Computer Modeling and Structuraland Parametric Optimization of the Artillery Gun Barrel with Non-circular Cross Section
DOI:
https://doi.org/10.22213/2410-9304-2025-1-73-81Keywords:
software and computing complex, structural and parametric optimization, strain-stress state, barrel vibrations, computer modelAbstract
The article presents the results of modeling longitudinal and transverse vibrations of the artillery gunbarrel with a non-circular cross section being loaded with internal pressure and thermal effects of powder gases. The barrel shape was taken into account by means of the inertia moments of the barrel cross sections and internal forces. An algorithm for structural and parametric optimization of the barrel geometry has been developed. The external barrel diameters, the cutoutdiameters and the distances from the center of the cross section to the center of the cutout in key cross sections are selected as controlled variables. Theoscillation amplitude obtained on the basis of mathematical modeling of firing in bursts is chosen as the target function of the optimization problem. The limitations of the optimization problem were: the mass and strength of the barrel specified by the wall thickness according to the maximum strain theory. A software package for modeling vibrations and optimizing barrel shape has been developed. Implementing OpenGL technology, a three-dimensional visualization of the shot was implemented. Based on the results of modeling the classical barrel, the vibrationamplitude was determined, which constituted to 915.6 microns. It is shown that the difference in amplitudes with and without thermal conductivity is less than 11%, which is insignificant when estimating vibrations. Changing the barrel shape without optimizing its geometric dimensions makes it possible to reduce the amplitude of vibrations by 9.7%. Optimization of the classical barrel made it possible to reduce the amplitude of vibrations by 72.2% from 915.6 microns to 254.4 microns. Stiffeners of type 1 reduce the amplitude by 73.5% to 242.1 microns, type 2 - by 73.6% to 241.6 microns. The greatest effect is achieved for a barrel with 3 stiffeners of type 2.References
Липанов А. М., Русяк И. Г., Суфиянов В. Г. Исследование влияния колебаний ствола на угол вылета снаряда при выстреле // Вестник Томского государственного университета: Математика и механика. 2020. С. 80-94. DOI: 10.17223/19988621/68/8.
Русяк И. Г., Тененев В. А. Моделирование баллистики артиллерийского выстрела с учетом пространственного распределения параметров и противодавления // Компьютерные исследования и моделирование. 2020. С. 1123-1147. DOI: 10.20537/2076-7633-2020-12-5-1123-1147.
Nelder J.A., Mead R. A simplex method for function minimization // Computer Journal. 1965. vol. 7. p. 308-313. doi: 10.1093/COMJNL/7.4.308.
Cocozza-Thivent C. Numerical Methods. Markov Renewal and Piecewise Deterministic Processes. 2021. 252 p. doi: 10.1007/978-3-030-70447-6.
Kravchuk A., Kravchuk A., Lopatin S.Complete solution of lame problem for a thick-walled composite nonlinearly deformable cylinder. Construction Materialsand Products.Vol. 2. 2019. Pp. 64-72. 10.34031/2618-7183-2019-2-4-64-72.
Клюкин Д. А. Математическое моделирование теплового нагружения ствола артиллерийского орудия при выстреле // Выставка инноваций - 2022 (весенняя сессия): сборник материалов XXXIII Республиканской выставки-сессии студенческих инновационных проектов. Ижевск. 29 апреля 2022 года. Ижевск: Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова. 2022. С. 176-182. DOI: 10.22213/ie022124.
Суфиянов В. Г., Русяк И. Г., Клюкин Д. А. Математическое моделирование колебаний ствола с учетом технологических отклонений при стрельбе очередями // Фундаментальные основы баллистического проектирования / под ред. Б. Э. Кэрта. СПб.: БГТУ "Военмех", 2022. С. 90-97. DOI 10.53403/9785951505071_2022_386.
Верификация и валидация компьютерных моделей / А.В. Сальников, М.С. Французов, К. А. Виноградов, К. Р. Пятунин, А. С. Никулин // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2022. № 9 (750). С. 100-115. DOI: 10.18698/0536-1044-2022-9-100-115.
Суфиянов В. Г. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния ствола при выстреле // Интеллектуальные системы в производстве. 2016. № 3 (30). С. 13-17.
Karahan F., Pakdemirli M. Vibration analysis of a beam on a nonlinear elastic foundation. Structural Engineering and Mechanics. Vol. 62. No. 2. 2017. Pp. 171-178. DOI: 10.12989/sem.2017.62.2.171.
Игнатов А. В., Богомолов С. Н., Федянин Н. Д. Метод расчета свободных поперечных колебаний ствола автоматической пушки при заданном условии закрепления // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 11. Ч. 2. С. 70-77.
Alan Suyadnya K., Tarwidi D., Budi Setiawan E., FebrianUmbara R. Numerical Modeling of Heat Transfer in Gun Barrel with Experimental Validation.International Journal of Engineering & Technology. Vol. 8. pp. 62-66. 2019. doi: 10.14419/ijet.v8i1.9.26369.
Русяк И. Г., Тененев В. А., Дряхлов Р. Р. Влияние размерности математической модели внутренней баллистики на расчетные параметры выстрела // Интеллектуальные системы в производстве. 2020. Т. 18, № 2. С. 106-116. DOI: 10.22213/2410-9304-2020-2-106-116.
Русяк И. Г., Суфиянов В. Г., Клюкин Д. А. Исследование влияния формы ствола автоматической пушки на его колебательные и температурные характеристики // Интеллектуальные системы в производстве. 2023. Т. 21, № 4. С. 81-87. DOI: 10.22213/2410-9304-2023-4-81-87.
Русяк И. Г., Суфиянов В. Г., Клюкин Д. А. Одномерная математическая модель колебаний ствола с поперечным сечением произвольной формы // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2022. № 80. С. 133-146. DOI: 10.17223/19988621/80/12.
Chaturvedi E. Numerical investigation of dynamic interaction with projectile and harmonic behaviour for T-finned machine gun barrels. Vol. 16. pp. 460-469. 2019. doi: 10.1016/j.dt.2019.07.018.
Zieliński M., Koniorczyk P., Surma Z. Influence of the Shrinkage of the Inner Layer of Steel Tubes on Permissible Thermal Load. Energies. Vol. 17.702. 18 p. 2024. doi: 10.3390/en17030702.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2025 Даниил Анатольевич Клюкин

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.