2.1.3. Прочность стволов

Нагрузки, действующие на ствол. Разнооб­разные нагрузки, действующие на ствол, так или иначе связаны с процессом выстрела. Рассмотрим те нагрузки, которые необхо­димо учитывать при анализе прочности стволов.

Давление пороховых газов на стенки ствола. Характерная кри­вая баллистического давления пороховых газов в канале ствола в за­висимости от пути снаряда р представлена на рис. 2.8.

Баллистическое давление в канале ствола определяется как дав­ление, осредненное по длине заснарядного пространства от дна снаряда до дна каморы. На участке от точки максимального балли­стического давления до дульного среза давление на стенки ствола принимается равным давлению на дно снаряда и определяется по формуле:

(2.4)

где р - наибольшее в каждом сечении ствола баллистическое дав­ление с учетом его колебаний при различной начальной температуре заряда от -50° до +50 °С;

- полный коэффициент учета второстепенных работ - коэф­фициент фиктивности массы;

₁ - коэффициент, учитывающий второстепенные работы поро­ховых газов на преодоление сил сопротивления движению снаряда.

Рис 2.8 Давления пороховых газов по длине канала ствола

Давление на стенки ствола от точки p_{cн m} до дна каморы прини­мается изменяющимся по линейному закону от p_{cн m} до

(2.5)

Давление пороховых газов на стенки ствола направлено по нормали к поверхности ствола, уравновешивается внутренними напряжениями в стенке ствола и на движение ствола в откат не влияет. Это основная нагрузка, по которой производится расчет поперечной прочности ствола. От давления пороховых газов в ка­нале ствола возникают сила давления на дно каморы р_кн и сила дав­ления пороховых газов на конические скаты каморы р_ск (рис. 2.9). Это основные силы, под действием которых совершается откат ствола. Характер их изменения аналогичен изменению давления пороховых газов. На максимальное значение силы p_кн производится расчет деталей затвора и казенника.

Силы взаимодействия снаряда со стволом обусловлены воз­действием ведущих элементов снаряда (ведущего пояска, центри­рующего утолщения, поддона и др.) на ствол, движением неурав­новешенного снаряда по каналу, имеющему кривизну от силы соб­ственного веса.

Радиальное давление ведущего пояска является радиальной со­ставляющей реакции ведущего пояска и возникает вследствие об­жатия пояска в конусе каморы из-за разницы диаметров ведущего пояска и канала и одновременного врезания ведущего пояска в на­резы. В этот момент радиальное давление наибольшее и во многих случаях превосходит наибольшее давление пороховых газов в ство­ле. После полного врезания пояска в нарезы оно уменьшается, чему способствует и упругое расширение канала под действием давле­ния пороховых газов, близкого к наибольшему Далее по мере дви­жения снаряда по каналу величина реакции обусловлена расшире­нием корпуса снаряда за счет сил инерции, уменьшением расшире­ния канала от действия пониженного давления пороховых газов, а также изменением податливости стенок ствола.

Сила давления ведущего пояска на боевую грань нареза N, воз­никновение которой обусловлено инерционным сопротивлением снаряда вращению по нарезам, направлена по нормали к поверхно­сти контакта боевой грани нареза и боевой грани ведущего пояска. Сумма сил N, приложенных к боевой грани выступа ведущего поя­ска, сообщает снаряду вращательное движение.

Для нарезки переменной крутизны:

N = , (2.6)

где: n - число нарезов;

S - площадь поперечного сечения канала ствола;

q - масса снаряда;

v - скорость снаряда;

х - координата пути снаряда;

= 0,56...0,68 - инерционный коэффициент; = const при по­стоянной крутизне.

Применение сложных в изготовлении нарезов прогрессивной крутизны позволяет уменьшить силу N_mах на З0-40 % и сместить точку ее приложения относительно точки ртах, что благоприятно сказывается на условия ведения снаряда, на прочность и живучесть ствола. Сила давления ведущего пояска на боевые грани нарезов вызывает момент, заставляющий снаряд вращаться.

