Разработка методики решения задач продольной динамики вагона как системы «кузов-оборудование-груз»

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Разработка методики решения задач продольной динамики вагона (как системы «кузов-оборудование-груз») представляет собой актуальную проблему, имеющую важное научное и практическое значение.

2. Выполнен анализ задач продольной динамики вагона и современных методов их решения с применением МКЭ.

3. Для решения поставленных в работе задач рекомендовано применение разработанного на кафедре «Динамика и прочность машин» программного комплекса, позволяющего решать статические и динамические задачи методом конечных элементов. Проведено всестороннее тестирование указанного комплекса на разнообразных задачах теории колебаний, погрешности при его применении не превышают 8%, в связи с чем он рекомендован для решения задач продольной динамики вагона.

4. Разработан специальный конечный элемент «стержень с переменной жесткостью и произвольным положением главной оси», позволяющий адекватно отобразить в конечно-элементной схеме балки с переменным сечением и повысить точность расчета при определении НДС содержащих их конструкций.

5. Разработаны две конечно-элементные модели грузового вагона рефрижераторной секции РС-5 производства ПО БМЗ, отличающиеся степенью подробности описания кузова. В упрощенную конечно-элементную модель половины вагона (симметричного относительно продольной оси) входят 267 узлов и 500 конечных элементов. В уточненную модель, в котором основные балки рамы набраны пластинами и выполнена более подробная разбивка остальных элементов кузова и пола, входят 3394 узла и 3181 конечный элемент. В обеих расчетных схемах груз моделирован в виде сосредоточенных масс, соединенных упругими связями с полом вагона.

6. Разработаны две расчетные схемы холодильного оборудования вагона и его крепления (отличающиеся подробностью представления конструкции), и введены в расчетные модели вагона для создания расчетной модели системы «кузов-оборудование-груз» .

7. Выполнено исследование влияния несимметрии конструкции вагона относительно продольной оси. Показано, что имеющиеся в реальной конструкции отклонения от симметрии не оказывают значительного влияния на получаемые значения НДС.

8. Выполнено сопоставление численных расчетов с помощью МКЭ с экспериментальными данными, полученными при натурных испытаниях вагона на ПО БМЗ. Установлено, что разработанные конечно-элементные модели удовлетворительно описывают поведение реальной конструкции вагона при приложении статических нагрузок и при соударении, при этом уточненная расчетная модель обеспечивает меньшее расхождение с результатами эксперимента.

9. Разработана методика решения задач продольной динамики вагона как системы «кузов-оборудование-груз», включающая: а) разработку конечно-элементной модели объекта в соответствии с типом решаемой задачи и выбор ее характеристик по данным, приведенным в работеб) определение силового воздействия на простейшей расчетной модели вагона;

1. Акт об испытании пятивагонной рефрижераторной секции на ударную выносливость методом соударений. / ПО БМЗ. — Брянск, 1986.-42 с.

2. Акт о дополнительных испытаниях рефрижераторной секции на соударение для проверки эффективности крепления холодильного оборудования. / ПО БМЗ. Брянск, 1986. — 16 с.

3. Акт о замере ускорений при испытаниях на соударение пятивагонной рефрижераторной секции. / ПО БМЗ. Брянск, 1987. -16 с.

4. Анисимов П. С. Влияние несимметричного размещения подрессоренного груза на вертикальные колебания 4-осн. грузового вагона. Вестник ВНИИЖТ. — 1994. — № 1. — С. 30−34.

5. Анисимов П. С. Пространственные колебания грузового вагона при кососимметричном размещении грузов. Вестник ВНИИЖТ.- 1994. — № 3. — С. 13−18.

6. Атрощенко В. А., Кобищанов В. В., Ольшевский A.A., Сорокина C.B. Анализ расчетных схем МКЭ для кузова крытого грузового вагона // Динамика, прочность и надежность транспортных машин. -Брянск. 1986. С.48−55.

7. Бате К., Вилсон Р. Численные методы анализа и метод конечных элементов.: Пер. с англ. М.: Стройиздат, 1982. — 447 с.

