微观尺度弹丸-身管冲击行为建模方法技术

本发明专利技术属于身管寿命研究领域，具体公开一种微观尺度弹丸

【技术实现步骤摘要】
微观尺度弹丸
‑
身管冲击行为建模方法


[0001]本专利技术属于身管循环冲击疲劳寿命研究领域，特别涉及一种微观尺度弹丸
‑
身管冲击行为建模方法
。

技术介绍

[0002]提高身管武器使用寿命一直是武器研究的重要方向，虽然目前主流的液压自紧
、
梯度镀铬等方法略有成效，但由于缺乏对身管内膛冲击塑性损伤机理的研究，以至于身管使用寿命提高效果远不理想
。
身管武器由于其专业性，导致其在进行学科交叉融合时往往更加困难，以至于身管内膛冲击塑性损伤行为的研究仍停留在基于实验数据的经验性总结，这种经验性的总结目前已经成为了制约身管武器使用寿命提高的根本原因
。
[0003]目前弹丸
‑
身管冲击行为建模主要有两种方法：基于
Herzt、Lankarani
‑
Nikravesh
接触理论的宏观尺度面
‑
面冲击行为建模和基于实验数据的介观晶体塑性有限元冲击行为建模
。
前者适用于宏观尺度，后者适用于宏观和介观尺度，两者本质上仍然属于唯像模型，不能准确描述冲击行为的机理性问题
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种微观尺度弹丸
‑
身管冲击行为建模方法，以实现分子动力学和冲击动力学的结合，为身管内膛塑性损伤机理性研究奠定基础，同时可以促进学科融合，为火炮领域注入新的活力
。
[0005]实现本专利技术的技术方案为：微观尺度弹丸
‑
身管冲击行为建模方法，具体的步骤如下：
[0006]步骤1：甄别弹丸
‑
身管材料原子组分和原子质量分数；
[0007]步骤2：确定各组分原子间势能阱深度和零势能原子间距；
[0008]步骤3：确定弹丸
‑
身管材料原子间二体势势能函数；
[0009]步骤4：基于多晶建模软件建立弹丸
‑
身管材料多晶结构；
[0010]步骤5：基于多晶结构模型和二体势势能函数的建立弹丸
‑
身管材料晶体模型；
[0011]步骤6：通过动量镜法求解微观尺度弹丸
‑
身管冲击行为
。
[0012]本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：
[0013](1)
本专利技术所建立的微观尺度弹丸
‑
身管冲击行为建模方法，从微观建模角度关注弹丸
‑
身管冲击行为，为弹丸冲击身管机理性研究奠定了基础
。
[0014](2)
本专利技术所建立的微观尺度弹丸
‑
身管冲击行为建模方法，基于
DFT(
密度泛函理论
)
计算完善了弹丸
‑
身管材料
(PCrNi3MoVA)
中各原子间二体势势能函数，从而确保微观尺度弹丸
‑
身管冲击行为模型的正确性
。
[0015](3)
本专利技术所建立的微观尺度弹丸
‑
身管冲击行为建模方法，将分子动力学和冲击动力学联系起来，为身管内膛塑性损伤的机理研究奠定基础，具备广阔的工程应用前景
。
附图说明
[0016]图1为弹丸
‑
身管材料多晶结构建模策略；
[0017]图2为弹丸
‑
身管材料多晶结构，图
2(a)
为多晶结构中的原子组成，图
2(b)
为多晶结构中的晶粒晶界；
[0018]图3为基于多晶结构和势能函数的弹丸
‑
身管材料晶体模型建模策略；
[0019]图4为弛豫状态下晶体模型，图
4(a)
为初次建模后弛豫状态下晶体模型，图
4(b)
为调整势函数后弛豫状态下晶体模型；
[0020]图5为弹丸
‑
身管材料微观尺度晶体模型拉伸应力
‑
应变规律
。
[0021]图6为求解微观尺度弹丸
‑
身管冲击行为的“动量镜”方法
。
具体实施方式
