Диссертация (1143923), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Из расчетов по формулам п. 2.2 видно, что такомузначению скорости соответствует р=5 МПа.Баллоны со сжатым воздухом по паспорту имеют выходное давление послередукционного клапана 5,0÷5,5 МПа. По результатам расчетов принято46следующее решение: для гарантированного заброса снаряда выполнять тарировкуредуктора баллона путем установки плоских колец до достижения давления6,0±0,1 МПа.Выходнойконтрольпроводитьнацифровомманометре.Герметичность баллона проверять путем опускания в кювету с водой свыдержкой по времени 10 мин.Отдельным вопросом расчетов внутренней баллистики стало влияниепротечек казенного давления в ствол на разгон контейнера.

Как известно, впороховом оружии любая протечка казенного давления заметно снижает скоростьпули. В пневматическом линемёте между стволом и метаемым телом обязательнодолжен быть зазор, в противном случае произойдет отказ прибора. Новыполнение минимально допустимого расстояния достаточно трудно обеспечитьтехнологически.Как видно из графика (рис.

2.11), зависимость скорости снаряда на срезествола от зазора между снарядом и стволом практически линейная. Увеличениерасстояния между стволом и контейнером от минимального 0,05 мм до 0,5 мм неоказывает существенного влияния на скорость. Тем самым, может бытьобеспечена технологическая оптимизация – выполнение сопрягаемых деталейСкорость снаряда на срезе ствола,м/сдно-ствол выполняется по более низкому квалитету с широким полем допуска.8483,983,883,783,683,583,483,300,10,20,30,40,50,6Зазор, ммРисунок.

2.11. Зависимость скорости снаряда на срезе ствола от зазора междуснарядом и стволом47Изучение влияния массы снаряда на скорость на срезе дает перспективыиспользования различных метаемых тел. Так одной из разработок являетсязабрасывание спасательного жилета на помощь утопающему. Здесь важнадальность метаемого изделия.

Исследование внутренней баллистики в этомвопросе позволяет спрогнозировать возможность изготовления более сложныхизделий.95Скорость снаряда на срезе ствола, м/с9085807570656055500,30,40,50,60,70,80,9Масса снаряда, кгРисунок. 2.12. Зависимость скорости снаряда на срезе ствола от массы снарядаИз графика, показанном на рис.

2.12, видно, что уменьшение массы снарядав два раза относительно стандартной комплектации «ИСТА-240» не вызываетрезкого скачка его скорости. Зависимость практически линейная.Поскольку линемёт «ИСТА-240» является казнозарядным устройством, изаправка контейнера в ствол осуществляется вручную, то в процессе заряжанияснаряд может быть смещен относительно среза клапана.

Образуется такназываемый «паразитный» объем. Влияние этого смещения на скорость снарядаважный вопрос.48Скорость снаряда на срезе ствола, м/с8684828078767472020406080100120Смещение снаряда относительно нулевой точки, мМРисунок. 2.13. Зависимость скорости снаряда на срезе ствола от величинысмещения снаряда относительно нулевой точкиИз графика, показанного на рис. 2.13, видно, что смещение снарядаотносительно нулевой точки на 100 мм вызывает падение скорости на 10 м/с. Порезультатам расчетов в техническое описание была внесена дополнительнаяинструкция о заряжании прибора и положении снаряда в момент пуска.Выводы по главе 21.

С помощью уравнений Лагранжа II рода построены решения задач динамикисистемытеллинемёта.Проведенырасчетытрехэтапов:динамикипневматического клапана, внутренней баллистики, свободного полета снаряда. Вобщем виде в уравнения внесены все геометрические параметры, влияющие наскорость метаемого тела на срезе ствола. Причем третий этап, движение телапеременной массы, выполнен с учетом деформации линя.2. Численное решение уравнений позволило провести многовариантные расчеты ипостроить различные зависимости, а именно исследовать влияние начального49давления, величины протечек, «паразитного» объема, массы на скорость снарядана срезе ствола. На основании анализа полученныхрекомендацияотносительнотехнологииизготовлениярезультатов дананекоторыхдеталейлинемёта – дно снаряда может быть выполнено по более грубому квалитету,поскольку образующийся при этом зазор между стволом и снарядом практическине влияет на разгон последнего.50Глава 3.