Схема возникновения реакции центрирующего утолщения сна­ряда представлена на рис. 2.9, где b - расстояние между средними плоскостями центрирующего утолщения и ведущего пояска; -односторонний зазор; l - расстояние от ведущего пояска до центра масс снаряда; - угол между геометрическими осями снаряда и ка­нала; e_c - эксцентриситет снаряда; l_д - плечо пары центробежных сил Fj от динамической неуравновешенности снаряда; е_д - расстоя­ние динамически неуравновешенных масс m₁ до геометрической оси снаряда.

Реакция центрирующего утолщения снаряда на стенки ствола из-за непостоянства ее составляющих является величиной случай­ной, меняющейся от выстрела к выстрелу, и влияет на рассеивание снаряда. Это следует иметь в виду при проектировании ствола и снаряда, в частности, при назначении допусков на их размеры.

Рис 2.9. Схема возникновения реакции центрирующего утолщения снаряда.

Силы, приложенные к стволу со стороны люльки, противоот­катных и надульных устройств, зависят от способов их соедине­ния со стволом. Силы инерции обусловлены движением ствола в со­ставе откатных частей при откате и накате. Величина силы инер­ции зависит от места расположения сечения. Максимальное ее значение будет у казенного среза при максимальном давлении в ка­нале ствола. Силы инерции ствола учитываются при расчете элемен­тов ствола (бурт трубы, казенник, дульный тормоз) на прочность.

Напряжения и деформации в стенках ствола. Напряженно-деформированное состояние стенок артиллерийского ствола может быть в первом приближении определено с помощью известных зависимостей для толстостенных сосудов (задача Ляме-Гадолина), нагруженных по наружной и внутренней поверхностям давлениями и вдоль оси продольной силой.

Представим поперечное сечение ствола как сечение толсто­стенной цилиндрической трубы, нагруженной по внутренней и на­ружной поверхностям равномерно распределенными давлениями и осевой силой вдоль продольной оси (рис. 2.10). Примем дополни­тельно следующие допущения:

1) труба - бесконечно длинный полый цилиндр;

2) труба сохраняет цилиндрическую форму при нагружении, и все поперечные ее сечения остаются плоскими;

3) труба изготовлена из упругого, однородного и изотропного материала;

4) труба под действием статически приложенных сил находится в равновесии.

Действительное состояние ствола при выстреле не вполне соот­ветствует принятым условиям, но получаемые при этом теоретиче­ские зависимости с достаточным для практики приближением мо­гут быть для анализа прочности стволов артиллерийских орудий.

Напряженно-деформированное состояние (НДС) трубы будем рассматривать в системе цилиндрических координат r, , z (рис. 2.10). Таким образом, в каждой точке трубы будем иметь три напряже­ния, - радиальное, действующее в направлении радиуса, равное по величине и обратное по знаку давлению; — тангенциальное (окружное), действующее по касательной к окружности, проведен­ной через рассматриваемую точку в поперечном сечении; - осевое напряжение, действующее в направлении продольной оси трубы. Данным напряжениям соответствуют относительные деформации , и . Общее решение данной задачи получено в замкнутом виде и носит название формул Ляме-Гадолина:

Рис 2.10 К задаче Ляме-Гадолина.

, (2.7)

, (2.8)

, (2.9)

E , (2.10)

E , (2.11)

E . (2.12)

Осевые напряжения в рассмотренном случае целиком зависят от величины суммарной продольной силы N и определяются соот­ношением = N/ (r_н²-r_н²) Осевые напряжения в стенках ствола артиллерийского орудия возникают от действия давления порохо­вых газов на дно каморы и дно снаряда, от силы инерции ствола, от тянущей силы дульного тормоза. Действие этих сил не совпадает во времени. Из представленных формул видно, что нормальные напряжения не зависят от значений осевых напряжений, а относи­тельные радиальные и тангенциальные деформации под их влияни­ем уменьшаются. Поэтому пренебрежение осевыми напряжениями при расчете поперечной прочности ствола приводит к увеличению запаса прочности.

