設(shè)計

§2.4自緊身管設(shè)計172.4發(fā)射時的應力發(fā)射前，身管壁內(nèi)存在殘余應力。發(fā)射時身管在內(nèi)壓p1作用下，在身管壁內(nèi)形成新的附加剪應力2τ”和附加徑向壓力p”，其值可將自緊身管看成單筒身管：身管壁內(nèi)的合成應力為彈性區(qū)合成相當應力塑性區(qū)合成相當應力§2.4自緊身管設(shè)計

2.4發(fā)射時的應力發(fā)射前，身管壁內(nèi)存在殘余應力18可以看出合成應力的分布比筒緊身管更趨于均勻一致。為了使自緊身管在發(fā)射時塑性區(qū)不再進一步增大，要求發(fā)射時的內(nèi)壓p1不大于自緊時內(nèi)壓P1，即p1<P1。當p1=P1時，壓力分布理論上與自緊時一致。當p1>P1時，身管內(nèi)表面將產(chǎn)生塑性變形，塑性區(qū)將逐步擴大。發(fā)射時身管內(nèi)表面是不允許產(chǎn)生塑性變形的，因此，實際使用時p1≤P1?！?.4自緊身管設(shè)計

可以看出合成應力的分布比筒緊身管更趨于均勻一致。為了使自19希望σxdmax最小，令最佳自緊過應變百分比為§2.4自緊身管設(shè)計

過應變百分比（自緊度）希望σxdmax最小，令最佳自緊過應變百分比為§2.4202.5不出現(xiàn)反向屈服的條件如果自緊身管內(nèi)壁的殘余應力最大值|2τ’1|達到材料的屈服強度，則身管內(nèi)壁將要出現(xiàn)壓縮塑性變形，即反向屈服。這樣將會引起自緊身管壁內(nèi)的應力重新分布，身管強度也不能進一步提高。自緊身管不出現(xiàn)反向屈服的條件是解出不出現(xiàn)反向屈服時的自緊壓力不等式的右邊即為自緊身管的自緊壓力或強度極限的上限?！?.4自緊身管設(shè)計

2.5不出現(xiàn)反向屈服的條件如果自緊身管內(nèi)壁的21對于全塑自緊身管(ρ=r2)，這就是全塑自緊身管不產(chǎn)生反向屈服的條件，即身管半徑比不能超過2.2（注意，這是由第三強度理論推出的，如用第四強度理論則約為2.0）。此半徑比的全塑自緊身管可以比單筒身管的強度提高1倍?！?.4自緊身管設(shè)計

由于存在鮑辛格效應，反向壓縮的屈服極限σ’s比材料拉伸（自緊過程）屈服極限σs要低，因此自緊壓力P1也要低。對全塑自緊身管，內(nèi)表面實際切向壓應力比理論切向壓應力低20%~40%，因此更容易導致反向屈服。GOTO對于全塑自緊身管(ρ=r2)，這就是全塑自緊身管不產(chǎn)22開式液壓自緊R開式液壓自緊R23閉式液壓自緊R閉式液壓自緊R24擠擴自緊（機械自緊）R擠擴自緊（機械自緊）R25R爆炸自緊R爆炸自緊26R鮑辛格效應R鮑辛格效應27R材料強化（硬化）現(xiàn)象R材料強化（硬化）現(xiàn)象28§2.4自緊身管設(shè)計3自緊身管設(shè)計3.1自緊身管彈性強度極限自緊身管彈性強度極限是射擊時自緊身管不產(chǎn)生新的塑性變形所能承受的最大內(nèi)壓。在不考慮鮑辛格效應時，自緊身管彈性強度極限就等于自緊壓力P1。

