Введение к работе
Актуальность темы, Кузова современных вагонов относятся к числу тов конструкций, которые испытывают весь сложный комплекс внешних вреэдающн.х воздействий - температурных из-за эксплуатации в различ-IX климатических условиях, химических из-за взаимодействия с атмо-ерной и грузовой средой и силовых, вызванных собственной массой и iccofi груза, движением в поезде, маневровой работой, погрузкой и вы-узкой с помощью различных средств механизации, взаимодействием с гановленным в кузовах оборудованием.
Силовые воздействия относятся к числу главнейших факторов, по ко-рым осуществляется оценка основных показателей качества конструкции зова таких как прочность и жесткость. Поскольку эти показатели непо-едственно связаны с безопасностью движения, сохранностью грузов, мфортом и безопасностью пассажирских перевозок, в "Нормах для рас-га и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм ^самоходных)" им отводится главная роль. Оценка прочности элементов зова, согласно этому документу, производится по допускаемым напряже-ям, в которых, в той или иной мере, отражается также влияние других ішеназванньїх факторов.
Основой современных подходов к моделированию напряженно-формированного состояния (НДС) сложных конструкций служит метод печных элементов (МКЭ) и, главным образом, его вариант, реализую-іґі форму метода перемещений строительной механики. Эта форма осно-на на применении метода Ритца (1908 г.), суть которого заключается в ысканни минимума функционала полном потенциальной энергии дефор-ции в некотором классе зависимых переменных . представляющих после-вагельность базисных (координатных) функций. В классической форме именения метода Ритца предполагается, что базисные функции, входя-іе в минимизирующую последовательность, определены одним выраже-
ниєм на всей моделируемой области, и интегралы, которыми определяютс коэффициенты алгебраических уравнений относительно параметров, ми нимизирующих функционал, вычисляются сразу по всей этой области.
В МКЭ используется альтернативный подход, суть которого состой в разбиении области минимизации на ряд неперекрывающихся подобластеї или элементов и построении затем аппроксимации кусочным образом, от дельно для каждой подобласти. В этом случае координатные функции так же определяются кусочным образом с применением различных вьіражениі для различных подобластей, из которых образуется исходная область. Прі этом принято считать, что точность расчетов растет при уменьшении раз меров элементов, а это влечет за собой повышение порядков разрешающи; систем уравнений и сложности описания топологии расчетных схем. Очен: часто прямое применение МКЭ приводит к неоправданным временным і материальным издержкам моделирования нагруженности конструкции.
Согласно требованиям '"Норм для расчета и проектирования ваго нов" несущая конструкция кузова вагона должна рассчитываться при раз личных вариантах сочетания расчетных нагрузок. Количество этих вариан тов более 20. Поэтому при практическом проектировании п зкспертизі проектных решений, в дополнении к классическим приемам применена МКЭ, важно иметь технологии, позволяющие без больших трудозатра' решать задачи моделирования нагруженности кузовов вагонов.
Цель работы состоит в разработке экономичного специализирован ного технологического средства моделирования НДС кузовов основные типов вагонов, проверке его достоверности, расчете несущих кузовов неко торых типов вагонов, проверке их соответствия нормативным требова ниям, выдаче рекомендаций по совершенствованию конструктивных реше ний, реализованных в кузовах.
Научная новизна диссертационной работы заключается:
- в разработке технологии расчетного моделирования нагруженності
по нормативным критериям несущих кузовов вагонов на основе того же, что и в МКЭ, метода Ритца-Галеркина. В ней используется своеобразный зыбор специализированных применительно к несущим кузовам основных гипов вагонов конечных элементов и функций, аппроксимирующих поля их теремещений, отражающих различные виды нагрузок, предусмотренных 'Нормами";
- в разработке на основе вышеуказанной технологии приближенных
летодик для решения некоторых частных задач расчета кузовов вчгонов.
Практическая ценность диссертационной работы заключается:
в разработке программного комплекса для оценки НДС несущих ку-ювов вагонов, нагруженных нормативными нагрузками, позволяющего іроизводить многовариантное моделирование при низких затратах на под-отовку исходных данных, осуществление расчетов и обработку результате;
в разработке приближенной методики оценки напряженного состоя-[їія стоек боковых стен полувагонов от усилий распора при погрузке гру-ов с "шапкой" до заполнения габарита;
в количественной оценке прочностных характеристик несущих кузо-ов некоторых типов вагонов и рекомендациях по их улучшению в свете ребований действующих нормативных документов.
Реализация работы. Научные положения, разработанные в диссерта-ии, получили применение при создании и проектировании новых и мо-ернизации существующих конструкций несущих кузовов основных типов :елезнодорожных вагонов, а также для экспертной оценки проектных ре-гений вагонов. Результаты исследований и практические рекомендации медрены при капитально-восстановительном ремонте пассажирских ваго-ов на Днепропетровском вагоноремонтном заводе, при модернизации татформ для перевозки автомобилей, при отработке конструкций истерн, изготавливаемых на заводах России.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертаг доложены и получили одобрение на IX международной конференг "Проблемы механики железнодородного транспорта" (Днепропетров ДИИТ, 1996 г.), И международной научно-технической конферени "Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта" (Моек МИИТ, 1996 г.), на заседании кафедры "Вагоны и вагонное хозяйсп МИ И Та.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы і печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из в дения, пяти глав, выводов и рекомендаций, списка использованных исті ников.