Анализ прочности запорного элементабыстродействующего клапана линемётаОдним из самых важных вопросов исследования является изучениепрочностных характеристик деталей и узлов линемёта. К особо ответственнымдеталям прежде всего относятся колпак быстродействующего клапана и стаканПУ, как самая тонкостенная деталь прибора.Нагружение КК происходит в несколько этапов, на каждом из которыхвозможно разрушение:статическое нагружение внутренним и внешним давлением, вызывающимнаибольшие напряжения в конической оболочке колпака;динамическое воздействие переменным давлением в процессе выстрела;ударный импульс в момент касания направляющей, вызывающий волновыеявления в КК.Стакан ПУ прежде всего рассматривается под нагрузкой статическогодавления, на предмет выявления максимальных напряжений в местах ихконцентрации.Математическое моделирование данных задач позволит в значительнойстепени оценить прочность элементов конструкции, а также выявить зависимостьмаксимальных эквивалентных напряжений от геометрических параметров.3.1.

Продольные волны при соударении колпака о направляющуюОдной из причин выхода линемёта из строя в процессе эксплуатацииявлялось разрушение колпака при выстреле. В ходе изучения проблемывыяснилось, что разрушение вызвано ударом коническойчасти КК окоаксиальную поверхность направляющей. Расчеты, проведенные в п. 2.1,показали, что в момент удара КК имеет скорость v  108,506 м/с [26, 28].Изучение явлений, происходящих в этот момент, позволит избежать факта выходаприбора из строя.51В качестве физической модели, описывающей происходящие явления, былапринята модель удара слоя и полупространства (рис. 3.1):vhx0Рисунок.

3.1. Соударение слоя и полупространстваПоскольку КК является тонкостенной оболочкой его можно представить ввиде слоя  h  x  0 , полупространство же x  0 – направляющая.Для нахождения перемещений u ( x, t ) в качестве математической моделивоспользуемся волновым уравнением [42, 48]. Объемные силы отсутствуют.c 2u ''  u, c    2  /  .(3.1.1)Здесь с – скорость распространения продольных волн,  ,  – упругие константыЛаме,  – плотность материала.Выразим через модуль Юнга и коэффициент Пуассона:  2 E.1  2 / (1  )2(3.1.2)Начальные условия нулевые: v, x  0t  0 :u  0, u  .0,x0(3.1.3)x  h :u '  0,x  0 :u, u ' непрерывны.(3.1.4)Граничные условия:Поставленная задача решается операционным методом с преобразованиемЛапласа [20].

Преобразование (изображение по Лапласу) имеет вид:u ( x, p)   u ( x, t )e  pt dt; u  pu  u ( x,0),052где p – комплексный параметр. Преобразуя по Лапласу уравнение (3.1.1) сучетом начальных условий (3.1.3), получим p 2u   , x  0c u ''   2.pu,x02(3.1.5)Обыкновенное дифференциальное уравнение (ОДУ) решаем с условиями наконце x  h и на бесконечности:p Bch c ( x  h)  p 2 , x  0u .p c x Ae , x  0(3.1.6)Здесь A, B – неизвестные пока функции от параметра p . Далее используемусловия при x  0 :Bchppv  phh  2  A, Bsh h   A  B   2 e c cpcpp ( x2 h) v  1 cp xc u  2 1  (e  e)  ( x  0).p  2(3.1.7)Это изображение можно обратить по теореме запаздывания [20]: 1   x   x   x  2 h   x  2h   u  x, t   v t   t     t     t t  ,  x  0 ,2cccc (3.1.8)где (...) – функция единичного скачка (равна нулю при отрицательныхзначениях аргумента и единице – при положительных).

