弹头在挤进过程中,由于受到火药燃气压力、导转侧力、挤进阻力以及高温的作用,加之枪/弹之间摩擦特性的不同,使得弹头容易发生变形和损伤,而膛线截面形状的不同,将导致弹头挤进中的动态应力变化的差异,因此深入分析弹头在不同枪管截面形状下的挤进受力变化,对于改进弹头设计具有重要的意义。本文以不同枪管膛线截面形状下的弹头为研究对象,通过理论分析,数值仿真、试验验证的方法,分析不同枪管膛线截面形状下的弹头挤进过程中的动态应力变化问题,揭示了不同膛线截面形状与弹头挤进的关系。为进一步研究枪/弹匹配设计提供一定的数据支持和理论依据。本文主要研究内容如下:(1)根据经典内弹道理论,考虑不同截面形状对内弹道膛压的影响,建立修改后的内弹道模型,采用四阶龙格库塔法,编制内弹道计算程序,获得枪管不同膛线截面形状下的的膛压-时间曲线。根据枪管不同膛线截面形状下的火药气体压力,分析弹头膛内运动所受到的导转侧力,挤进阻力,并将准静态挤进阻力与试验进行对比,验证准静态挤进阻力计算公式的正确性。(2)根据热传导理论,运用有限差分法,建立枪管瞬态热传导的理论模型,使用MATLAB软件编译火药燃气与枪管内壁、枪管壁厚热传导的计算程序,计算枪管的温度分布,并选取坡膛距线膛50mm截面处枪管内表面温度变化规律进行分析;根据内弹道方程,计算得到火药气体燃烧在膛内运动中的基本热学系数(火药燃气温度、对流换热系数),将其作为仿真计算过程中的初始条件以及内外边界条件,并根据枪管材料的热传导参数以及力学性能参数,通过TG及Abaqus有限元仿真软件建立枪管瞬态热传导有限元模型,对枪管热传导过程进行分析,最终与有限差分法得到的枪管温度场进行对比。(3)基于剪切-滑移摩擦理论,分析弹头与枪管内膛之间的摩擦特性,得到枪/弹接触界面的剪切-滑移摩擦模型以及变摩擦系数下的摩擦模型,并对弹头挤进过程及膛内运动过程中的摩擦升温、塑性变形升温以及枪弹传热进行理论分析。将(2)中的枪管温度作为下一次弹头发射时的温度场,同时使用Fortan语言编写VUAMP膛压子程序、剪切-滑移VFRIC摩擦子程序以及与温度有关的变摩擦系数摩擦子程序,将其与Abaqus/Exlict显式动力学进行联合求解,将得到的膛压值与试验值进行对比,验证了模型的正确性,并分析弹头在热-力-耦合作用下,不同摩擦模型对弹头升温的变化规律。(4)根据枪管结构特征,对NX UG进行二次开发,采用表达式抑制特征的方式,建立枪管参数化模板,通过输入枪管结构尺寸参数,快速建立梯形、多弧形以及多边弧形膛线枪管模型,在(3)的基础上,耦合内弹道膛压子程序以及摩擦子程序,建立热-力-摩擦耦合下的弹头挤进有限元仿真模型,进行不同膛线截面形状下的弹头挤进仿真计算,分析膛线截面形状对弹头挤进应力应变以及挤进阻力的影响。本文通过枪管不同膛线截面形状对弹头挤进受力问题的研究,发现在同一膛线截面形状下的弹头挤进过程中,弹头导转侧应力、应变高于刻槽处应力、应变高于非刻槽处应力、应变,刻痕两侧区域是应力集中区域;四种膛线截面形状下的弹头导转侧、刻槽处、非刻槽处应力变化趋势一致,且都是矩形膛线下的应力值最大。给出了不同膛线截面形状下的弹头挤进阻力,得到了四种膛线截面形状下的弹头挤进阻力都是先升高在降低的变化趋势,矩形膛线下的弹头挤进阻力最高,梯形次之,多弧形以及多边弧形下的弹头挤进阻力几乎相等。