Разработка методики оптимизации кузовов вагонов с учетом ограничений по устойчивости несущих элементов
Диссертация
Разработанная в настоящей работе методика оптимального проектирования кузовов вагонов позволяет наиболее рационально распределить металл в несущей конструкции при выполнении требований по прочности и устойчивости несущих элементов, устанавливаемых «Нормами .». В условиях рыночных механизмов хозяйствования перед отечественным вагоностроением ставится задача создания высокоэффективной… Читать ещё >
Список литературы
- Алфутов Н.А. Основы расчета на устойчивость упругих систем. М.: Машиностроение, 1978. — 312 с.
- Амбарцумян С.А. Общая теория анизотропных оболочек. М.: Наука, 1974.-446 с.
- Амиро И.Я., Заруцкий В. А. Теория ребристых оболочек. Киев: Наукова думка, 1980.-368 с.
- Арбузов В.Н. Расчет стенок балок по предельному состоянию // Вопросы прочности и устойчивости элементов тонкостенных конструкций: Сб. статей. -М.: Оборонгиз, 1963. С. 128 — 146.
- Атрощенко В.А., Кобищанов В. В., Ольшевский А. А., Сорокина С. В. Анализ расчетных схем МКЭ для кузова крытого грузового вагона // Динамика, прочность и надежность транспортных машин. -Брянск: БИТМ, 1986. -С. 48 55.
- Баничук Н.В. Оптимизация форм упругих тел. М.: Наука, 1980. — 256 с.
- Бате К., Вилсон Р. Численные методы анализа и метод конечных элементов: Пер. с англ. М.: Стройиздат, 1982. — 447 с.
- Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1976. — 608 с.
- Биргер И.А. и др. Расчет на прочность деталей машин: Справочник / И. А. Биргер, Б. Ф. Шорр, Г. Б. Иосилевич. 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1993. — 640 с.
- Биргер И.А. Стержни, пластинки, оболочки. М.: Наука, 1992. — 392 с.
- И. Болотин В. В. Динамическая устойчивость упругих систем. М., 1956. -256 с.
- Будянский Б., Хатчинсон Дж. Выпучивание: Достижение и проблемы // Механика деформируемых твердых тел: Направления развития: Сб. статей. -М.: Мир, 1983.-С. 121−160.
- Булычев М.А. Методика оптимизации несущей системы кузова вагона с учетом ограничений по прочности и сопротивлению усталости: Автореф. дис.. канд. техн. наук. Брянск, 1999. — 27 с.
- Вагоны / Под ред. JI.A. Шадура. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1980.-440 с.
- Валеха А.С., Иванов И. А., Булак Н. В., Самородов А. А. Экспериментальное исследование модели гофрированной боковой стены рефрижераторного вагона на продольное сжатие // Вопросы строительной механики кузовов вагонов. Тула: ТПИ, 1977. — С. 130 — 135.
- Василевский В.В. Оценка устойчивости продольных элементов кузова вагона в рамках стержневой модели / Тр. ВНИИВ. М., 1978. — Вып. 35. -С. 60−73.
- Вершинский С.В. и др. Расчет вагонов на прочность. М.: Транспорт, 1960.-360 с.
- Вершинский С.В. и др. Расчет вагонов на прочность. 2-е изд. — М.: Машиностроение, 1971. — 432 с.
- Винокуров В.А. Сварочные деформации и напряжения. М.: Машиностроение, 1968. 236 с.
- Винокуров В.А., Григорьянц А. Г. Теория сварочных деформаций и напряжений. М.: Машиностроение, 1984. — 280 с.
- Винокуров С.Г. Влияние начальных неправильностей на изгиб пологой панели // Исследования по теории пластин и оболочек, 1967. Вып. 5. С. 327−329.
- Вольмир А.С. Устойчивость деформируемых систем. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Наука, 1967. — 984 с.
- Вольмир А.С. Устойчивость упругих систем. М.: Наука, 1963. — 880 с.
- Горбачев К.П. Метод конечных элементов в расчетах прочности. JL: Судостроение, 1985. — 156 с.
- Гулаков В.К., Филюков Ю. Л., Степанов А. Е. Алгоритм и программа оптимизации параметров и формы поперечного сечения стержневых элементовкузовов вагонов // Вопросы строительной механики кузовов вагонов. -Брянск: БИТМ, 1983. С. 43 — 50.
