自紧身管是一种重要的枪炮身管,自紧身管强度与其管壁内应力分布密切相关。为理解不同强度理论下自紧身管的应力状态,基于第三强度理论解析解、第四强度理论开端解析解、第四强度理开端半解析解、第四强度理论闭端解析解,对某火炮身管截面制造时、制造后和射击时应力分布进行了数值仿真。其中,第四强度理论开端解析解为复杂的隐式公式,需要迭代求解。仿真表明不同强度理论下,自紧身管应力分布大致相似,只是第三强度理论采用treca屈服准则,第四强度理论采用mises屈服准则;第四强度理开端半解析解是对解析解的简化,但是应力分布不连续,属于第三和第四强度理论的混合;第四强度理论闭端解析解与第三强度理论解析解应力分布仅相差一个常系数。

自紧身管是高膛压火炮普遍采用的身管,目前均采用内自紧方式进行加工。为检验外自紧方式加工自紧身管的可行性,采用ABAQUS软件对身管内外自紧加工的应力分布进行了仿真分析。研究表明内外自紧都会导致身管内壁先于外壁塑性变形并达到一定的自紧度;内自紧可减小射击应力,外自紧会使射击应力增大;对于理想弹塑性材料,内自紧身管射击应力小于材料屈服极限,外自紧身管射击应力的塑变区域不超过制造时塑变区域,内外自紧方式均可以提高身管强度;达到同样的自紧度时,内外自紧身管具有同样的强度,但是外自紧需要的压力要小于内自紧压力。

目前高膛压火炮普遍采用自紧身管,为确定实际使用中自紧身管表面出现压坑以及残余应力消退后身管的强度,文中给出针对这两种情况的身管断面强度计算公式,计算了某自紧身管在内外径精加工和应力消退后身管全长上的强度曲线,为自紧身管的实际使用提供了依据。

自紧身管是高膛压火炮普遍采用的身管,目前多采用液压和机械自紧方法。自紧弹自紧是一种较新的自紧方法,具有很高的效率,但是只能实现局部自紧。文中采用数值仿真方法,分析了某型火炮自紧弹自紧身管的相关问题,包括身管使用中要承受的最大压强、单筒身管和全长全塑身管的强度、自紧弹自紧身管的强度以及永久胀大比等。研究表明：单筒身管强度不能满足要求,自紧弹自紧后,身管膛底部分强度得到提高,身管各截面安全系数均大于1.2,自紧区域自紧度不超过0.45,膛线起始部永久胀大比不超过0.01%,自紧弹自紧身管能够满足强度要求。

在用第四强度理论分析开端自紧身管应力分布时,应力公式十分复杂。为简化计算,文献提出采用修正屈服准则代替mises屈服准则可满足工程应用需要。为考察这种代替的效果,以某型火炮身管典型截面为例,采用数值仿真方法对2种屈服准则下的应力分布进行了分析。研究表明,2种屈服准则计算出的身管强度相差较大,修正屈服准则用于工程实际可能存在问题。研究为自紧身管的精确化设计提供了参考。

为考察不同强度理论下自紧身管强度的差异,对基于第三强度理论、第四强度理论开端、第四强度理论闭端自紧身管加工时、加工后和射击时身管截面应力分布进行了数值仿真,并计算了不同强度理论下某型火炮局部自紧身管的强度。研究标明:不同强度理论下自紧身管截面上应力分布曲线相似;在自紧度相同情况下,基于第三强度理论、第四强度理论开端、第四强度理论闭端的自紧身管强度依次变大。

身管压坑允许深度曲线是战场判断身管能否使用的依据,但是目前只在单筒身管上使用。文中提出将压坑允许深度曲线用于自紧身管的必要性,并参考单筒身管给出了自紧身管压坑允许深度曲线的计算方法,仿真算例证实了该方法的有效性。相对单筒身管,自紧身管压坑允许深度曲线计算的安全系数不同,强度公式不同,尤其理论外形计算因涉及管壁弹性区和塑性区而十分复杂。研究也发现,目前我国自紧身管存在较大的安全裕度。

目前枪炮自紧身管都是通过内自紧来实现的。文中提出用外自紧来完成身管自紧的设想,推导了外自紧相关理论公式,仿真分析了内、外自紧身管应力分布和强度的区别。研究标明:外自紧也能达到身管自紧的目的,外自紧身管强度低于内自紧身管。研究为自紧身管制造指出了新的思路。