8. Бидерман В. Л., Малюкова Р. П. Усилия деформации при продольном ударе. В кн.: Расчеты на прочность. Вып. 10. — М.: Машгиз, 1959.

9. Блохин Е. П., Манашкин Л. А. Динамика поезда (нестационарные продольные колебания). М.: Транспорт, 1982. — 222 с.

10. Блохин Е. П., Стамблер Е. Л. Об уточнении модели межвагонного пружинно-фрикционного амортизатора удара. // Труды Московского ин-та инженеров транспорта. М., 1979. — Вып. 643. — С. 112 128.

11. Бобров M.В., Крахмалева Г. Г. Определение матрицы жесткости конечного элемента для прямолинейного стержня переменной жесткости // Вопросы исследования и испытания вагонных конструкций: Сборник научных трудов ВНИИвагоностроения. М., 1985. -С.110−119.

12. Богомолов С. И., Журавлева A.M. Колебания сложных механических систем. Харьков: — Вища школа, 1978. — 136 с.

13. Болдырев А. П., Прасолов А. Н. Расчетная оценка продольной нагруженное&tradeрефрижераторной секции, оснащенной поглощающими аппаратами ПМК-110, при маневровых соударениях. // Динамика, прочность и надежность транспортных машин. Брянск, 1990. — С. 18−29.

14. Борискин О. Ф. Автоматизированные системы расчета колебаний методом конечных элементов. Иркутск: Изд-во Иркутского ун-та, 1984. — 188 с.

15. Борискин О. Ф., Кулибаба В. В., Репецкий О. В. Конечноэлементныйанализ колебаний машин. Иркутск: — Изд-во Иркутского ун-та, 1989. — 144 с.

16. Бродский В. З.

Введение

в факторное планирование эксперимента. М.: Наука, 1976. — 224 с.

17. Вагоны: проектирование, устройство и методы испытаний. Кузьмич Л. Д. и др. М.: Машиностроение. 1978. — 376 с.

18. Вершинский C.B., Данилов В. Н., Хусидов В. Д. Динамика вагона. -М.: Транспорт, 1991. 360 с.

19. Вершинский C.B., Данилов В. Н., Челноков И. И. Динамика вагонов. М.: Транспорт, 1982. — 220 с.

20. Галлагер Л. Метод конечных элементов. Основы. /Пер. с англ. -М.: Высшая школа, 1985. 392 с.

21. Гоз Л. А. Разработка методики ускоренных испытаний пятивагонной рефрижераторной секции на ударную выносливость. Дисс.. к-та техн. наук. Брянск. 1987 — 157 с.

22. Голоян A.A., Евельсон Л. И. Алгоритм расчета динамической нагруженности элементов грузового вагона рефрижераторногопоезда. // Динамика, прочность и надежность транспортных машин.- Брянск, 1992. С. 31−38.

23. Гольдсмит Ч. Удар. Теория и физические свойства соударяемых тел. / Пер. с англ. М.: Издательство литературы по строительству, 1965. — 448 с.

24. Данович В. Д., Анисимов П. С. Колебания в горизонтальной плоскости 4-осн. платформы с несимметрично расположенным тяжеловесным грузом. Вестник ВНИИЖТ. — 1989. — № 3. — С. 5−9.

25. Ерлихман Б. С., Малов А. Д. Особенности динамики грузов при торможении вагонов весовыми замедлителями. Вестник ВНИИЖТ. — 1988. — № 6. — С. 11−14.

26. Ерлихман Б. С., Шейкин В. П. Экспериментальное воздействие силовых воздействий на грузы при торможении вагонов замедлителями на сортировочных горках. Вестник ВНИИЖТ. -1989. — № 1. — С. 16−19.

27. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975.-541 с.

28. Израилев В .Я. Применение метода Ньюмарка для исследования релаксационных колебаний при продольных соударениях вагонов. // Динамика, прочность и надежность транспортных машин. -Брянск, 1997. С.47−54.