- Донелл Л.Г. Балки, пластины и оболочки: Пер. с англ. / Под ред. Э.И. Гри-голюка. М.: Наука, 1982. — 568 с.
- Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация / Пер. с англ. Б.И. Квасова- Под ред. Н. С. Бахвалова. М.: Мир, 1986. — 318 с.
- Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. -541 с.
- Ильин В.П. и др. Численные методы решения задач строительной механики: Справ, пособие / В. П. Ильин, В. В. Карпов, A.M. Масленников- Под общ. ред. В. П. Ильина, Мн.: Выш. шк., 1990. — 349 с.
- Кобищанов В.В. Расчет кузовов вагонов на прочность: Учеб. пособие. -Брянск: БИТМ, 1987.-80 с.
- Кобищанов В.В., Лозбинев В. П. Строительная механика кузовов вагонов и основы теории упругости. Тула: ТПИ, 1981. — 100 с.
- Конов А.В., Лозбинев В. П. Методика оптимизации несущих элементов кузовов вагонов с учетом прочности и устойчивости // Механика вагонов: Межвуз. сб. науч. тр. Брянск: БГТУ, 1998. — С. 28 — 35.
- Кохан Н.А. Расчет панелей крыш вагонов на устойчивость с учетом начальной погиби методом конечных элементов: Дис.. канд. техн. наук: 05.22.07. Омск, 1990. — 134 с.
- Кржимовский В.Е., Скрипкин В. В., Филюнин Г. И. Рефрижераторные секции отечественной постройки. М.: Транспорт, 1983. — 224 с.
- Кузнецов А.Ю. Оптимизация по частям кузова крытого грузового вагона из условия минимума массы его элементов: Автореф. дис.. канд. техн. наук. Брянск, 1988. — 25 с.
- Кузьменко Н. И. Уточненный анализ напряженного состояния кузова грузового вагона открытого типа при действии сил распора сыпучим грузом: Дис.. канд. техн. наук. Брянск, 1979. -133 с.
- Кульбовский Я.И. Разработка методики определения рациональных параметров несущих элементов кузовов локомотивов: Автореф. дис.. канд. техн. наук. Москва, 1992. — 23 с.
- Лозбинев В.П. Исследование напряженного состояния и разработка методики оптимального проектирования ортогонально подкрепленных тонкостенных пространственных систем кузовов грузовых вагонов: Автореф. дис.. докт. техн. наук. Москва, 1982. — 50 с.
- Лозбинев В.П. Методика проектирования оптимальных несущих систем вагонов // Механика вагонов: Межвуз. сб. науч. тр. Брянск, 1998. — С. 6 -14.
- Лозбинев В.П. Особенности анализа устойчивости несущей обшивки кузова транспортных машин. Брянск: ЦНТИ, 1993. — № 386−93 ИЛ. — 2 с.
- Лозбинев В.П. Проектирование и оптимизация несущих систем кузовов вагонов: Учеб. пособие. Брянск: БГТУ, 1997. — 88с.
- Лозбинев В.П., Лозбинев Ф. Ю. Методика оптимизации структурной схемы несущих конструкций транспортных машин. Брянск: ЦНТИ, 1994. -jsfo 448 — 94 ИЛ. — 2 с.
- Лозбинев В.П., Лозбинев Ф. Ю. Разработка методики оптимального проектирования кузовов вагонов // Повышение качества транспортных и дорожных машин: Сб. науч. тр. Брянск: БИТМ, 1994. — С. 55 — 61.
- Лозбинев В.П., Лозбинев Ф. Ю., Милакова А. А. Развитие оптимального проектирования несущих систем вагонов // Динамика, прочность и надежность транспортных машин: Межвуз. сб. науч. тр. Брянск: БГТУ, 1999. -С. 69- 74.
- Лозбинев Ф.Ю., Лозбинев В. П. Автоматизированная система проектирования оптимальных параметров несущих конструкций кузовов вагонов. М.: ГосФАП РФ, 1998. -Per. № 50 980 000 001. — 25 с.
- Лозбинев Ф.Ю. Методика оптимизации гофрированной обшивки несущих конструкций транспортных экипажей. Брянск: ЦНТИ, 1997. -№ 86 -97 ИЛ. — 4 с.
- Лозбинев Ф.Ю. Оптимизация несущих конструкций кузовов вагонов. -Брянск: ЦНТИ, 1997. 135 с.