如果工作壓力p1小于自緊壓力(彈性強度極限)P1，身管呈彈性狀態(tài)。如果工作壓力p1大于自緊壓力(彈性強度極限)P1，身管內(nèi)表面出現(xiàn)塑性變形?！?.4自緊身管設(shè)計3自緊身管設(shè)計3.1自緊身管彈性293.2自緊身管的一般設(shè)計步驟(1)選擇身管材料，即確定了身管材料的σs；(2)選擇毛坯內(nèi)徑r1、外徑r2；(3)選取自緊度χ；(4)計算彈塑性區(qū)交界面半徑(5)計算自緊時的內(nèi)壓(6)對身管毛坯進行自緊(7)按單筒身管的設(shè)計方法，計算設(shè)計壓力曲線，炮膛結(jié)構(gòu)設(shè)計和外形設(shè)計及調(diào)整?！?.4自緊身管設(shè)計3.2自緊身管的一般設(shè)計步驟(1)選擇身管材料，即確定了30(8）強度校核按自緊身管的實際外形尺寸進行強度校核。由自緊身管的合成應力分布規(guī)律可知，自緊身管內(nèi)表面的合成內(nèi)壓（即徑向應力）和彈塑性區(qū)交界面上的合成相當應力最大，所以應該對此進行強度校核。1）計算自緊身管內(nèi)表面的最大合成內(nèi)壓P1s采用第三強度理論采用第四強度理論§2.4自緊身管設(shè)計(8）強度校核按自緊身管的實際外形尺寸進行強度校核。312）計算彈塑性交界面上的合成相當應力σxdρ=2τρs以上各式中的ρ應為實測值?！?.4自緊身管設(shè)計2）計算彈塑性交界面上的合成相當應力σxdρ=2τρs以上各323）計算實際安全系數(shù)其中P1*為設(shè)計壓力考慮自緊過程和加工等因素的影響，自緊身管的實際彈性極限內(nèi)壓約為理論計算值的75%，自緊身管的安全系數(shù)可以取為藥室部n≧1.38膛線部n≧1.2炮口部n≧1.8§2.4自緊身管設(shè)計3）計算實際安全系數(shù)其中P1*為設(shè)計壓力考慮自緊過程和加334自緊身管加工4.1自緊時身管外表面應變同內(nèi)壓的關(guān)系自緊時，身管外表面的切向應變值的大小與自緊時的內(nèi)壓有著一定的關(guān)系。這種關(guān)系是控制自緊參量，檢驗自緊身管性能的主要依據(jù)。一般用測量和控制外表面的切向應變來控制身管的自緊程度。（1）彈性加載過程（O→A）§2.4自緊身管設(shè)計4自緊身管加工4.1自緊時身管外表面應變同內(nèi)壓的關(guān)系34（2）彈塑性加載過程（A→B）彈塑性加載過程，外表面仍處于彈性狀態(tài)。外表面無外壓，不考慮軸向應力影響§2.4自緊身管設(shè)計若考慮其他因素影響，進行修正，則以Kσs代替σs（2）彈塑性加載過程（A→B）彈塑性加載過程，外表面仍處35（3）彈性卸載過程（B→C）卸載結(jié)束時，p1=0，外表面殘余切向應變不考慮反向屈服影響，卸載過程為彈性卸載過程，即OA∥BC。OA的斜率BC過B點，即BC的直線方程為由于材料反向屈服特性的影響，實際外表面殘余切向應變比理論值要?。˙→C’）?！?.4自緊身管設(shè)計（3）彈性卸載過程（B→C）卸載結(jié)束時，p1=0，外表面殘余364.2自緊曲線（1）自緊曲線（2）自緊曲線的測量（3）自緊曲線的控制考慮到材料的屈服極限的可能變化，對應σs-Δσs、σs、σs+Δσs可作三條p1～εt2；考慮到自緊度的可能變化，對應ρ-Δρ、ρ、ρ

