Verification of a one-dimensional computer model of longitudinal-transverse vibrations of an artillery gun barrel on firing | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2023. № 86. DOI: 10.17223/19988621/86/6

Verification of a one-dimensional computer model of longitudinal-transverse vibrations of an artillery gun barrel on firing

This paper presents the verification results for a one-dimensional computer mathematical model of longitudinal-transverse vibrations of an artillery gun barrel under internal pressure loading and the thermal effect of powder gases based on a comparison with a three-dimensional problem solution. The mathematical model takes into account gravity, non-uniform thermal loading, and pressure distribution along the barrel length on firing. A comparison of one-dimensional and three-dimensional modeling results for vibrations of a cylindrical barrel with variable annular cross-section and a cylindrical barrel of variable annular cross-section with account for manufacturing tolerance of the classical barrel and the barrel with stiffeners is carried out. The comparison shows that the onedimensional model gives a reasonable approximation for barrel oscillations with a deviation from the three-dimensional model case ranging from 2.9% to 12.5%. Therewith, the time required to calculate the vibrations of the barrel in a one-dimensional formulation is significantly reduced (by 4-5 orders of magnitude) as compared to a three-dimensional formulation.

Download file

Counter downloads: 11

Keywords

mathematical model, model dimension, model verification, longitudinal-transverse vibrations, gun barrel

Authors

Name	Organization	E-mail
Klyukin Daniil A.	Kalashnikov Izhevsk State Technical University	anatoliikljukin@mail.ru
Rusyak Ivan G.	Kalashnikov Izhevsk State Technical University	primat@istu.ru
Sufiyanov Vadim G.	Kalashnikov Izhevsk State Technical University	vsufiy@mail.ru

Всего: 3

References

Сальников А.В., Французов М.С., Виноградов К.А., Пятунин К.Р., Никулин А.С. Верифи кация и валидация компьютерных моделей // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2022. № 9 (750). С. 100-115. doi: 10.18698/0536-1044-2022-9-100-115.

American Society of Mechanical Engineers. Standard for Verification and validation in com putational solid mechanics. ASME V&V 10-2019. 2020. 44 p.

Schwer L.E. Verification and validation in computational solid mechanics and the ASME Standards Committee // Fluid Structure Interaction and Moving Boundary Problems. 2005. V. 84. P. 109-117. doi: 10.2495/FSI050111.

American Society of Mechanical Engineers. An illustration of the concepts of verification and validation in computational solid mechanics. ASME V&V 10.1-2012. 2012. 23 p.

ГОСТ Р 57700.37-2021. Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения. М. : Рос. ин-т стандартизации, 2021. 16 с.

Хоменко Ю.П., Ищенко А.Н., Касимов В.З. Математическое моделирование внутрибалли стических процессов в ствольных системах. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 1999. 256 с.

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.

Игнатов А.В., Богомолов С.Н., Федянин Н.Д. Метод расчета свободных поперечных коле баний ствола автоматической пушки при заданном условии закрепления // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 11, ч. 2. С. 70-77.

Zheng J., Teng H., Li F. Modeling and Simulation of Gun Barrel's Lateral Vibration // Interna tional Conference on Computational Intelligence and Software Engineering. Wuhan, China. 2009. P. 1-4. doi: 10.1109/CISE.2009.5363267.

Su Z.T., Xu D., Li X.W., Han Z.F. Finite-element time-history analysis for dynamic response of small-caliber guns with projectile-barrel coupling // Journal of Vibration and Shock. 2012. V. 31 (23). P. 104-108.

Esen I. Dynamic response of a beam due to an accelerating moving mass using moving finite element approximation // Math.Comput. 2011. V. 16 (4). P. 171-182. doi: 10.3390/mca16010171.

Cifuentes A.O. Dynamic response of a beam excited by a moving mass // Finite Element Analysis. V. 5 (3). 1989. P. 237-246. doi: 10.1016/j. dt.2019.07.018.

Chaturvedi E. Numerical investigation of dynamic interaction with projectile and harmonic behaviour for T-finned machine gun barrels // Defence Technology. 2020. V. 16, is. 2. P. 460-469. doi: 10.1016/j. dt.2019.07.018.

He H., Zhang X. A Variable-Rate Firing Optimization of Launcher Based on Particle Swarm Optimization // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 2019. V. 44 (5). P. 647-653. doi: 10.1002/prep.201800364.

Karahan F., Pakdemirli M. Vibration analysis of a beam on a nonlinear elastic foundation // Structural Engineering and Mechanics. 2017. V. 62 (2). P. 171-178. doi: 10.12989/sem.2017. 62.2.171.

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.

Клюкин Д.А. Математическое моделирование теплового нагружения ствола артиллерийского орудия при выстреле // Выставка инноваций - 2022 (весенняя сессия) : сб. материалов XXXIII Республ. выставки-сессии студенческих инновационных проектов, Ижевск, 29 апреля 2022 г. Ижевск : Ижевск. гос. техн. ун-т им. М.Т. Калашникова, 2022. С. 176-182. doi: 10.22213/ie022124.

Работное Ю.Н. Сопротивление материалов. М. : Физматгиз, 1963. 456 с.

Самарский А.А. Введение в теорию разностных схем. М. : Наука, 1971. 553 с.

Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. М. : Едиториал УРСС, 2003. 784 с.

Русяк И.Г., Тененев В.А. Моделирование баллистики артиллерийского выстрела с учетом пространственного распределения параметров и противодавления // Компьютерные исследования и моделирование. 2020. Т. 12, № 5. С. 1123-1147. doi: 10.20537/2076-7633-2020-12-5-1123-1147.

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. № 68. С. 80-94. doi: 10.17223/19988621/68/8.