На рис. 2.11 представлены эпюры распределения напряжений и деформаций в поперечном сечении трубы. Эпюры построены по формулам Ляме-Гадолина для двух крайних случаев и в предполо­жении отсутствия осевой силы; относительные деформации для удобства изображения на эпюре домножены на модуль упругости Е. Это произведение принято в теории артиллерийских стволов ус­ловно называть приведенным напряжением.

Обратим внимание на некоторые особенности напряженно-деформированного состояния в двух рассмотренных случаях.

Во-первых, наибольшие по абсолютной величине значения всех напряжений и деформаций, за исключением , при Р_н = 0, соответ­ствуют внутренней поверхности ствола. Во-вторых, тангенциаль­ные напряжения и деформации в обоих рассмотренных случаях по абсолютной величине больше радиальных. В-третьих, тангенци­альные и радиальные напряжения и деформации при наружном и внутреннем нагружениях противоположны друг другу по знаку, что позволяет использовать наружное нагружение для компенса­ции напряжений и деформаций от внутреннего нагружения, что в свою очередь дает основание скреплению как способу упрочне­ния стволов.

Рис 2.11 Напряжения и деформации (эпюры) в стенке трубы при действии внутреннего (а) и наружного (о) давлений

Прочность ствола-моноблока. В качестве расчетной схемы для каждого поперечного сечения моноблока в первом при­ближении может быть принято поперечное сечение рассмотренной в задаче Ляме-Гадолина цилиндрической трубы, нагруженной толь­ко внутренним давлением р_кн (рис 2.11) Таким образом, ствол-моноблок рассматривается при допущениях задачи Ляме-Гадолина, что, несмотря на известную погрешность такой расчетной схемы, дает в совокупности с известными требуемыми запасами прочно­сти надежный расчетный аппарат для назначения прочных толщин стенок стволов-моноблоков.

Поскольку при выстреле ствол-моноблок нагружен только внутренним давлением, а тангенциальные напряжения являются

наибольшими, то при р_в = р_кн, r_н = r₂ и r_в = r₁= + t выражение (2.11)

можно представить в виде :

E . (2.13)

Отсюда можно найти то давление в канале ствола, при котором наибольшее приведенное тангенциальное напряжение на внутрен­ней поверхности ствола достигает величины предела упругости ме­талла ( = E ):

p . (2.14)

Оно называется пределом упругого сопротивления ствола-моноблока (по теории наибольших деформаций). Аналогичные за­висимости могут быть получены и по другим теориям прочности

Это фундаментальное понятие теории артиллерийских стволов близко по сути к понятию несущей способности сечения ствола по отношению к внутреннему давлению, и поэтому фактический запас прочности 77фак1 в сечении определяется как отношение предела уп­ругого сопротивления к действующему в данном сечении давле­нию пороховых газов, а условие прочности в сечении ствола запи­сывается в виде.

n_факт=p₁/p_кн>n_треб . (2.15)

Увеличение предела упругого сопротивления означает повы­шение прочностного ресурса ствола, допускает повышение давле­ния пороховых газов в канале ствола, то есть увеличение мощности орудий. Из полученного выражения видно, что повышение предела упругого сопротивления может быть достигнуто, во-первых, за счет увеличения предела упругости материала (повышения категории прочности стали) и, во-вторых, за счет увеличения толщины стенок ствола. Первый путь ограничивается возможностями метал­лургии, технологическими трудностями получения толстостенных заготовок из высоколегированной стали, их термообработки до вы­сокой категории прочности.