+Δρ可作三條射線；這些曲（直）線圍成的面積就給出了自緊控制范圍，即對給定的σs、ρ，實際p1～εt2應在自緊控制范圍之內(nèi)?！?.4自緊身管設(shè)計4.2自緊曲線（1）自緊曲線（3）自緊曲線的控制§2.437（4）實際自緊參數(shù)計算根據(jù)實測的身管外表面最大切向應變εt2m可以計算出對應塑性變形半徑和自緊度理論上，自緊身管所能承受的最大內(nèi)壓就是對應自緊度的自緊壓力P1（彈性強度極限），經(jīng)修正實際上，考慮到各種因素影響，為了安全起見，一般是根據(jù)實測的自緊曲線來確定自緊身管所能承受的最大內(nèi)壓（彈性強度極限）。給定壓力P0(一般為155MPa)，對應自緊曲線上的切向應變?yōu)棣舤20，過該切向應變作平行線對應自緊曲線上的壓力就作為自緊壓力P1。§2.4自緊身管設(shè)計（4）實際自緊參數(shù)計算理論上，自緊身管所能承受的最大內(nèi)壓384.3加工對自緊身管彈性強度極限的影響自緊過程一般是對毛坯，自緊后，將毛坯加工成身管，去掉一層金屬，必然引起身管壁內(nèi)殘余應力的重新分布，以及自緊身管的彈性強度極限。假設(shè)加工時及加工后彈塑性交界面的半徑不變，并且加工時殘余應力的變化過程為彈性的。加工前，身管的內(nèi)外表面半徑為r1、r2，加工后，身管的內(nèi)外表面半徑為r’1、r’2。（1）加工內(nèi)表面當內(nèi)表面半徑r1→r’1時，加工后內(nèi)表面上的徑向殘余應力等于零，相當于在加工表面處作用一個與之大小相等，而方向相反的壓力p*1’=-p’1’。塑性區(qū)的徑向殘余應力§2.4自緊身管設(shè)計4.3加工對自緊身管彈性強度極限的影響自緊過程一般是39p*1’作用下，引起的壁內(nèi)附加應力加工后，身管壁內(nèi)剩余殘余應力§2.4自緊身管設(shè)計p*1’作用下，引起的壁內(nèi)附加應力加工后，身管壁內(nèi)剩余殘余應40加工后，身管壁內(nèi)塑性區(qū)剩余殘余應力加工后身管壁內(nèi)塑性區(qū)剩余殘余應力與加工前身管壁內(nèi)塑性區(qū)殘余應力相比，r1→r1’，對彈性區(qū)也有相同結(jié)論。即，相應彈性極限§2.4自緊身管設(shè)計加工后，身管壁內(nèi)塑性區(qū)剩余殘余應力加工后身管壁內(nèi)塑性區(qū)剩余殘41（2）加工外表面當外表面半徑r2→r2’時，加工后外表面上的徑向殘余應力等于零，相當于在加工表面處作用=一個與之大小相等，而方向相反的壓力p*2’=-p’2’。彈性區(qū)的徑向殘余應力§2.4自緊身管設(shè)計（2）加工外表面§2.4自緊身管設(shè)計42在p*2’作用下，引起的壁內(nèi)附加應力加工后，身管壁內(nèi)剩余殘余應力§2.4自緊身管設(shè)計在p*2’作用下，引起的壁內(nèi)附加應力加工后，身管壁內(nèi)剩余殘余43加工后，身管壁內(nèi)彈性區(qū)剩余殘余應力，可以導出加工后身管壁內(nèi)彈性區(qū)剩余殘余應力與加工前身管壁內(nèi)彈性區(qū)殘余應力相比，r2→r2’，對塑性區(qū)也有相同結(jié)論。即，相應彈性極限§2.4自緊身管設(shè)計加工后，身管壁內(nèi)彈性區(qū)剩余殘余應力，可以導出加工后身管壁內(nèi)彈44（3）說明加工后，自緊身管壁內(nèi)剩余殘余應力分布與一個具有與加工身管最后尺寸相同的自緊身管壁內(nèi)殘余應力分布是完全一致的。計算加工后自緊身管的彈性極限內(nèi)壓，可借用與加工后尺寸相同的自緊身管的彈性極限內(nèi)壓來表示，但與自緊壓力的性質(zhì)不同。自緊身管加工內(nèi)表面加工外表面加工內(nèi)外表面考慮各種因素的影響，自緊時自緊壓力進行經(jīng)驗修正§2.4自緊身管設(shè)計（3）說明加工后，自緊身管壁內(nèi)剩余殘余應力分布與一個45謝謝！下次見！謝謝！46火炮設(shè)計理論