29. Израилев В .Я. Сравнительная оценка методов исследования напряженно-деформированного состояния элементов вагона при продольных динамических воздействиях. Дисс.. к-та техн. наук.- Брянск. 1997. 146 с.

30. Израилев В. Я., Прасолов А. Н. Программный пакет МКЭ для расчета динамической нагруженности элементов транспортныхмашин. // Динамика, прочность и надежность транспортных машин. Брянск, 1994. — С. 12−18.

31. Исследование повышения прочности вагонов. Этап: проведение ударных испытаний с целью установления статистических нагрузок, действующих на оборудование рефрижераторных вагонов.: Отчет НИР-ДИИТ. Руководитель Манашкин Л. А. -Днепропетровск, 1974. 135 с.

32. Исследование повышения прочности вагонов. Этап: проведение ходовых испытаний и установление нагрузок, действующих на оборудование рефрижераторных вагонов.: Отчет НИР-ДИИТ. Руководитель Манашкин Л. А. Днепропетровск, 1976. — 105 с.

33. Кандидов В. П., Чесноков С. С., Выслоух В. А. Метод конечных элементов в задачах динамики. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1980. -165 с.

34. Кеглин Б. Г. Автоколебания при соударениях вагонов, оборудованными фрикционными аппаратами. // Повышение надежности элементов подвижного состава. М.: Транспортное машиностроение, 1975. — С. 34−37.

35. Кеглин Б. Г. Исследование уточненных расчетных схем вагона применительно к задачам продольной динамики. // Вопросы исследования надежности и динамики элементов подвижного состава железных дорог. Брянск, 1979. — С. 112−128.

36. Кеглин Б. Г. О статистическом распределении продольных нагрузок, используемых в «Нормах расчета. вагонов» 1983 г. // Динамика, прочность и надежность транспортных машин. Брянск, 1990.-С. 7−17.

37. ЗЭ. Кеглин Б. Г., Болдырев А. П. Совершенствование математической модели фрикционного амортизатора удара. // Известия вузов. -1984. № 5. — С.89−93.

38. Кеглин Б. Г., Гореленков А. И. Статистические распределения параметров продольной нагруженности вагона, необходимые для решения различных задач его прочности и надежности. // Динамика, прочность и надежность транспортных машин. Брянск, 1997. -С.6−10.

39. Кеглин Б. Г., Прасолов А. Н. К определению статистических характеристик продольных нагрузок, действующих на вагон при переходных режимах движения поезда. // Вопросы транспортного машиностроения. Тула: Тульский политехнический институт, 1980. — С. 94−104.

40. Кеглин Б. Г., Прасолов А. Н., Стриженок А. Г. Исследование нагруженности вагонов рефрижераторных секций при соударениях на сортировочных горках. Вестник ВНИИЖТ, 1985, № 4. — С. 43−47.

41. Кобищанов В. В. Расчет кузовов вагонов на прочность. Брянск: БИТМ, 1987. — 80 с.

42. Кобищанов В. В., Лозбинев В. П. Строительная механика кузовов вагонов и основы теории упругости. Тула, 1981. — 100 с.

43. Ковиршин В. М., Сендеров Г. К. Повышать сохранность грузовых вагонов // Железнодорожный транспорт. 1994. — № 6 — С. 37−44.

44. Когаев В. П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. М.: Мащиностроение, 1977. — 227 с.

45. Костенко H.A., Никольский Л. Н. Статистические распределения продольных сил, действующих на подвижной состав через автосцепку, и методы их определения. // Труды БИТМ. 1971. -Вып. 24. — С. 69−82.

46. Красовский Г. И., Филаретов Г. Ф. Планирование эксперимента. -Минск: Изд-во Б ГУ, 1982. 302 с.

47. Кржимовский В. Е., Скрипкин В. В., Филюнин Г. И. Рефрижераторные секции отечественной постройки. М.: Транспорт, 1983. — 224 с.

48. Кун П. Расчет на прочность оболочек в самолетостроении. М.: Оборонгиз, 1961. — 305 с.