Второй путь - повышение прочности стволов-моноблоков за счет увеличения толщины стенки - иллюстрирует рис. 2.12, на котором изображены график р₁/ и кривая роста массы ствола Q (единичной длины) с увеличением толстостенности r₂ / r₁ График показывает, что даже при бесконечном увеличении толщины стен­ки предел упругого сопротивления ограничен определенной вели­чиной; для второй теории прочности р1 < 0,75 .

Из рис 2.12 и эпюры напряжений и деформаций в стенке моно­блока можно сделать следующие выводы.

1. При давлении пороховых газов, больших некоторой опреде­ленной для каждой теории прочности величины (р₁ < 0,75 по вто­рой теории), при любой толщине стенки на внутренней поверхно­сти моноблока появляются остаточные деформации; получить прочную конструкцию ствола-моноблока в этом случае невозможно.

2. При увеличении толщины стенок ствола свыше 0,8... 1,0 ка­либра (r₂/r₁ > 2,5...3,0) увеличение прочности моноблока идет мед­ленно, а масса ствола растет быстро, что ведет к нерациональной конструкции. Область рациональных отношений r₂/r₁ лежит в пределах 1,8...2,8.

3. Применение стволов-моноблоков ограничивается давлением в канале ствола, меньшем, чем 0,6 (по второй теории прочности) с учетом соображений п. 2 и требуемого запаса прочности. При

1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

Рис 2.12 Зависимость упругого сопротивления (вторая теория прочности) и массы моноблока от толщины стенки

р_кн > 0,6 следует переходить к конструкциям стволов, в которых приняты специальные конструкторские и технологические меры по повышению прочности (скрепленные и автоскрепленные стволы).

Прочность скрепленного ствола. Недостатком ствола-моноблока является неодинаковое участие его слоев в со­противлении действию пороховых газов: при предельной нагрузке внутренних слоев наружные слои в значительной мере недогруже­ны. Повысить прочность ствола можно, применяя скрепление тех его участков, на которых прочность моноблока недостаточна. Здесь рассмотрим стволы, скрепленные цилиндрами и кольцами (корот­кими цилиндрами), что принципиальных отличий не имеет.

Сущность скрепления состоит в том, что в стенке ствола при его изготовлении создаются напряжения, которые на внутренней наиболее напряженной поверхности ствола противоположны по знаку напряжениям, возникающим при выстреле. Во время выстре­ла эти специально созданные напряжения частично компенсируют напряжения от выстрела во внутренних слоях ствола, что и приво­дит к повышению прочности.

Для создания предварительных напряжений ствол изготавлива­ется из двух или более слоев так, чтобы наружный радиус (i-l)-гo слоя был больше внутреннего диаметра наружного i-го слоя (рис. 2.13)

Введем обозначения: q_i =2r_iн-2r_i, - абсолютный диаметральный натяг (натяжение); у_i =q_i /2r_i - относительный натяг (натяжение). Например, для двухслойного (i = 2) ствола q₂ = 2r_2н- 2_r2 и у₂ = q₂ /2r₂. Чтобы надеть слои друг на друга, необходимо либо нагреть на­ружный слой (кожух), либо охладить внутренний слой (трубу), ли­бо одновременно нагреть наружный слой и охладить внутренний

Обычно из-за простоты идут пер­вым путем: нагревают только на­ружный слой. В дальнейшем при остывании слои плотно при­легают друг к другу по контакт­ной поверхности радиуса г,.

Температура нагрева кожуха не должна превышать 400 °С, что­бы не получать структурных пре­вращений в стали, а следователь­но, изменение ее механических свойств. Этим ограничивается и наибольший допустимый отно­сительный натяг у, = 0,0025.

Рис 2.13 Схема скрепления и размеры слоев скрепленного ствола

Рис 2.14 Эпюры давлений и приведенных напряжений в скрепленном стволе.

После остывания между слоями устанавливается давление, называемое давление, произведенное скреплением и обозначаемое р' Давление р' есть на скрепленных участках ствола до выстрела, при выстреле и остается после выстрела. Оно зависит от величины на­тяжения и размеров слоев.