南京理工大學火炮教研室主講：張相炎教授聯(lián)系電話：84315581火炮設(shè)計理論南京理工大學火炮教研室主講：張相炎教授聯(lián)系47§2.4自緊身管設(shè)計

1自緊身管1.1自緊身管

筒緊身管→壁內(nèi)的應力分布均勻→提高身管的強度。多層筒緊→層數(shù)越多→應力分布越均勻→強度也越高→加工困難。筒緊是一種工藝方法一種新的工藝方法→自緊身管自緊身管：經(jīng)自緊工藝處理的身管,也稱為自增強身管。1.2自緊原理制造時對其內(nèi)膛施以高壓，使內(nèi)壁產(chǎn)生塑性變形。內(nèi)壓去除以后，在內(nèi)壁產(chǎn)生與發(fā)射時符號相反的殘余應力。發(fā)射時，發(fā)射工作壓力產(chǎn)生的應力與自緊殘余應力相迭加，使身管壁內(nèi)應力趨于均勻一致，提高身管強度。

自緊原理：制造施壓塑變；卸載殘余應力；發(fā)射應力均勻?！?.4自緊身管設(shè)計1自緊身管481.3自緊身管的特點（1）提高身管的強度；（2）可節(jié)省大量合金元素；（3）對提高身管壽命有利；（4）及時發(fā)現(xiàn)和排除毛坯中的疵病。

§2.4自緊身管設(shè)計

1.3自緊身管的特點§2.4自緊身管設(shè)計491.4自緊工藝自緊工藝有三種：液壓自緊法，擠擴法（亦稱機械自緊法），爆炸自緊法。（1）液壓自緊開式閉式（2）擠擴自緊（機械自緊）（3）爆炸自緊§2.4自緊身管設(shè)計

TTTT1.4自緊工藝§2.4自緊身管設(shè)計TTTT502自緊身管應力分析由于自緊身管產(chǎn)生比較大的塑性變形，因此采用材料的屈服強度極限，并采用第三或第四強度理論。這里我們采用第三強度理論，即最大剪應力理論，其強度條件為：對火炮身管，σ1=σt，σ3=σr=-p，因此式中，2τm稱為第三強度理論的相當應力?！?.4自緊身管設(shè)計

2自緊身管應力分析由于自緊身管產(chǎn)生比較512.1補充假設(shè)（1）身管材料的拉伸和壓縮特性一樣；這條假設(shè)就是為了略去鮑辛格效應的影響（2）材料塑性變形后應力不增加；

這條假設(shè)就是為了忽略材料強化（硬化）現(xiàn)象的影響（3）不考慮軸向應力的作用?！?.4自緊身管設(shè)計

2.1補充假設(shè)（2）材料塑性變形后應力不增加；（3）不考慮522.2自緊時的應力設(shè)：在自緊壓力P1作用下，身管從內(nèi)表面開始出現(xiàn)塑性變形，并且最終塑性區(qū)半徑達到ρ(r1＜ρ＜r2)，則身管壁內(nèi)分為塑性區(qū)(r=r1～

ρ)和彈性區(qū)(r=ρ～r2)。（1）彈性區(qū)彈性區(qū)相當一個單筒身管，其內(nèi)徑為ρ，外徑為r2，在半徑ρ處的徑向壓力pρ，即為彈性區(qū)的彈性強度極限，采用第三強度理論時彈性區(qū)內(nèi)徑向應力（壓力）彈性區(qū)內(nèi)的切向應力彈性區(qū)內(nèi)按第三強度理論的相當應力§2.4自緊身管設(shè)計