49. Лазарян В. А. Динамика вагонов. М.: Транспорт, 1964. — 108 с.

50. Лазарян В. А. Динамика транспортных средств: Избранные труды. Киев: Наукова думка, 1985. — 528 с.бЗ.Ланда П. С. Автоколебания в распределенных системах. М.: Наука, 1983. — 320 с.

51. Лозбинев В. П. Исследование напряженного состояния и разработка методики оптимального проектирования ортогонально подкрепленных тонкостенных пространственных систем кузовов грузовых вагонов. Дисс.. докт. техн. наук. — Брянск, 1982. — 382 с.

52. Лозбинев В. П. Методика расчета оптимальных параметров сечений несущих элементов кузовов грузовых вагонов. Тула, 1980.-80 с.бб.Лозбинев В. П. Проектирование и оптимизация несущих систем кузовов вагонов. Брянск: 1997. — 88 с.

53. Львов A.A., Музыкин В. А. Динамика четырехосного полувагона при несимметричном его нагружении. Вестник ВНИИЖТ. — 1965. -№ 4.-С. 9−12.

54. Малов А. Д. Исследование ускорений и перемещений грузов в вагоне. Вестник ВНИИЖТ. — 1979. — № 4. — С. 50−55.

55. Манашкин Л. А., Нариус Н. Г., Иваницкий Р. П. О сокращении объема испытаний при исследовании нагруженности рефрижераторного подвижного состава. // Проблемы динамики и прочности железнодорожного подвижного состава. Днепропетровск, 1979. С. 18−25.

56. Никольский E.H. Расчет кузовов вагонов на прочность. Тула, 1978.-48 с.

57. Никольский E.H. Расчет несущих конструкций кузовов вагонов по методу конечных элементов. Брянск: БИТМ, 1982. — 99 с.

58. Никольский Л. Н., Кеглин Б. Г. Амортизаторы удара подвижного состава. М.:Машиностроение, 1986. — 144 с.

59. Нормы для расчета и проектирования вагонов в колее 1520 мм. -М: ВНИИЖТ МПС, 1995. 198 с.

60. Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (не самоходных). -М.: ВНИИВ ВНИИЖТ, 1983. — 260 с.

61. Образцов В. Ф., Савельев Л. М., Хазанов Х. С. Метод конечных элементов в задачах строительной механики летательных аппаратов. М.: Высшая школа, 1985. — 392 с.

62. Ольшевский A.A., Милакова A.A. Оценка точности пластинчато-стержневых расчетных схем кузовов вагонов при использовании метода конечных элементов. // Динамика, прочность и надежность транспортных машин. Брянск, 1994. — С. 54−60.

63. Ольшевский A.A., Прасолов А. Н. Применение МКЭ к расчету кузовов транспортных машин. // Тез. докл. 52-й научн.-техн. конф. профес.-преп. состава. Брянск, 1994. — С.33.

64. Ольшевский A.A., Попкова Н. В., Сильченко И. А. Построение и оценка расчетных схем кузова грузового вагона рефрижераторной секции. // Механика вагонов. Брянск: Издательство БГТУ, 1998. -С.83−88.

65. Ольшевский A.A., Прасолов А. Н. Исследование свободных колебаний кузова автомотрисы АС-4 с использованием комплекса программ МКЭ. // Динамика, прочность и надежность транспортных машин. Брянск, 1997. — С.81−85.

66. Отчет по испытаниям пятивагонной рефрижераторной секции на ударную выносливость методом соударений, имитирующих 28 лет эксплуатации. / ПО БМЗ. Брянск, 1986. — 108 с.

67. Отчет по испытаниям пятивагонной рефрижераторной секции на ударную выносливость методом соударений. / ПО БМЗ. Брянск, 1987. — 102 с.

68. Пановко Я. Г.

Введение

в теорию механического удара. М.: Наука, 1977.-224 с.

