¬аше окно в мир —јѕ–
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

7 июл€ 2010

–асчеты несущих конструкций грузовых вагонов на прочность

јндрей —пиридонов, ќлег —тепанов

ќдним из направлений де€тельности ‘едерального государственного унитарного предпри€ти€ √осударственный научно-исследовательский институт вагоностроени€ (‘√”ѕ √осЌ»»¬) €вл€етс€ проведение прочностных расчетов конструкций железнодорожных вагонов дл€ перевозки различных грузов. Ёто особенно актуально в св€зи с прин€тием ѕравительством –‘ ‘едеральной программы Ђ–азработка и производство в –оссии грузового подвижного состава нового поколени€ї.   насто€щему времени нашим институтом спроектировано несколько дес€тков типов и размеров железнодорожных вагонов, которые можно встретить и на дорогах –оссии и за ее пределами, перевоз€ тыс€чи тонн грузов различного назначени€.

—ледует отметить, что разработка проекта вагона требует значительных затрат времени, больша€ дол€ которого приходитс€ на выполнение расчетных работ. ѕон€тно также, что только применение вычислительной техники способно существенно улучшить качество проектировани€, поскольку при этом по€вл€етс€ возможность расчета многих вариантов конструкции с целью вы-бора оптимального решени€ еще на стадии проектировани€.

ћожно сказать, что вопросы оптимизации любых конструкций и вагонов в частности, имеют особую актуальность и представл€ют большой интерес. ћало создать конструкцию вагона как таковую Ч необходимо, чтобы эта конструкци€ наилучшим образом отвечала услови€м эксплуатации при наименьшей стоимости изготовлени€. ¬ажно также снизить эксплуатационные расходы. –азработка оптимальной конструкции Ч вот та целева€ функци€, к которой необходимо стремитьс€ и достижение которой составл€ет главную цель любого проектировани€.

ќчевидно также, что повышение прочности, надежности и долговечности вагонов необходи-мо сочетать с возможно меньшими затратами металла и других материалов, поскольку перевозка вагонов с излишним весом приводит к росту стоимости перевозок грузов по железной дороге.

Ќет необходимости объ€сн€ть, что железна€ дорога Ч это зона повышенной опасности и во-просы прочности и надежности здесь сто€т очень остро.

»нститут использует —истему APM WinMachine, разрабатываемую компанией Ќ“÷ јѕћ (г.  оролев, ћќ) дл€ расчета вагонов на прочность с 2004 года, и к насто€щему моменту приобрел определенный опыт в ее использовании. Ќачина€ с 2004 года и по насто€щее врем€, институтом были выполнены прочностные рас-четы примерно восьми единиц вагонной техники. ќдними из последних выполненными нами проектов (и расчетов на прочность), выполненными в 2008 году €вл€ютс€ расчетные задачи по проектированию вагона- хоппера дл€ перевозки цемента, а также четырехосного вагона-самосвала.

¬ насто€щее врем€ существенно возросла потребность в новых грузовых вагонах, отве-чающих современным требовани€м. ¬ св€зи с этим вагоностроительные заводы нашей страны совместно с научно-исследовательскими и проектными организаци€ми активизировали свою де€-тельность по созданию новых грузовых вагонов. “ак, например, Ћюдиновский машиностроитель-ный завод ( алужска€ обл.) обратилс€ в наш институт с просьбой оказать помощь в создании вагона-хоппера дл€ цемента, а ќќќ Ђ„ереповецкий вагоностроительный заводї - в создании четырехосного вагона-самосвала.

¬ процессе создани€ этих вагонов институтом были выполнены прочностные расчеты их конструкций. —оздание расчетных моделей, выполнение расчетов, позвол€ющих адекватно оце-нить и провести прочностной анализ конструкций вагонов, осуществл€лись с использованием модул€ прочностного анализа APM Structure3D версии 9.4, вход€щего в состав —истемы APM WinMachine. »з других модулей, вход€щих в состав —истемы, отметим использование нами моду-л€ расчета соединений APM Joint, плоского графического редактора APM Graph, трехмерного редактора APM Studio, а также баз данных.

ѕри создании расчетных моделей вагонных конструкций, кузова вагонов и их составные части выполн€лись, как правило, цельнонесущими, что предъ€вл€ет повышенные требовани€ к качеству прочностных расчетов. ƒл€ таких конструкций необходимо получить информацию об их несущей способности, устойчивости сжатых элементов и усталостной прочности. ќсновна€ цель проводимых расчетов состоит в оценке конструкции грузовых вагонов в части соответстви€ нор-мативным требовани€м и обеспечении безопасности движени€.

–асчетные модели вагонных конструкций могут выполн€тьс€ с использованием стержне-вых и пластинчатых конечных элементов. »меющийс€ опыт выполнени€ расчетов вагонных кон-струкций показывает, что пластинчата€ расчетна€ модель позвол€ет более точно оценить напр€-женное состо€ние конструкции, особенно в местах соединени€ сложных по форме узлов друг с другом. ѕоэтому при создании расчетных моделей в качестве основных элементов были прин€ты пластины, а в качестве вспомогательных Ц стержни.