2.2自緊時的應力（1）彈性區(qū)彈性區(qū)內(nèi)徑向應力（壓力）53（2）塑性區(qū)在塑性區(qū)內(nèi)各點的相當應力均為屈服強度，即切向應力半彈性狀態(tài)自緊時的內(nèi)壓§2.4自緊身管設(shè)計

（2）塑性區(qū)切向應力半彈性狀態(tài)自緊時的內(nèi)壓§2.4自緊身54（3）全塑性狀態(tài)：ρ=r2§2.4自緊身管設(shè)計

（3）全塑性狀態(tài)：ρ=r2§2.4自緊身管設(shè)計55（4）第四強度理論的自緊壓力采用第四強度理論也可以導出自緊時的壓力對半彈性狀態(tài)對全塑性狀態(tài)實際身管材料存在一定的強化現(xiàn)象，通過自緊生產(chǎn)實踐得出全塑性狀態(tài)的自緊身管的自緊壓力可用如下經(jīng)驗公式表示：半彈性狀態(tài)§2.4自緊身管設(shè)計

（4）第四強度理論的自緊壓力對半彈性狀態(tài)對全塑性狀態(tài)56（5）說明1）ρ的影響ρ↑→Wρ↑→→全塑狀態(tài)→全彈狀態(tài)2）W2的影響§2.4自緊身管設(shè)計

W2↑→Z↑→提高強度越明顯（5）說明ρ↑→Wρ↑→→全塑狀態(tài)→全彈狀態(tài)2）W2的影響§572.3殘余應力（制造應力）自緊時，在自緊壓力P1作用下，身管從內(nèi)表面開始出現(xiàn)塑性變形，并且最終身管壁內(nèi)形成塑性區(qū)和彈性區(qū)。并且身管壁內(nèi)存在徑向應力（壓力）p和切向應力σt。卸去自緊壓力P1時，由于身管內(nèi)存在塑性變形，因此在卸載過程中自緊身管內(nèi)存在殘余應力，也就是制造應力或預應力。卸載過程是彈性卸載，相當于在一個內(nèi)徑為r1、外徑為r2，的彈性園筒上加一個-P1，而在身管內(nèi)形成附加應力。附加應力與自緊應力的迭加就形成殘余應力?！?.4自緊身管設(shè)計

2.3殘余應力（制造應力）§2.4自緊身管設(shè)計58其中p”為附加壓力，即把身管看成單筒身管（彈性園筒）時，在自緊內(nèi)壓P1作用下，身管壁內(nèi)所產(chǎn)生的徑向壓力；p為自緊制造時身管壁內(nèi)的徑向壓力；p’為卸載后身管內(nèi)的殘余徑向壓力。其中σ”t為附加切向應力，即把身管看成單筒身管(彈性園筒)時，在自緊內(nèi)壓P1作用下，身管壁內(nèi)所產(chǎn)生的切向應力；σt為自緊制造時身管壁內(nèi)的切向應力；σ’t為卸載后身管內(nèi)的殘余切向壓力?！?.4自緊身管設(shè)計

其中p”為附加壓力，即把身管看成單筒身管（彈性園筒）時，在自59（1）附加應力相當在自緊壓力P1作用下，單筒身管（彈性園筒）壁內(nèi)形成的附加徑向應力p”和附加切向應力σ”t§2.4自緊身管設(shè)計

（1）附加應力§2.4自緊身管設(shè)計60（2）殘余應力1）彈性區(qū)§2.4自緊身管設(shè)計

（2）殘余應力1）彈性區(qū)§2.4自緊身管設(shè)計612）塑性區(qū)§2.4自緊身管設(shè)計

2）塑性區(qū)§2.4自緊身管設(shè)計62§2.4自緊身管設(shè)計

§2.4自緊身管設(shè)計632.4發(fā)射時的應力發(fā)射前，身管壁內(nèi)存在殘余應力。發(fā)射時身管在內(nèi)壓p1作用下，在身管壁內(nèi)形成新的附加剪應力2τ”和附加徑向壓力p”，其值可將自緊身管看成單筒身管：身管壁內(nèi)的合成應力為彈性區(qū)合成相當應力塑性區(qū)合成相當應力§2.4自緊身管設(shè)計

