Page 37 - 《摩擦学学报》2021年第4期

480 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

深度为1 mm，轨道截面温度纵向扩散深度为2 mm，分 是发射过程中电枢尾部洛伦兹力局部集中，枢轨间接
别对电枢和轨道接触面分层处理，枢轨接触界面分析 触面积增大，电枢表面最大变形区域由尾翼边沿向内
模型如图15所示. 在分析模型中，针对电枢和轨道接 部扩展. 图17为电枢出膛后Mises应力分布云图. 电枢
触表面分割两层，依据温度纵向扩散变化规律，分别 整体应力较小，表面前部出现明显应力集中，最大值
设置不同杨氏模量和材料硬度，分析枢轨间磨损量的 为131.31 MPa. 由图17分析可知，电枢在发射结束后

变化规律. 最大应力只发生在表面上的小部分区域，且远低于材
料的屈服强度，未对电枢造成严重破坏.

1 mm

B: Transient structural
Directional deformation
Type: Directional deformation (Y Axis)
Unit: mm
Coordinate system
Time: 1.001 9
2 mm
0.220 78 Max
0.196 2
0.171 53
Fig. 15 The layered processing model of armature- 0.146 86
0.122 19
rail contact interface 0.019 521
0.072 851
图 15 枢轨接触界面分层处理模型 0.048 18
0.023 51
−0.001 161 Min
0 15 30 mm
本文作者依据文献[18]中金属材料相关理论得到
铝和铜合金杨氏模量在不同温度下的数据列于表1中. Fig. 16 Deformation of the armature surface after launching
材料硬度参数参考文献[19]中6 021铝合金材料硬度在 图 16 电枢出膛后表面变形量

退火处理工艺下变化曲线，相关数据列于表2中.
B: Transient structural
Equivalent stress 3
Type: Equivalent (von-mises) stress

表 1 铝合金和铜合金材料杨氏模量随温度变化参数 Unit: MPa
Time: 1.001 9
Table 1 Young’s modulus of aluminum and copper
alloy with temperature
131.31 Max
Linear expansion Young’s modulus/GPa 116.74
Parameter 102.18
coefficient/℃ −1 25 ℃ 150 ℃ 300 ℃ 600 ℃ 87.611
73.046
−5 5.8481
Aluminum alloy 2.3×10 71 65.4 58.6 -
43.916
−5 29.351
Copper alloy 1.8×10 110 103.7 95.4 79 14.785
−0.220 32 Min
0 15 30 mm
表 2 铝合金材料硬度随温度变化参数
Fig. 17 The Mises stress distribution of the armature
Table 2 The hardness of aluminum alloy
图 17 电枢Mises应力分布云图
with temperature

Temperature/℃ 25 150 200 250 300 350
考虑温度作用下材料杨氏模量的变化对枢轨
Hardness 92 80 75 70 50 40
间磨损体积的变化规律如图18(a)所示，可见考虑温
3.2 温度作用下杨氏模量的变化对磨损的影响 度对材料杨氏模量的影响下，枢轨间磨损体积为
3
电枢出膛后接触表面变形量分布情况如图16所 204.684 1 mm ，而忽略温度对材料性质的影响磨损体
3
示. 观察图像发现，电枢表面变形量从头部至尾端逐 积为195.451 4 mm ，磨损体积仅仅提高了4.7%，说明
渐增大，最大值为0.220 9 mm. 电枢接触表面变形量呈 温度造成材料杨氏模量的改变对枢轨间磨损体积的
不均匀分布，变形量最小区域主要在电枢前部，变形 差异影响较小. 在整个磨损体积变化过程中，前期两
量最大区域集中在电枢尾部边缘区域. 从电枢表面变 者的磨损量几乎相同，1.4 ms后开始出现明显差异，说
形量分布特点发现，变形量在电枢表面前部呈线性增 明在发射后期随着磨损量的增加，枢轨间接触逐渐由
大变化趋势；电枢表面中后部磨损变化趋势比较稳 稳定向失稳状态过渡. 电枢接触表面磨损深度随时间
定，最大变形量发生在尾部边缘地带. 电枢接触表面 变化曲线如图18(b)所示，可见在0~0.2 ms时刻，电枢
最大磨损区域发生在电枢尾翼中后部区域，主要原因 表面磨损深度增大速度缓慢，0.2~0.7 ms时刻内，磨损