–ис. 1. ѕластинчато-стержнева€ расчетна€ модель вагона-хоппера дл€ перевозки цемента, выполненна€ в модуле APM Structure3D


–ис. 2. –асчетна€ модель верхней рамы вагона-самосвала, смоделированна€ из пластинчатых конечных элементов

¬ качестве примера на рис.1 представлена пластинчато-стержнева€ модель вагона-хоппера дл€ перевозки цемента, а на рис. 2, 3, 4 пластин-чатые расчетные модели отдельных узлов четырехосного вагона-самосвала. ѕроведенные испы-тани€ опытных образцов конструкций вагонов на прочность показали, что величина напр€жений и перемещений в элементах их конструкций отличаетс€ от соответствующих расчетных значений не более чем на 20%. Ёто достаточно хороша€ сходимость результатов при имеющихс€ определен-ных отличи€х расчетных моделей и реальных конструкций в различных нюансах конструкции и нагружении внешними нагрузками при испытани€х опытных образцов вагонов не всегда совпа-дающими с расчетными схемами.


–ис. 3. ћодель нижней рамы вагона-самосвала


–ис. 4. ћодель борта вагона-самосвала

–асчеты конструкций вагонов выполн€лись до проведени€ прочностных испытаний, что позволило использовать результаты расчета дл€ разработки программ и методик испытаний.

ћодуль прочностного расчета APM Structure3D имеет достаточно простой и удобный ин-терфейс как дл€ создани€ расчетной конечно-элементной модели, так и при просмотре результатов расчета.  роме того имеетс€ возможность импорта скелета стержневой или стержнево-пластинчатой конструкции через файл формата *.dxf (в том числе и трехмерного) из сторонных графических редакторов. ѕользователю остаетс€ только присвоить сечени€ всем стержневым элементам конструкции и задать толщины пластинчатым элементам, а также уточнить параметры используемого материала(ов).

≈сть также возможность импорта трехмерных моделей через обменные форматы STEP и SAT, приложением нагрузок и заданием опор к таким модел€м, с последующей автоматической генерацией конечно-элементной сетки, но при решении наших задач этим методом возможна оценка напр€женно деформированного состо€ни€ только отдельных узлов и мест соединений от-дельных элементов. ƒл€ этого используетс€ трехмерный редактор APM Studio, в последних вер-си€х которого возможно также проведение прочностных расчетов и просмотр карт результатов.


–ис. 5.  арта эквивалентных (по ћизесу) напр€жений при действии на кузов вагона сил от распора сыпучим грузом и продольной раст€гивающей силы, величиной 2,0 ћЌ


–ис. 6.  арта эквивалентных напр€жений при действии на борт вагона-самосвала сил от распора грузом

¬ качестве примера, на рис. 5, 6, 7 и 8 приведены карты напр€жений вагонных конструк-ций при различных режимах нагружени€, включа€ моделирование удара, возникающего при сцепке вагонов.


–ис. 7.  арта напр€жений при действии на верхнюю раму вагона-самосвала инерционных нагрузок при соударении вагона-самосвала с другими вагонами (сила удара 3,5 ћЌ)


–ис. 8.  арта напр€жений при действии на нижнюю раму вагона-самосвала ударной нагрузки, величиной 3,5 ћЌ

ќтметим, что —истема APM WinMachine посто€нно совершенствуетс€ как количественно, так и качественно. ѕод количественным улучшением мы понимаем увеличение числа решаемых задач, а также размерностей отдельной решаемой задачи. Ќа сегодн€шний день она достигает 2 Ц 3 млн. степеней свободы, что позвол€ет проводить расчет достаточно сложных конструкций. ѕод качественным улучшением понимаетс€ ускорение процедуры выполнени€ расчетов, интерфейс-ные улучшени€ Ч как в режиме подготовки модели, так и в режиме показа результатов. “акже посто€нно совершенствуетс€ и генератор разбиени€ на конечные элементы. ”лучшаетс€ качество  Ё-сетки и сокращаетс€ врем€ ее создани€.

’отим также особо отметить то, что техническое сопровождение программных продуктов компании Ќ“÷ јѕћ Ч это не просто декларативное за€вление, а реальна€ огромна€ помощь пользовател€м со стороны службы технической поддержки. —отрудники этой службы не просто отвечают на поставленные перед ними вопросы, но и реально помогают в создании модели, да и в дальнейшем не остаютс€ безучастными к процессу расчета и анализу полученных результатов.

∆елательно, чтобы при дальнейшем совершенствовании программы разработчики попыта-лись обеспечить выполнение программой следующих задач:

  • автоматизированное задание распределенных нагрузок на стенки емкости от распора их сыпучими грузами;
  • более подробна€ диагностика модели с целью более быстрого поиска и исправлени€ ее ошибок;
  • более подробна€ помощь в работе с программой, особенно с новыми видами расчета и функци€ми, а в некоторых случа€х и с пошаговыми инструкци€ми.
∆елаем всему коллективу Ќ“÷ јѕћ успехов в дальнейшем совершенствовании выпус-каемых ими программных комплексов и расширени€ возможностей их использовани€.

ќб авторах

јндрей Ќиколаевич —пиридонов
ќкончил ћосковский институт водного транспорта в 1993 году, в насто€щее врем€ занимает должность заведующего отделом ќјќ ЂЌ»» вагоностроени€ї

—тепанов ќлег  онстантинович
ќкончил ћосковский институт ин6женеров железнодорожного транспорта в 1974 году, в насто€щее врем€ занимает должность главного специалиста.

„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

-->

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: Ќадо ли жалеть свои мозги?
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2023 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.