автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Методика уточненого расета напряженно-деформированного состояния трехслойной несущей системы рамы грузового рефрижераторного вагона

рряиЫяй ордена "Знак Почета" институт транспортного машиностроения

• На правах рукописи

БОБРОВ Михаил Васильевич

УДК 029.463.12.023:633.4

МЕТОДИКА УТОЧНЕННОГО РАСЧЕТА НЛПРЯШШО-.ЦЕФОРМ!{РОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ТРЕХСЛОЙНОЙ НЕСУЩЕЙ СКСТЕИЯ РАКЫ ГРУЗОВОГО РЕФР!^.ЕРАТОП!ОГО ВАГ0]!Л

05.22.07 - Подвганоа состав гелезшх дорог и тяга поездов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Брянск - 19Ш

Работа выполнена на кафедре "Вагоны" Брянского ордене "Знак

Почета" института транспортного машиностроения

«

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники

РС$0Р, доктор технических наук, профессор Е.Н.НИКОЛЬСКИЙ

Официальные оппоненты - доктор технических наук , профессор

Б.Г.КЕГЛИН

кандидат технических наук , старший научный сотрудник А.В.ИВАНОВ

Ведущее предприятие - ордена Ленина -и ордена Трудового

Красного Знамени производственное объединение "Брянский машиностроительный завод" км. Б,И.Ленина

Защита состоится "13" декабря 1990 г. в 10-00 часов в ауд. 220 на заседании специализированного совета К 063.28.02 Брянского ордена "Знак Почета" института транспортного машиностроения по адресу:

241035, Брянск-35, бульвар им. 50-летия Октября, 7.

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке Брянского ордена "Знак Почета" института транспортного машиностроения.

Автореферат разослан "12 "ноября 1690 г.

Ученый 'секретарь

специализированного

совета

В.П.Тихомиров

ОЩЯ ШАШРНЭТШ РАБОТЫ

А к 7 у а й ь я о о т ь 7 о и у. В лгстоящэг грэия вздеча по'еовесс9!!стаов5ккэ пар.та рг$радератор:мго подэизмсго ооотвзе, яагкз^иив 5фф<л<тявностя пврвосаок и сохранности скоропортящихся груав& яе*яэтел зегь!« актуальнейа Сохраняв? сеос пераезтепвниеэ зкзчемкэ гопроси е.чнзе-няя мтриплоеикойтк нвоувдй конструкций лузееос ?! уагяйЧ'ек!?9 ЫФгремонтгйК срокоа вагонов. Зто чзяеанэ о ?з«, что впроясстроонйг «ээдвтея кругош яотрзбнтэяем таяяа, а ь сферо зкеплузтеиик существует гиачятэлыагй дфадт рвиоктаоЯ безу с^гдаоа ре^«28?атор!»го парка.

Кзкпязксиэму рзггннз зтта зздач. накйояез полно уда&летзоряв? • и»вдргня& з гкеплуат«5® рзфрягвргторкых эагеяеэ с нссу^й конотругиазЯ 1йпй трааолейней эссдочкя, В трэхалоПкый конструкциях ереляиЗ слой, надет овязвкнь'З с нарушили олояка, ¡гыпол-кла? пеекс-яыю фуккцаа: язяя*тся херовей теплогаоодшав: »ходит 5 состав яэсуввй конструкции -гузога; яо^гза« ивеувсуо способность наруздгх слоэв трехслойной оболочки и включает в работу внутрэп-ихъ сСдавху; оупестзс-нмо улучает герметичность кузова к езода? ¡г ианямуну коррозионную яоврэкдаеыооть неталлоконетрукцнн, что . позволяет сткеэатьгл от плгнс8а~предупредкт9льн0й скотеш ремонтов я перейтя на рсионт загонов по потребности.

Отат создйнял подобное конструкций у нас э стране к за руби-ПОЧ П0К6РЗЛ их высокую ЗффвКТКЗНООТЬ,

Больго! творческий вклад п сездешю конструкция данного тала рзфряжереторного нагона пркнадлеккт ПО "Брянский маияноотронтеяь-. ек2 завод", где разработав проект кувева п изготовлен опытный образец. Основные теоретические н окопериыентальные работы, по-слунявиие основой для рааработки техничаоких уоловий на проектирование и рзкоыекдаций о рациональных параметрах кузова и техно-

логии его изготовления , были выполнены ВНИИ вагоностроения, ВНИШГГ, Уральским отделением БНИИНГГ, ВНИИ синтетических смол. Ряд теоретических и экспериментальных работ выполнен кафедрой. "Вагоны" Брянского института транспортного машиностроения.

