基于ANSYS的迫擊炮身管溫差應力分析

李向南，劉樹華

（中北大學 機電工程學院，山西 太原 030051）

0 引言

迫擊炮是一種支援和伴隨步兵作戰的壓制性武器，具有結構簡單、操作方便、火力密度大、機動性能好等特點。現代戰場要求其提高威力和增加射速，要提高威力就會使炮身發射時承受更多的熱，而提高機動性就要減輕火炮的重量，使身管壁更薄，由此帶來的都是對身管更加嚴重的熱作用［1］，造成了身管壁內存在不可忽視的溫差應力。因此，對迫擊炮身管溫差應力進行研究具有現實意義。

1 溫差應力的計算［2］

射擊時，火藥氣體的高溫灼熱了身管內層金屬，并向身管外層傳遞，這一存在于管壁內的溫度梯度必將引起溫差應力。迫擊炮身管的溫差應力將對其強度計算產生深刻的影響。

1.1 基本假設

本文做如下基本假設：①圓筒形身管的材料為均質的和各向同性的；②身管材料的彈性模量和線膨脹系數均當作平均的常數值；③溫度對炮膛中心線平均分布，并且沿長度上不變；④沿身管壁厚方向的熱流是穩定的，不隨時間而變化；⑤身管變形后仍為圓筒形，所有斷面仍然保持平面。

1.2 計算公式

火炮身管強度按第二強度理論（即最大應變理論）計算，應力向外為正，向內為負。溫差相當切向應力Eεtτ的計算公式為：

其中：E為材料的彈性模量；為切向熱應變；α為材料的線膨脹系數；ΔT為身管內外表面的溫差；r1為身管的內半徑；r2為身管的外半徑；r為身管的半徑，r1≤r≤r2。

火藥氣體相當切向應力的計算公式為：

其中：p為火藥氣體壓力；……