2.4發(fā)射時的應力發(fā)射前，身管壁內(nèi)存在殘余應力64可以看出合成應力的分布比筒緊身管更趨于均勻一致。為了使自緊身管在發(fā)射時塑性區(qū)不再進一步增大，要求發(fā)射時的內(nèi)壓p1不大于自緊時內(nèi)壓P1，即p1<P1。當p1=P1時，壓力分布理論上與自緊時一致。當p1>P1時，身管內(nèi)表面將產(chǎn)生塑性變形，塑性區(qū)將逐步擴大。發(fā)射時身管內(nèi)表面是不允許產(chǎn)生塑性變形的，因此，實際使用時p1≤P1。§2.4自緊身管設(shè)計

可以看出合成應力的分布比筒緊身管更趨于均勻一致。為了使自65希望σxdmax最小，令最佳自緊過應變百分比為§2.4自緊身管設(shè)計

過應變百分比（自緊度）希望σxdmax最小，令最佳自緊過應變百分比為§2.4662.5不出現(xiàn)反向屈服的條件如果自緊身管內(nèi)壁的殘余應力最大值|2τ’1|達到材料的屈服強度，則身管內(nèi)壁將要出現(xiàn)壓縮塑性變形，即反向屈服。這樣將會引起自緊身管壁內(nèi)的應力重新分布，身管強度也不能進一步提高。自緊身管不出現(xiàn)反向屈服的條件是解出不出現(xiàn)反向屈服時的自緊壓力不等式的右邊即為自緊身管的自緊壓力或強度極限的上限?！?.4自緊身管設(shè)計

2.5不出現(xiàn)反向屈服的條件如果自緊身管內(nèi)壁的67對于全塑自緊身管(ρ=r2)，這就是全塑自緊身管不產(chǎn)生反向屈服的條件，即身管半徑比不能超過2.2（注意，這是由第三強度理論推出的，如用第四強度理論則約為2.0）。此半徑比的全塑自緊身管可以比單筒身管的強度提高1倍?！?.4自緊身管設(shè)計

由于存在鮑辛格效應，反向壓縮的屈服極限σ’s比材料拉伸（自緊過程）屈服極限σs要低，因此自緊壓力P1也要低。對全塑自緊身管，內(nèi)表面實際切向壓應力比理論切向壓應力低20%~40%，因此更容易導致反向屈服。GOTO對于全塑自緊身管(ρ=r2)，這就是全塑自緊身管不產(chǎn)68開式液壓自緊R開式液壓自緊R69閉式液壓自緊R閉式液壓自緊R70擠擴自緊（機械自緊）R擠擴自緊（機械自緊）R71R爆炸自緊R爆炸自緊72R鮑辛格效應R鮑辛格效應73R材料強化（硬化）現(xiàn)象R材料強化（硬化）現(xiàn)象74§2.4自緊身管設(shè)計3自緊身管設(shè)計3.1自緊身管彈性強度極限自緊身管彈性強度極限是射擊時自緊身管不產(chǎn)生新的塑性變形所能承受的最大內(nèi)壓。在不考慮鮑辛格效應時，自緊身管彈性強度極限就等于自緊壓力P1。