- Лозбинев Ф.Ю. Оптимизация несущих элементов кузовов вагонов // Механика вагонов: Межвуз. сб. науч. тр. Брянск: БГТУ, 1998. — С. 15−27.
- Лозбинев Ф.Ю. Совершенствование методики оптимального проектирования несущей конструкции кузова вагона: Дис.. канд. техн. наук. -Брянск, 1989.- 149 с.
- Ломброзо Ю.М. Исследование устойчивости крыш цельнометаллических вагонов: Дис.. канд. техн. наук. Омск, 1965. — 181 с.
- Ломброзо Ю.М., Кохан Н. А. Определение предельного значения начальной погиби, обеспечивающей работоспособность сжато-изогнутого стержня, и оценка его устойчивости // Вопросы строительной механики кузовов вагонов. Брянск: БИТМ, 1983. — С. 145 — 152.
- Ломброзо Ю.М., Петер В. Э., Демиденко В. Я. Применение метода конечных элементов для оценки устойчивости кузовов цельнометаллических вагонов / Науч. тр. Ом. ин-та инж. ж.-д. трансп., 1975. Т. 171. С. 86 — 92.
- Лукашук B.C. Исследование деформаций гофрированной обшивки кузовов вагонов: Автореф. дис.. канд. техн. наук. Брянск, 1978. -27 с.
- Лукашук B.C. Исследование деформаций гофрированной обшивки кузовов вагонов: Дис.. канд. техн. наук. Брянск, 1978. -143 с.
- Лукашук B.C. и др. Устойчивость стержневых элементов кузовов вагонов с начальной погибью при осевом сжатии // Механика вагонов: Межвуз. сб. науч. тр. Брянск, 1998. — С. 97 — 103.
- Лукин В.В. Исследование зависимости тары от конструктивных параметров вагонов // Вопросы строительной механики кузовов вагонов. Тула: ТПИ, 1977.-С. 109- 129.
- Милакова А.А. Учет начальной погиби в несущих конструкциях кузовов вагонов с гофрированной обшивкой при расчетах с использованием МКЭ. Брянск: ЦНТИ, 2000. -№ 08−111−00 ИЛ. — 4 с.
- Маневич А.И. Оптимизация сжатой продольно подкрепленной цилиндрической оболочки на основе линейной и нелинейной теорий устойчивости // Строительная механика и расчет сооружений, 1990. № 3. — С. 57−62.
- Маневич А.И. Устойчивость и оптимальное проектирование подкрепленных оболочек. Киев — Донецк: Вища школа, 1979. — 152 с.
- Мысютин А.П. О выборе оптимальных (по критерию максимального использования допускаемых напряжений) параметров сечений стержневых элементов // Вопросы строительной механики кузовов вагонов. Брянск: БИТМ, 1983.-С. 65 — 75.
- Никольский Е.Н. Расчет кузовов вагонов по методу конечных элементов на основе применения нерегулярных расчетных схем, составленных из разнородных элементов // Вопросы строительной механики кузовов вагонов. -Тула: ТПИ, 1977. С. 4 — 18.
- Никольский Е.Н. Расчет несущих конструкций вагона по методу конечных элементов: Учеб. пособие. Брянск: БИТМ, 1982. — 99 с.
- Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). М.: ГОСНИИВ-ВНИИЖТ, 1996. — 260 с.
- Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). М.: ВНИИВ-ВНИИЖТ, 1983.-260 с.
- Ольшевский А.А., Попкова Н. В. Оценка влияния асимметрии конструкции и способа передачи вертикальных нагрузок на результаты расчета грузового вагона рефрижераторной секции // Динамика и прочность транспортных машин. Брянск: БГТУ, 1998.-С. 118- 123.
- Оптимизация подкрепленных цилиндрических оболочек / В. А. Заруцкий, Ю. М. Почтман, В. В. Скалозуб. -К.: Выща шк., 1990. 138 с.
- Оптимизация: модели, методы, решения: Сб. науч. тр. / Отв. ред. В. П. Булатов. Новосибирск: Наука, 1992. — 58 с.
- Органов Ю.П. Исследование предварительно напряженных кузовов вагонов: Дис.. канд. техн. наук. Брянск, 1972. -142 с.
- Отчет о статических испытаниях на прочность металлоконструкции кузова опытного грузового вагона пятивагонной рефрижераторной секции (РС-4), ПОБМЗ, 1978.