При выстреле между слоями ствола появляется давление от вы­стрела, которое принято называть дополнительным давлением и обозначать . Оно зависит от давления в канале ствола и от разме­ров слоев.

На рис. 2.14 представлены эпюры давлений и напряжений в стен­ке двухслойного скрепленного ствола: а - эпюра произведенных скреплением давлений и приведенных напряжений; б - эпюра до­полнительных (от выстрела) давлений и приведенных напряжений; в - эпюра суммарных давлений и приведенных напряжений в стен­ке ствола при выстреле. Последняя эпюра получена алгебраиче­ским суммированием давлений и напряжений от скрепления и от выстрела, то есть, использован принцип независимости действия сил. Как видно из суммарной эпюры, приведенные напряжения от выстрела на внутренней поверхности частично компенсированы, в чем и состоит эффект скрепления; напряжения распределены по толщине скрепленного ствола более равномерно, чем это было бы у моноблока тех же габаритов. При увеличении числа скрепляю­щих слоев эта равномерность увеличивается. В настоящее время применяются, в основном, двухслойные скрепленные стволы, так как, с одной стороны, возросли показатели прочности орудийных сталей, а, с другой стороны, применение большого числа скреп­ляющих слоев неоправданно по производственно-экономическим соображениям.

Прочность автоскрепленного ствола Идея авто­скрепления сходна с идеей упрочнения скрепленных стволов и со­стоит, в основном, в создании в стенке ствола до выстрела благоприятно ориентированных остаточных напряжений. Однако полу­чаются эти остаточные напряжения не за счет натяжения слоев, а за счет упругопластического деформирования металла ствола в про­цессе автоскрепления, то есть в процессе нагружения ствола (тру­бы, лейнера, оболочки) или заготовки ствола однократно внутрен­ним давлением, превосходящим их упругое сопротивление. При нагружении давлением автоскрепления Ра>Р₁ в металле стенки ствола имеют место два явления: так называемое непрерывное скрепление и наклеп.

При нагружении давлением автоскрепления в стенке трубы об­разуется примыкающая к внутренней поверхности зона радиуса р (рис. 2.15), в которой напряжения превысили предел упругости ме­талла и которая после разгрузки имеет остаточные деформации. Эта зона препятствует возврату упруго деформированных наруж­ных слоев трубы (зоны упругих деформаций) в исходное положе­ние после снятия нагрузки. В результате взаимодействия зон оста­точных и упругих деформаций внутренние слои трубы оказывают­ся сжатыми, а наружные растянутыми. В стенке ствола создается так называемое непрерывное скрепление.

В зависимости от соотношения между Р_а и Р₁ различают два случая:

1) полуупругий период - когда зона пластических деформаций составляет часть толщины трубы р < r₂ (рис. 2.15, а);

2) период полной перегрузки - вся толщина трубы составляет зону пластических деформаций р = r₂ (рис. 2.15, б).

Механизм образования непрерывного скрепления при полной перегрузке определяется тем, что наибольшие остаточные дефор­мации возникают на внутренней поверхности и уменьшаются по мере удаления к наружной поверхности. Взаимодействие элемен­тарных слоев трубы с разными по величине остаточными деформа­циями и приводит к сжатию внутренней поверхности.

Рис 2.15 Зоны автоскрепления и схема образования наклепа

Явление наклепа металла, имеющее место при автоскреплении, можно определить как повышение предела упругости металла при повторных нагружениях, если при первом нагружении напряжения превысили предел упругости (рис. 2.15, в, где - новое значение предела упругости).