В (3.1.8) имеем две волны;первая приходит в момент времени t1  x / c , вторая – в момент t2   x  2h  / c .Получив перемещения для КК, вычислим напряжения для оценкипрочности:  x, t   xvR   x  2h    t      t  .2  cc (3.1.9)Здесь R  3с – волновое сопротивление; складываются две волны – сжатия ирастяжения. Напряжения равны отрицательной константе  vR / 2 в промежутке53t1  t  t2 , и равны нулю вне этого промежутка. Длительность   t2  t1  2  h  x  / c .Ударный импульс напряжения будет равен (при x  0 )J  vR / 2  vh.(3.1.10)Эту величину следует умножить на площадь контакта. Формула будетиспользована далее при расчете напряженного состояния колпака.3.2.

Колпак как коническая оболочкаОбратимся к другой модели колпака – конической оболочке. Используемсовременную версию классической теории оболочек Кирхгофа [24, 54, 99].Решение строится вариационным методом Лагранжа-Ритца-Канторовича.Классическая оболочка Кирхгофа рассматривается как материальнаяповерхность, элементами которой являются материальные нормали с пятьюстепенями свободы [99]. Вектор поворота с двумя компонентами лежит вкасательной плоскости, как и все моменты.

Вектор перемещения U имеет трикомпоненты.Деформацияоболочкиописываетсядвумясимметричнымитензорами в касательной плоскости. Первый тензор ε определяет удлинения исдвиги в касательной плоскости. Второй тензор κ задает изгиб и кручение.Получается полный аналог классической теории изгиба пластин [99].Схема конической оболочки – на рис. 3.2.

Координатами (криволинейными)служат угол  и расстояние от вершины s. Задача осесимметричная, все скалярывыражаются через компоненты перемещения ul (s), un (s) (в динамике аргументомбудет и время). Используется тройка ортов: e – касательная к параллели, l – попрямой образующей, n – нормаль к оболочке.eρnlsψeθyθ ρρxРисунок. 3.2. Коническая оболочкаz54Выражение энергии деформации оболочки имеет вид [23, 83]:П   П2 ( ,  )dO , 2 П2  С1 2  С2ε ε  D1 2  D2κ κ.(3.2.1)OЗдесь П2 – энергия деформации на единицу площади; ее аргументами являютсятензоры деформации оболочки. Скаляры  ,– это первые инвариантыодноименных тензоров. Как отмечалось ранее, энергия П2 в сущности такая же,как в пластине при плоском напряженном состоянии и изгибе; коэффициентыжесткости следующие: C1 Eh   h2C   , D1,2  C1,2 ,2 12 2  1   1   (3.2.2)(h – толщина оболочки).Для определения тензоров деформации рассмотрим градиент перемещений:u  r   u ; r   r   r , r  r    .(3.2.3)Здесь     1,2  – оператор дифференцирования по координатам (  , s ),производится суммирование по повторяющимся (разновысоким) индексам,   –символ Кронекера (1 или 0).

Сначала находим векторы базиса r , дифференцируяr по координатам. Затем – векторы кобазиса r  так, чтобы выполнялосьпоследнее из соотношений (3.2.3). После этого выражаем тензор деформации вкасательной плоскости ε и вектор поворота  :ε  ( u)s ,   u  n.(3.2.4)Знак перпендикуляра оставляет слагаемые в касательной плоскости – без ортаSнормали n . Символ (...) означает симметричную часть. Выражение поворота связано с сохранением материальных нормалей, характерным для классическоймодели Кирхгофа.

Далее обратимся к тензору деформации изгиба-кручения:κ  (  )  b uT  (u  n) , (b  n)(3.2.5)В этом выражении присутствует второй метрический тензор b , характеризующийкривизну оболочки. Компоненты тензора κ (ковариантные) равны изменениямкомпонент тензора b [98].55Проделаввыкладкидляосесимметричнойдеформацииконическойоболочки, получим следующие компоненты:   1u ,   s sin , u  ul sin  un cos ,  l  ul, l  un ,    1l sin   2u cos ,  l  l,(...) '  d / ds.(3.2.6)Эти выражения можно подставить в сложную систему ОДУ коническойоболочки, содержащей уравнения баланса сил и моментов [13, 17].

Характеристики

Список файлов диссертации