- Пановко Я.Г. Механика деформируемого твердого тела: Современные концепции, ошибки и парадоксы. М.: Наука, 1985. — 288 с.
- Пановко Я.Г., Гурбанова И. И. Устойчивость и колебания упругих систем: Современные концепции, парадоксы и ошибки. 4-е изд., переб. — М.: Наука, 1987.-352 с.
- Подлитов Н.И. Метод оптимизации цельнонесущих однородных или комбинированных кузовов пассажирских вагонов, выполняемых из различных конструкционных материалов: Автореф. дис.. канд. техн. наук. Москва, 1970. — 20 с.
- Попкова Н.В. Возможность повышения точности расчетной схемы МКЭ путем введения новых типов стержневых конечных элементов // Динамика, прочность и надежность транспортных машин. Брянск: БГТУ, 1998. -С. 119- 122.
- Программный комплекс моделирования работы тонкостенных несущих конструкций с использованием многосеточного алгоритма раздельных и налагающихся местных деформаций / И. Н. Серпик, А. А. Голоян, Л. И. Евельсон М.: ГосФАПРФ, 1997. -Per. № 50 970 000 011. — 9 с.
- Раевский А.Н., Раевский Л. А. Оптимизация рамных каркасов из условия прочности и устойчивости. Пенза: Изд-во Гос архит.-строит, ин-та, 1996. — 131 с.
- Разработка алгоритмов и программ расчета напряженного состояния кузова типа подкрепленной оболочки с вырезами и анализ устойчивости гофрированной обшивки кузова: Отчет / БИТМ- Рук. темы Е. Н. Никольский. -Брянск, 1977. 135 с.
- Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов: Справочник / Под ред. В. И. Мяченкова. М.: Машиностроение, 1989. -520 с.
- Расчет на прочность кузова грузового вагона рефрижераторной секции (РС-5) модели 16−3000: ПО БМ31 988. 220 с.
- Рейтман М.И., Шапиро Г. С. Методы оптимального проектирования деформируемых тел (постановки и способы решения задач оптимизации параметров элементов конструкций). М.: Наука, 1976. — 258 с.
- Реклейтис Г. В., Рейвиндран А., Рэгсдел К. М. Оптимизация в технике: В 2-х кн. Кн. 1. Пер. с англ. -М.: Мир, 1986. 352 с.
- Сергеев Н.Д., Богатырев Л. И. Проблемы оптимального проектирования конструкций. Л., 1971. — 136 с.
- Серпик И.Н. Исследование общей устойчивости боковой стены кузова рефрижераторного вагона типа «сэндвич» методом конечных элементов // Вопросы строительной механики кузовов вагонов. Тула: ТПИ, 1977. -С. 19−27.
- Сорокина С.В. Автоматизация определения оптимальных параметров сечений элементов конструкций кузовов вагонов на основе метода конечных элементов // Вопросы строительной механики кузовов вагонов. Брянск: БИТМ, 1983.-С. 51−65.
- Сорокина С.В. Элементы автоматизации проектирования несущих конструкций кузовов вагонов с оптимизацией стержневых элементов (на примере крытого грузового вагона): Автореф. дис.. канд. техн. наук. Брянск, 1984.-23 с.
- Справочник по строительной механике корабля: В трех томах. Т. 3. Динамика и устойчивость корпусных конструкций / Бойцов Г. В., Палий О. М., Постнов В. А., Чувиковский B.C. Л.: Судостроение, 1982. — 320 с.
- Суслов В.П. и др. Строительная механика корабля и основы теории упругости. Л.: Судостроение, 1972. — 720 с.
- Тимашев С.А. Устойчивость подкрепленных оболочек. М.: Стройиздат, 1974.-256 с.
- Тришевский И.С., Гринь И. С., Ена В.А., Козлова И. М., Федин Б. В. Стандартизация и качество гнутых профилей проката. М.: Изд.-во стандартов, 1982.-56 с.
- Царапкин В.А. Некоторые вопросы оптимального проектирования каркасов рам и кузовов подвижного состава: Автореф. дис.. канд. техн. наук. -Днепропетровск, 1979. -21 с.
- Шапошников Н.Н. К расчету пластинок на устойчивость по методу конечного элемента / Тр. МИИТ. М.: Транспорт, 1968. — Вып. 311.