В применении автоскрепления прослеживаются два направле­ния. Первое игнорирует эффект непрерывного скрепления и ис­пользует большие наклепы; процесс автоскрепления проводится в период полной перегрузки с достижением относительных оста­точных деформаций на внутренней поверхности порядка 0,06...0,1. Второе направление базируется на теории непрерывного скрепле­ния (без больших наклепов). Величины остаточных деформаций на внутренней поверхности лежат в пределах 0,02...0,04, что соответ­ствует полуупругому периоду для r₂/r₁ = 2,5...3 (несколько увели­ченное по сравнению с моноблоками соотношение радиусов объ­ясняется тем, что автоскреплению, как правило, подвергается заго­товка с припусками под мехобработку). Полная перегрузка может быть оправдана при автоскреплении отдельных элементов стволов (лейнеров, свободных труб, оболочек), имеющих малую относи­тельную толщину стенок.

Процесс автоскрепления может быть осуществлен тремя спосо­бами: внутренним гидравлическим давлением; усиленным выстре­лом; дорнированием, то есть протягиванием специального инстру­мента дорна через канал ствола. Однако практика показала, что ха­рактеристики автоскрепления могут быть гарантированы только при первом способе, когда организован тщательный контроль процесса.

В соответствии с использованием автоскрепления различают два способа его производства: закрытый и открытый. При закры­том способе заготовка помещается в составные матрицы и нагру­жается внутренним давлением. Матрицы изготавливаются так, чтобы зазоры между их внутренними поверхностями и наружной поверхностью заготовки обеспечивали в процессе нагружения нужную величину автоскрепления. При открытом способе скреп­ления заготовка представляет собой цилиндрическую трубу с ра­диусами R₁ и R₂ соответственно с учетом припусков. При открытом способе относительно просто организовывается скрепление сту­пенчатой заготовки, имеющей разное давление автоскрепления на разных участках.

Рассмотрим напряжения в стенке толстостенной трубы-заготовки с радиусами R₁ и R₂, подвергнутой давлению автоскрепления Ра, в результате чего зона остаточных деформаций доведена до радиуса р.

Рис. 2.16. Эпюры напряжений и давлений в стенке автоскрепленного ствола.

Эпюры распределения давления по толщине трубы в процессе автоскрепления представлены на рис. 2.16, а. На внут­ренней поверхности трубы давление равно Ра, на окружности ра­диуса р - пределу упругого сопротивления упругой зоны Р_р, а на наружной поверхности — нулю.

После снятия давления автоскрепления вследствие остаточных деформаций зоны r₁ - p возникнут произведенные автоскреплением давления и соответствующие им напряжения. Закон их распределе­ния по толщине трубы подчиняется зависимостям задачи Ляме-Гадолина при условии отсутствия вторичных остаточных деформа­ций. При выполнении этого условия характер распределения про­изведенных давлений и приведенных напряжений (или касательных напряжений) представлен на рис. 2.16. б.

После проведения механической обработки и снятия припусков происходит перераспределение произведенных давлений и напря­жений в сторону их уменьшения, однако общий характер их сохра­няется.

При выстреле в стенках ствола возникают дополнительные дав­ления и напряжения .Суммарные давления и напряжения оп­ределяются алгебраической суммой произведенных дополнитель­ных давлений и напряжений (рис. 2.16, б).

Прочность лейнированного ствола. Лейнированные стволы, как и стволы, скрепленные цилиндрами, являются со­ставными по толщине. Лейнирование является радикальным сред­ством повышения фактической живучести ствола, так как в лейнированном стволе внутренний слой может быть сравнительно просто заменен при его износе. Это обеспечивается предусмотренным между слоями конструктивным зазором, который, как прави­ло, выбирается при выстреле и восстанавливается после окончания стрельбы. Наличие зазора дает и другие возможности. Такая конст­рукция позволяет осуществить дуплексирование, то есть унифика­цию лафета и некоторых узлов ствольно-затворной группы, для орудий разных калибров. При составной по толщине конструкции ствола можно обеспечить рациональный выбор материалов для слоев, применять сталь с различной категорией прочности в соот­ветствии с напряженным состоянием слоев, а также специальные жаропрочные износостойкие материалы для внутреннего слоя. Данная конструктивная схема для крупных калибров заменяет мо­ноблок с толщиной стенки больше допустимой по условию прокаливаемости. Для стволов с непрерывным охлаждением наиболее просто организуется охлаждающий тракт.

