Page 39 - 《摩擦学学报》2021年第4期

482 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

0.012
400 Regardless of
Regardless of temperature temperature
0.010
Considering temperature 0.008 Considering
Wear volume/mm 3 200 Wear depth/mm 0.006
temperature
300
0.004
100
0.002
0 0.000
0.000 0 0.000 5 0.001 0 0.001 5 0.002 0 0.000 0 0.000 5 0.001 0 0.001 5 0.002 0
Time/s Time/s
(a) Wear volume vs time (b) Wear depth vs time

Fig. 21 Wear volume and wear depth with time
图 21 磨损体积和磨损深度随时间变化曲线
变化. 电枢运动过程中，电枢接触表面热量逐渐累积， 4 结论
表面材料硬度随温度升高逐渐降低，电枢尾部材料软
电磁轨道炮发射过程中，固体电枢沿轨道高速滑
化甚至表面形成金属液化层，在电枢高速运动情况
动，由于焦耳热和摩擦热的作用，电枢和轨道接触面
下，尾部材料向四周喷溅并沉积在轨道内表面. 在整
温度急剧升高，对电枢与轨道间的接触性能会产生严
个磨损体积变化过程中，发射初期枢轨间温度较低，
重的影响. 本文作者采用ANSYS Workbench仿真模拟
材料硬度未发生改变，电枢磨损体积变化趋势平缓；
了电枢和轨道横截面温度纵向扩散分布情况，并对枢
随着电枢的运动，接触表面温度逐渐升高，枢轨材料
轨模型接触表面进行分层处理，分析了温度作用下材
硬度降低，枢轨间磨损量增加. 对比两条曲线变化趋
料性质对枢轨磨损的影响. 综合本文研究内容，可将
势发现，电枢硬度的变化对枢轨磨损量影响较大，因
研究结果归纳如下：
此优化枢轨构型，降低枢轨接触界面间温度，才能保
a. 电磁轨道炮发射过程中，轨道接触内表面温度
证电枢和轨道有良好的接触状态，提高电磁轨道炮的
纵向上扩散了2 mm，电枢接触表面纵向上扩散了1 mm，
发射效率.
为进一步对电枢和轨道接触表面分层处理并研究温
电枢接触表面磨损深度随时间变化曲线如图21(b)
度作用下枢轨磨损状态提供有效依据.
所示，可见在0~0.2 ms时刻，电枢表面磨损深度上升速
b. 在磨损分析中，电枢接触表面变形量呈不均匀
度缓慢，0.2~0.7 ms时刻内，磨损深度急剧上升，达到
分布，变形量最小区域主要在电枢前部，变形量最大
最大值0.011 1 mm；0.7 ms至发射出膛，磨损深度逐渐
区域集中在电枢尾部边缘区域. 主要原因是发射过程
降低. 分析发现，考虑温度影响下磨损深度和枢轨间
中电枢尾部洛伦兹力局部集中，枢轨之间接触面积增
接触压力变化曲线具有高度相似性. 主要原因是在发
大，电枢表面最大变形区域由尾翼边沿向接触区域中
射前期随着加载的脉冲电流急剧升高，枢轨接触面间
心扩展.
温度迅速上升，电枢表面材料硬度随温度升高逐渐降
c. 枢轨间磨损质量的损失主要发生在硬度较软
低，导致磨损深度迅速增大；随着发射后期脉冲电流
的材料表面，即磨损量主要体现在电枢表面，轨道接
开始下降，枢轨间接触压力逐渐减小，电枢表面材料
触内表面的磨损比较轻微. 在温度作用下，材料杨氏
磨损深度呈下降趋势. 温度作用下电枢表面磨损总体
模量随枢轨接触界面间温度升高逐渐降低，枢轨间接
深度为0.227 8 mm，相比忽略温度对材料性质的影
触压强逐渐变大，电枢表面磨损深度逐渐加深；材料
响，电枢表面磨损总深度增大了0.116 9 mm，磨损深
硬度的变化对枢轨磨损量影响较大，相比忽略温度对
度总量增加了近一倍. 考虑温度的影响，电枢表面材
材料性质的影响磨损总量增加了近一倍. 通过对枢轨
料硬度随着温度扩散发生改变，表面材料软化，在电
模型接触区域分层处理，更加准确地反映了温度影响
枢高速运动和接触压力作用下，枢轨接触区域材料质
下枢轨磨损变化，对枢轨损伤研究有重要意义.
量损失严重，枢轨接触间产生空隙导致强电弧放电，
参 考 文 献
接触状态进一步恶化，电枢表面磨损量增大，影响电
磁轨道炮发射精度和效率. [ 1 ] Wu Jinguo, Lin Qinghua, Wan Gang, et al. 3D numerical research of