Несмотря на больной объем проведенных исследований, некоторые важные проблемы нуждаются в дальнейшем изучении. К ним, в частности, относится разработка расчетных схем и методов расчета с целы» детального анализа напряженного состояния трехслойных оболочек, что является основополагающим при совершенствовании конструкции вагона. Наименее изучено напряженное состояние рамы вагона, являэдейся наиболее нагруиенным и сложным конструктивным элементом. Этим объясняется, что в практике проектирования при расчете рамы кузова типа трехслойной оболочки ограничиваются приближенными расчетными схемами, не позволяющими решить вопрос об особенностях работы трехслойной плиты пола совместно с основными балками рамы.

Решение указанных задач определяет актуальность темы диссертации и основное содержание работы.

Цель диссертационной работы состоит в разработке методики уточненного расчета напряженно деформированного состояния рамы кузова вагона, имеющего несущую конструкцию типа трехслойной оболочки; и выявление особенностей работы трехслойной плиты пола,' подкрепленной продольными и поперечными балками.

- Общая методика исследований. В основу теоретических исследований положены разработанные методика и алгоритмы оценки напряженно-деформированного состояния трехслойных конструкций на базе метода конечных элементов (МКЭ) и метода последовательного Евделения областей с возрастающей густотой сетки конечных элементов (алгоритм Л.Л.Кожевниковой).

Достоверность разработанных расчетных схем н алгоритыоп оценивается сопоставлением результатов теоретических ксслодсзамнй с данными натурных я модельных экспериментов, а такяэ численными эксперимента«;.

Научная новизна работы состокт в следующей:

- разработаны специализированна расчетные схе!&!, позволяющие на баз? МКЭ и алгоритма Л.Л.Кояе-внакозоБ проводить при проектирования новых конструкций вагокоз подробный анализ напряаенко-деформированного состояния любой интересующей зоны вагона при различных вариантах нагрузенкя, включая нагрузки от давления колес автопогрузчика и внутреннего давления пенополиуретана (ГШУ) при заливке среднего слоя;

- прздлозен оригинальный вариант сочетания МКЭ н итерационного алгорятиа с использованием Форнул Кармана для количественной сцепка повызензд несшей способность' тонколистовой обпшвкн га счет подкрепляющего эффекта среднего слоя ГО1У.

Практическая ценность работы. Разработанная методика наела практическое применение при проектиро-. ваник на _ ПО БМЗ вагона типа "сэндвич" и ыояет быть рекомендована для использования на предприятиях, специализируюздахся ка выпуске трехслойных несущих конструкций.

На основании сопоставления напряженных состояний несущих конструкций кузовов вагонов с закладной изоляцией и типа лсэндвяч" сделан вывод о существенном подкрепляющей эффекте заливной изоляции я повышенна несущей способности тонколистовой обшивки. Показана возможность снкяения металлоемкости ракы кузова нагона.

Разработанные расчетные схемы позволили, в частности, рэиить две важные практические задачи: оценить применимость бесстендовой заливки блока рама-пол и исследовать влияние деффектов типа расслоений на напряяенио-деформированйое состояние элементов1

patas 5 а г-жа. •• -

f. Hp 0 б ÍÍ Ц S it p fi tí G Î i!, í>0t:05HiJf! рааДОАЫ {«С.0Т1' Д',1-

«MÜlilU И& ИеучН<М№ХНКЧ8СК8Х КОКфлряНЦИЯХ ПрсфесгорсКО-ПрйПОДй-МТвльойого соота&й EKÜtó f. iBS3-CS г.г.; нч Вс«-ссоэко£ -'йупь;-техикчаскоЁ кокфер-знциз ",'!;» разин?оя ейгонострюш^",

p, Носква» 1638 г. Лйоояртвмкя сбгу&двю s одойрснз ка зйседаявв Пйфгдру "вагоны" ^ГШа, ■

Пубяйкецв«. По резутетвн аесам.овак»й опу&зков»-ïc9 10 работ, Ма?эряел!ь Д8сс&рт«цяа вгдачоку в стчгти tío чзтцр*» иаучяо-косгадое&тбльсхаи paCovau.

О tí ь ô ¿ p a ö о ~ а. £хегерт<идо обмчдо iS7 огрвчац состоят es введения» дйтв rasa, oías« »аэодов, вкймографггавского опйсрй HS 6£ ивккэноэднйв s ¡ip&soseHsS:.

Й7ор вырезает йрйз«ат«ыгес?ь профессору, дл.к. В.П.Дозбя-.ноэу с дсцскту, й.т.н. В.Н.Сманоэу se тонеультацав по .содер»-■вш> лаосвртбЦЗй й иорадьку» солвареяу ва ьаклэчктел&нои syobo реботк, _ .