69. Попкова Н. В. Возможность повышения точности расчетной схемы МКЭ путем введения новых типов стержневых конечных элементов. // Динамика, прочность и надежность транспортных машин. Брянск, 1998. — С. 119−122.

70. Прасолов А. Н., Ольшевский A.A. Оценка собственных частот сложных машиностроительных конструкций методом конечных элементов. // Динамика, прочность и надежность транспортных машин. Брянск. 1994. — С.39−46.

71. Расчет вагонов на прочность / Под ред. Л. А. Шадура. У.: Машиностроение, 1978. — 432 с.

72. Расчет грузовых вагонов на прочность при ударах. Блохин Е. П., Манашкин Л. А. и др. М.: Транспорт, 1989. — 230 с.

73. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов: Справочник. / Под ред. В. И. Мяченкова. М.: Машиностроение, 1989. — 520 с.

74. Сакало В. И., Ольшевский A.A., Шевченко К. В., Попкова Н. В. Развитие программного комплекса МКЭ и его применение в статических и динамических расчетах // Тез. докл. 54-й научн.-техн. конф. профес.-преп. состава. Брянск, 1998. — С.49−50.

75. Соколов М. М., Хусидов В. Д., Минкин Ю. П. Динамическая нагруженность вагона. М.: Транспорт, 1981. — 207 с.

76. Тертеров М. Н., Лысенко Н. Е., Панферов В. Н. Железнодорожный хладотранспорт. М.: Транспорт, 1987. — 255 с.

77. Тимошенко С. П., Янг Д. Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. М.: Машиностроение, 1985. — 472 с.

78. Тьюарсон Р. Разреженные матрицы. / Пер. с англ. М.: Мир, 1977. -189 с.

79. Устич П. А. Методика построения расчетной схемы энергетического оборудования рефрижераторных вагонов при их соударениях. // Труды Московского ин-та инж. транспорта. М., 1974. — Вып. 467. — С. 220−225.

80. Ушкалов В. Ф., Резников Л. М., Редько С. Ф. Статистическая динамика рельсовых экипажей. Киев: Наукова думка, 1982. — 360 с.

81. Фетисов О. В., Шахнюк Л. А. К уточнению спектра ударных нагрузок, воспринимаемых вагоном на сортировочных горках //Труды БИТМ, вып.24. Приокское кн. изд-во, 1971. — С. 34−39.

82. Шатров H.H. Метод конечных элементов в расчетах деталей тепловых двигателей. Л.: Машиностроение, 1983. — 212 с.

83. Шлюшенков А. П. Планирование факторных экспериментов в исследованиях динамики и прочности машин. Тула: Тульский политехничнский институт, 1980. — 100 с.

84. ЭЗ. Юрченко Ю. В. Динамическая нагруженность грузовых сппециализированных рельсовых экипажей при продольных ударных воздействиях. Дисс.. доктора техн. наук.. Днепропетровск: 1991. — 340 с.

85. Юрченко Ю. В. О расчетных схемах грузовых вагонов для исследования нелинейных колебаний при соударениях. // Проблемы динамики и прочности железнодорожного подвижного состава. Днепропетровск, 1983. — С.39−45.

86. Я годин С.К., Саутенков В. А. Изотермический подвижной состав. -М.: Транспорт, 1986. 192 с.

87. Яковлев И. Н., Шаповаленко М. М. Изотермический подвижной состав. М.: Транспорт, 1972. — 240 с.

88. Angelov I. Free-dimensional vibrations of carriage. // J. Theor. and Appl. Mech. 1995. 25, № 1−2. — P.40−52.

89. Kisiiovski J., Sowinski B. Investigation into the dynamics of the vehicle-track system treated as a continious-discrete one. // Proc. 2nd Mini Conf. Veh. Syst. Dyn., Budapest. Budapest, 1992. — P. 63−82.

90. Schenck H. Theories of ingeneering experimentation. N.Y., 1970. -382 p.

91. Suzuki Y., Shonan S. Theoretical analysis for flexural vibration damping method of rolling stock carbody. // Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. C. 1996. — 62, № 598. — P. 2132−2139.