Выделяют три конструктивные разновидности лейнированных стволов: со свободным лейнером, со свободной трубой и с лейнирующей жаропрочной втулкой. Свободный лейнер, представляющий собой длинную трубу с толщиной порядка (0,1...0,2)d, чрезвычайно сложен в изготовлении — необходимы высокие чистота и точность обработки поверхностей и отсутствие коробления. Возможность замены внутренней трубы через затворное гнездо без съема казен­ника, а также возможность организовать тракт межслойного охла­ждения по всей длине ствола определяют применимость стволов со свободным лейнером для высокотемпных артиллерийских автома­тов малого и среднего калибров.

Свободная труба, имеющая толщину порядка (0,3...0,5)d, более технологична, так как тщательно обрабатывается лишь на участке, покрываемом оболочкой, она обеспечивает возможность рацио­нального выбора материалов для слоев. Однако замена свободной трубы возможна лишь в заводских условиях. Таким образом, при­менение свободной трубы имеет смысл для орудий крупного ка­либра, в которых невозможно применение моноблоков с высокой категорией прочности стали из-за большой толщины стенки.

Применение сменных лейнирующих втулок целесообразно для стволов высокотемпных автоматических орудий, имеющих интен­сивный износ в начале калиберной части канала.

Для лейнированных стволов различают два гарантированных диаметральных зазора: наименьший 2е_min и наибольший 2е_max. Наи­меньший зазор определяется возможностью замены внутренней трубы и принимается в пределах 0,02...0,05 мм. Для облегчения смены наружную поверхность лейнера (или контактную поверх­ность свободной трубы) делают коническими с конусностью 0,0025 ..0,0004. Наибольший зазор обусловлен необходимой прочно­стью внутреннего слоя и принимается в пределах 0,1...0,3 мм, для крупных калибров до 0,4 мм. Меньшие из указанных зазоров отно­сятся к лейнированным стволам и стволам с лейнирующими втул­ками, большие - к стволам со свободными трубами.

Сопротивление стенок лейнированного ствола давлению поро­ховых газов при выстреле можно условно разделить на два этапа: до выбора зазора между лейнером и оболочкой и после выбора за­зора. В дальнейшем лейнером будем называть внутренний слой, а оболочкой - наружный.

До выбора зазора лейнер один оказывает сопротивление давле­нию пороховых газов, напряжения в оболочке от давления порохо­вых газов отсутствуют. Давление в канале ствола р1°, при котором происходит выбор зазора и прилегание наружной поверхности лейнера к внутренней поверхности оболочки, называется давлени­ем прилегания:

р1°=Eе(р2-r2)/2рr2. (2.16)

Если р1° меньше давления в канале ствола при выстреле, то оболочка участвует в сопротивлении действию давления порохо­вых газов.

После выбора зазора прочность ствола будет обеспечиваться совместной работой лейнера и оболочки. Таким образом, давление пороховых газов можно представить как сумму давления прилега­ния p1° и некоторого дополнительного давления р_кн”, осуществ­ляющего совместную деформацию лейнера и оболочки:

P_кн=P₁⁰+ р_кн”, . (2.17)

Расчеты показывают, что в стволах с зазором между слоями наиболее нагруженным является первый (внутренний) слой. Это позволяет для второго (наружного) слоя применять материал с по­ниженными прочностными характеристиками.

Во время выстрела лейнер или лейнирующая втулка подвергается растяжению осевой силой и кручению моментом, вызванным давлением снаряда на боевую грань нарезов. Вследствие малой толщины лейнера или лейнирующей в гулки при расчете прочности необходимо, в отличие от толстостенных конструкций стволов, учитывать указанные воздействия.