- С О Л Е F S А H И S РАБОТУ

- Б s г'д © й s е. СодзрзаЕЕ® его s оокогиси раскру£«шся пр» cmictóJUH ектуельиссТЕ t©ïâî.

В первой .гя:,85 ö прзеадёШ сваденяя о «онструи-* , ïisçaa а технологичной особенностях Kysouos влгоное с Htcysseä трехслойной ,оболочкой. Наиболее олсцнш гаемешгса кузсваэ езго-; кой'данного ткпа явматся рага, весуяед скотеиа которой -»кляч-лет трайСйоЛлуг иавту п<ш, .кедлрапленЕую продольная в воверёчшаа баягшщ. "реыа • сошеот^о с бтьыыа сте;-ндш а »фьедой oÇpssye?. еамкнутув о5ойочку и участвует с йоопрантав обдак дяя кузова из-гя&вдйх к йрутяфк моигягов, нормальных а перерезызаадах ем.

СтЛ8ЧКТ9Я1Нач GoeOífнность раку аостой* в той, Ht« ока восприми-aiwt See ^ch'-'SHM"? ывст1;ие наг-рузпк, обусяоа*«йны$ ?«сом золазно-ra ppvsa; йе^даваеш« »автосцвпяов} яавяойази кьд$о as-

тоцог^/йчяка при ашкшенйя вйгрузочио-вавгруаочм«« ргба*. Это ÎpcSyeî OÇûCcri В1ШаНКЯ ПрЙ ВЬЙорэ КОИСТруКЦКЙ ß ТаКЙОЛОЩЦ

ii| жоая го гниманяв otcyTorssn s отечественной евгоиестргз-яка 5!i'.iuys й ивдмиости адгеайойнц» сбвавй ППУ о зн«ангш» еясед s r-гчоний |с*г<> србяа аяуясы gifóKa, » «скодйыя доййкх на вразз-ïKpç?«.HHQ опытного аагонз ЦВ ШС прздусиотрая проазеодауь йроч-««¡тноз расчет uecyasß яомструмдан «ysoo® бза «чата йяшш ердр,-:toco 'ri s:;yrpo;:m-ro cß.ato. Следуй? по^чэр.теууь, МУО кздостйточ'йо 8« ?еяьке зопрзсн стврвнкй ПНУ а кадейкоотн адгчзкошй» связей, цо и вопросы, саяааткг с оцгниюа йёйря?.8»йд-дзфо|а»рс-

ганного ctscfôiiKM/i несущей ггонструицйй.

Бел:; г кастой««»; -ц^лч s стролтздьиоП ккхгннке ?агоког> mísss?-СК ОбаШ» уайввройяьимв И4Т0ДЫ ?0 «аДЁЧЯ ЙОЙКраттЦЧ»

SfiSapa целвсеебрааза» мриаитез етк* мэтпдов, псс?роома ргочгт-kwí oxea для шголкетм арзкгечвекех раочзтов «яйей» трггездой-кьк н^сущаа систги еще на жмучшш двобчодкйоро разгктад. Уонов-йсв pesem Äaaäöfl rícoSíe-иы йозбмнт яовает качество нровктиро«-саккя, Резу.'Л-татн уточкФйкого mannzt наяш^ниого сбстойиая г»с-иентсв трвхомЗкой rmtu пола owpasa»*' вог^заобт?» д^ькбЗзцй îêôpç«hî8ôttç< »сеяедавашкй да рмзвтж • <уп«>«ш&х »удач iluâîiKH яаджоота адгваксгя&ю cssasg eíces стар'-'Нйя ПП^. 3ïô подтвбргдаот йктуальнсоть тени дяссертйцмопиоЯ paeOïH,

Да;; г а э глсее i прнвздгпа4 крагакН oGsop з харйяторзоткяй прзхтЕГчесхкх к-5Т0Д0в, ьркизияаид да раечзта на прочность кро- -воо safûHos tana «рзксяоёшк сго?очэк,

В Н5стаед58 время спубянковзйо доотктечко иного работ, пооая—.

щенных аналитическим методам расчета трехслойных конструкций. Широкую известность в области строительной механики трехслойных пластин и оболочек получили работы А.Я.Александрова, В.В.Болотина, О.Н.Новикова, Э.И.Григолвкв, В.Н. Кобелева, Л;Ы. Куршина, Б.Ф.Прохорова, К.Штамма, Г.Витте а других авторов.

Сложность конструкции кузова вагона типа трехслойной оболочки существенно ограничивает возможность применения для оценки ее напряженного состояния аналитических методов. Некоторые из них могут быть использованы только для решения отдельных.частных задач.