如果工作壓力p1小于自緊壓力(彈性強度極限)P1，身管呈彈性狀態(tài)。如果工作壓力p1大于自緊壓力(彈性強度極限)P1，身管內(nèi)表面出現(xiàn)塑性變形。§2.4自緊身管設(shè)計3自緊身管設(shè)計3.1自緊身管彈性753.2自緊身管的一般設(shè)計步驟(1)選擇身管材料，即確定了身管材料的σs；(2)選擇毛坯內(nèi)徑r1、外徑r2；(3)選取自緊度χ；(4)計算彈塑性區(qū)交界面半徑(5)計算自緊時的內(nèi)壓(6)對身管毛坯進行自緊(7)按單筒身管的設(shè)計方法，計算設(shè)計壓力曲線，炮膛結(jié)構(gòu)設(shè)計和外形設(shè)計及調(diào)整?！?.4自緊身管設(shè)計3.2自緊身管的一般設(shè)計步驟(1)選擇身管材料，即確定了76(8）強度校核按自緊身管的實際外形尺寸進行強度校核。由自緊身管的合成應力分布規(guī)律可知，自緊身管內(nèi)表面的合成內(nèi)壓（即徑向應力）和彈塑性區(qū)交界面上的合成相當應力最大，所以應該對此進行強度校核。1）計算自緊身管內(nèi)表面的最大合成內(nèi)壓P1s采用第三強度理論采用第四強度理論§2.4自緊身管設(shè)計(8）強度校核按自緊身管的實際外形尺寸進行強度校核。772）計算彈塑性交界面上的合成相當應力σxdρ=2τρs以上各式中的ρ應為實測值?！?.4自緊身管設(shè)計2）計算彈塑性交界面上的合成相當應力σxdρ=2τρs以上各783）計算實際安全系數(shù)其中P1*為設(shè)計壓力考慮自緊過程和加工等因素的影響，自緊身管的實際彈性極限內(nèi)壓約為理論計算值的75%，自緊身管的安全系數(shù)可以取為藥室部n≧1.38膛線部n≧1.2炮口部n≧1.8§2.4自緊身管設(shè)計3）計算實際安全系數(shù)其中P1*為設(shè)計壓力考慮自緊過程和加794自緊身管加工4.1自緊時身管外表面應變同內(nèi)壓的關(guān)系自緊時，身管外表面的切向應變值的大小與自緊時的內(nèi)壓有著一定的關(guān)系。這種關(guān)系是控制自緊參量，檢驗自緊身管性能的主要依據(jù)。一般用測量和控制外表面的切向應變來控制身管的自緊程度。（1）彈性加載過程（O→A）§2.4自緊身管設(shè)計4自緊身管加工4.1自緊時身管外表面應變同內(nèi)壓的關(guān)系80（2）彈塑性加載過程（A→B）彈塑性加載過程，外表面仍處于彈性狀態(tài)。外表面無外壓，不考慮軸向應力影響§2.4自緊身管設(shè)計若考慮其他因素影響，進行修正，則以Kσs代替σs（2）彈塑性加載過程（A→B）彈塑性加載過程，外表面仍處81（3）彈性卸載過程（B→C）卸載結(jié)束時，p1=0，外表面殘余切向應變不考慮反向屈服影響，卸載過程為彈性卸載過程，即OA∥BC。OA的斜率BC過B點，即BC的直線方程為由于材料反向屈服特性的影響，實際外表面殘余切向應變比理論值要?。˙→C’）?！?.4自緊身管設(shè)計（3）彈性卸載過程（B→C）卸載結(jié)束時，p1=0，外表面殘余824.2自緊曲線（1）自緊曲線（2）自緊曲線的測量（3）自緊曲線的控制考慮到材料的屈服極限的可能變化，對應σs-Δσs、σs、σs+Δσs可作三條p1～εt2；考慮到自緊度的可能變化，對應ρ-Δρ、ρ、ρ

+Δρ可作三條射線；這些曲（直）線圍成的面積就給出了自緊控制范圍，即對給定的σs、ρ，實際p1～εt2應在自緊控制范圍之內(nèi)?！?.4自緊身管設(shè)計4.2自緊曲線（1）自緊曲線（3）自緊曲線的控制§2.483（4）實際自緊參數(shù)計算根據(jù)實測的身管外表面最大切向應變εt2