- Шафринский Л.Г. Остаточные напряжения и деформации в сварных конструкциях: Учеб. пособие. Тула: ТПИ, 1977. — 83 с.151
- Ягодин С.К., Саутенков В. А. Изотермический подвижной состав. М.: Транспорт, 1986. — 182 с.
- Яковлев И.Н., Шаповаленко М. М. Изотермический подвижной состав. -М.: Транспорт, 1972. 240 с.
- Archetti F., Szego G.P., Global Optimization, Algorithms Nonlinear Optimization: Theoty and Algorithms (L.C.W. Dixon, E. Spedicato, G.P. Szego, Eds.), Birlchausor, Boston, 1980.
- Avriel M., Nonlinear Programming. Analysis and Methods, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1976. 322 p.
- Bazarra M.S., Shetty C.M., Nonlinear Programming: Theory and Algorithms, Wiley, N.Y., 1979.
- Box M.J., Davies D., Swann W.H., Nonlinear Optimization Techniques, ISI Monograph 5, Oliver and Boyd, Edinburgh, 1969.
- Himmelblau D.M.: Applied Nonlinear Programming, McGraw-Hill, N.Y., 1972. -190 p.
- Mangasarian O.L., Nonlinear Programming, McGraw-Hill, N.Y., 1969.
- Topology optimization of trusses subject to displacement, stress, local and system buckling constraints / Ming Zhou // 19th Int. Congr. Theor. and Appl. Mech., Kyoto, Aug. 25−31, 1996: Absrt. Kyoto, 1996. — P. 526.
- Zoutendijk G., Methods of Feasible Directions, Elsevier, Amsterdam, 1960.
- Результаты структурной оптимизации несущей конструкции кузова грузового вагона пяти-вагонной рефрижераторной секции РС-5
- Приведенные ниже результаты получены по разработанной в настоящей работе методике и отражают следующую последовательность действий.
- Подбор профиля регулярных дуг крыши из условия прочности (2.1) при следующих значениях параметров, входящих в формулу для определения Wmin д: В = 3,0 м- а. = 264 Н/мм2 (материал сталь 09Г2Д ГОСТ 19 282–81).
- В результате получен следующий профиль дуги гнутый уголок 60×40×3 мм по ГОСТ 19 772–74, для которого момент сопротивления сечения W (см. рис. 1) составляет 4,0 см, что удовлетворяет требуемому условию
- Уголок 60×40×3 --««ГОСТ 19 772−74
- Рис. 1. Сечение дуги крыши с прилегающими участками обшивки
- Решение задачи о минимуме объема металла среднего участка крыши при следующих значениях параметров, входящих в формулу (2.10): 5 = 1,5 мм-
- F- =2,91 см2- Е = 2, М05 Н/мм2- а. = 298 Н/мм2 (материал сталь 10ХНДП ГОСТ 19 282–81) — [пу] = 1,1.
- В результате получен следующий оптимальный радиус гофра: R°pt = 45 мм.2.1). Здесь Wmin» =4,0 см³.
- В целях образования шпангоутных рамок шаг размещения регулярных стоек боковой стены принят равный шагу размещения дуг крыши.
- Для обшивки боковой стены приняты следующие параметры: на участке обшивки выше уровня 2/3 высоты стены: Rr = 37 мм, hr = 140 мм-на участке обшивки ниже уровня 2/3 высоты стены: Rr =37 мм, hr =160 мм (hr определен по формуле (2.8)).
- На рис. 2 показаны фрагменты сечений обшивки кузова, отражающие вышеприведенные результаты. выше уровня 2/3 высоты стены- б боковой стены ниже уровня 2/3 высоты стены
- Подбор профилей регулярных дуг крыши и стоек боковой стены из условий обеспечения общей устойчивости обшивки кузова.
- Исходный профиль стоек проверим на удовлетворение условию (2.17) при следующих значениях параметров, входящих в формулу (2.18): 5 = 0,2 см- а = 112 см- Ь = 300 см- hr=16,0cm- Jr =7,75 см4- Ff=3,92cm2- р = 1,0- у = 1,0.
- Рис. 3. Сечение стойки с прилегающими участками обшивки
- В результате получено, что исходный профиль дуг гнутый уголок 60×40×3 мм по ГОСТ 19 772–74, не удовлетворяет условию (2.15).
- Рис. 4. Сечение дуги с прилегающими участками обшивки