Numerical Investigation of Stress Distribution in Swage Autofrettage Process for Heavy Weapon Barrel

Abstract

Otofretaj, kalın cidarlı silindirlerin basınç taşıma kapasitesini ve yorulma ömrünü artırmak için silindir et kalınlığında artık kalıcı gerilme oluşturma işlemidir. Bu artık gerilme, çalışma basıncının oluşturduğu gerilmenin bir kısmını nötr ederek, basınçlı kapların basınç taşıma kapasitesini artırır. Pratikte birçok otofretaj yöntemi olmakla beraber, özellikle ağır silah namlularında uygulanan iki otofretaj yöntemi mekanik ve hidrolik otofretaj işlemleridir. Bu çalışmada, ağır silah namlusuna mekanik otofretaj uygulanmasında oluşan gerilmeler sonlu elemanlar metodu (SEM) ile sayısal olarak hesaplanmıştır. SEM modelinde iki boyutlu (2B) aksisimetrik geometri kullanılmıştır. SEM modeli literatürdeki veriler ile doğrulanmıştır. Otofretajsız namluda 670 MPa çalışma basıncı altında namlu iç çapında Von Mises eşdeğer gerilmenin değeri 1350,3 MPa olarak hesaplanmıştır. Otofretaj uygulanmış namluda ise Von Mises eşdeğer gerilmesinin maksimum değeri, namlunun et kalınlığının %63’ne karşılık gelen bölgede 1122,3 MPa olarak hesaplanmıştır. Bu gerilme değerinin namlu akma mukavemeti olan 1195 MPa’ın altında olduğu görülmektedir. Sonuç olarak çalışma basıncı altında otofretaj uygulanmış namluda Von Mises eşdeğer gerilmesi, otofretaj uygulanmayan namluya göre %16,88 oranında azalmıştır. Bu sebeplerden dolayı, ağır silah namlularında otofretaj işleminin uygulanması ve oluşan gerilmelerin hesaplanması namlu ömrü ve basınç taşıma kapasitesi açısından kritik öneme sahiptir.