[0022]下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的介绍
。
[0023]微观尺度弹丸
‑
身管材料各原子势能函数确定，其具体步骤如下：
[0024]步骤
1、
弹丸
‑
身管材料原子组分和原子质量分数甄别；
[0025]弹丸
‑
身管材料原子组分和原子质量分数甄别是指针对指定型号工装，采用电感耦合等离子谱仪
ICP
检测弹丸
‑
身管材料原子组成，采用
X
射线能谱分析
EDS
配合扫描电子显微镜标定弹丸
‑
身管材料原子质量分数
。
其中弹丸和身管材料的原子组成关系到各组分原子相互作用势能阱深度和零势能原子间距
(
即二体势
)
的计算，各原子组分和原子质量分数关系到微观晶体模型的建立
。
具体的弹丸
‑
身管材料各原子组分和原子质量分数如表1所示
。
[0026]表1弹丸
‑
身管材料中各原子组分及质量分数
[0027]元素
FeCrNiMoV
质量分数
/
％
94.52.80.91.40.4
[0028]步骤
2、
确定各组分原子间势能阱深度和零势能原子间距；
[0029]在实际工作中，根据密度泛函理论
(DFT)
对已有元素的势能函数进行拟合可以得到各组分原子间零势能原子间距
σ
及势能阱深度
ξ
，近似拟合公式为：
[0030][0031]式中
σ
A
，
σ
B
分别为两个不同原子
A
和
B
的零势能原子间距，该值可通过查阅文献获得；
ξ
A
，
ξ
B
分别为两个不同原子
A
和
B
的势能阱深度，该值可通过查阅文献获得
。
[0032]各原子间势能阱深度和零势能原子间距如表2所示：
[0033]表2各原子间势能阱深度和零势能原子间距
[0034][0035]步骤
3、
弹丸
‑
身管材料原子间二体势势能函数确定；
[0036]弹丸
‑
身管材料原子间二体势势能函数直接关系到弹丸
‑
身管微观晶体建模的准确性，二体势的关联参数包括原子势能阱深度和零势能两体距离<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种微观尺度弹丸
‑
身管冲击行为建模方法，其特征在于，具体的步骤如下：步骤1：甄别弹丸
‑
身管材料原子组分和原子质量分数；步骤2：确定各组分原子间势能阱深度和零势能原子间距；步骤3：确定弹丸
‑
身管材料原子间二体势势能函数；步骤4：基于多晶建模软件建立弹丸
‑
身管材料多晶结构模型；步骤5：基于多晶结构模型和势能函数的建立弹丸
‑
身管材料晶体模型；步骤6：通过动量镜法求解微观尺度弹丸
‑
身管冲击行为
。2.
据权利要求1所述的微观尺度弹丸
‑
身管冲击行为建模方法，其特征在于，步骤2中确定各组分原子的势能阱深度和零势能原子间距方法为：根据已有元素的势能函数进行拟合，求得零势能原子间距
σ
及势能阱深度
ξ
近似拟合公式为：式中
σ
A
，
σ
B
分别为两个不同原子
A
和
B
的零势能原子间距，该值可通过查阅文献获得；
ξ
A
，
ξ
B
分别为两个不同原子
A
和
B
的势能阱深度
。3.
根据权利要求2所述的微观尺度弹丸
‑
身管冲击行为建模方法，其特征在于，步骤3中两个距离为
l
的中性原子之间的相互作用二体势能
E
函数为：式中，
l
为中性原子间距，
l
c
为原子间截断半径
。4.
根据权利要求1所述的微观尺度弹丸
‑
身管冲击行为建模方法，其特征在于，步骤4的具体步骤如下：步骤
4.1
：设定计算盒尺寸和晶粒数；步骤
4.2
：弹丸
‑
身管材料原子质量分数最高的

【专利技术属性】
技术研发人员：李树立，王丽群，郭成源，杨国来，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：