Вопросам оценки напряженно-деформированного состояния трехслойных конструкций кузовов вагонов посвящены работы Е.Н.Николь-■ского, К.П.Пашкевича, В.И.Никишина, И.Н.Серпика.Т.Г.Крахыале-вой, Ю.Л.Ййлюкоэа к других авторов.

Анализ работ по строительной механике кузовок вагонов пока-гываот, что практические . уточненные расчеты напряненкаго состояния кузовов вагонов типа оболочек и, в том числе, подкрепленных трехслойных оболочек в целом возможен только на базе НКЭ. При этой обадость ЫКЭ позволяет решать н вопроса местной прочности кузова, исключая необходимость параллельного использования ранее разработанных аналитических методов для изучения напряжений н деформаций отдельных трехслойных длнт. Последнее делает МКЭ применительно к теме диссертации особенно привлекательным.

Необходимо отметить, что опыт применения МКЭ при расчете кузовов современных грузовых я пассажирских вагонов, накопленный во ВНИИВе, МЖГе, ЛШТе, БШе в др. организациях, показывает, что сам по себе этот метод для кузова в целом оказывается чрезвычайно громоздка«. К методам, расширяющим возможности и область применения НКЭ, иоано отнестк: » метод суперзлеиентов;

- ограниченна целей исследований и применение специализированных расчетных схем;

- метод последовательного выделения областей с возрастающей густотой сетки конечных элементов Г

- метод чередования основных систем.

В связи со сложность» поставленной задачи представляется наиболее целесообразным строить теоретические исследования на базе МКЭ с широк::*.: использованием упрощенных специализированных расчетных схем с ограничением цели расчета ч метода последовательного выделения областей с возрастающей густотой сетки конечных элементов. Для достижения цели., поставленной з диссертации, необходимо решить следующие вопросы:

1. Разработать последовательный ряд расчетных схем, позволяющих на базе },'.КЭ и метода Л.Л.Кожевниковой исследовать картину напряженно-деформированного состояния рамы рефрижераторного вагона трехслойной структуры,

2. Разработать алгоритмы к лрогракми для принятых расчетных схем и конечных элементов.

3. На основе разработанных расчетных схем выполнить:

- оценку влияния трехслойной плита пола на напряжения в продольных и поперечных балках рамы;

- оценку конструктивных вариантов оформления рамы вагона;

- расчет напряженно-деформированного состояния рамы вагона при эксплуатационных режимах и погрузочно-разгрузочных работах.

4. Провести расчеты трехслойной плиты пола при различных вариантах армировки среднего слоя.

5. Спроектировать и изготовить модель кузова рефрижераторного вагона на основе методов физического моделирования. Исследовать напряженное состояние рамы модели. Провести сопоставление расчетных и экспериментальных результатов для модели и сделать выводы о

йркемлйнооп: ргэработанкш; расчетных схеы.

6. На оонойгкии бкполнекних тгоретвчески* к экепериигктеаьна; исследований сделать вывода: об особенностях работы мсследуеао» области несущей конструкций кузова; о возиоаиых иэрэпрйя-пш по соверзокотйовакйй конотрукцим рела вагона,

Иссдддзьаккя проводились прй вя$дуад»: осноодя ограничения*: вадача о напрлгенко-д^йрыйрош^ннся состояний рёяы ¡»ваятся & прйдолак анкона Пука. вдеваие нагрузим принима»тся каазистйтйчес-. ними а соответствии о "йс-рмвмк.. В некоторых гяаьзх крове о*-авчонных вводятся допояавтеяькыа огргиичбиия, которые »говаривайте Й особе,

В главе 8 прмг-'домо ©лиезнк« раэработаино! ыетоднка кссяздсвйннб й коначйо&леыеитнцх расчетных скен кузезе вагону ротауадак досд пеошэтеяьного Быдеяення областей с шрас-газдой гуототсЗ сетки конечяик элементов»

йй первом йтапо кувой представляется в гиде едино« расчетной еха;1У (рас. 1,а), 0 рз®удьт£т& расчата на эксплумацаоннмб нагрузка оцр-йдэяиутся узловые ушая по линий сопряжения разд о оболочкой 5суэ©дй. Поокодьку дааа при'сравнительно крупной сетке йокэчак магнатов расчет куазр в езде трехедо'.-ноЦ оболочка остаемся аатруднотельиш, да хуёоьа в цэяси приуоиаял приведенная расчетная оУ.тй. Празс-д&икэ трзх^доЕкай оболочка' к однослойной шюяненэ са уодоаая прзвилэдевзд гипотезу Ккрхгофа о пряда но|>-шшк да слоев трзхсдеЗиой .

На второц бТйпэ расчета раиа, шэчш$ся трзиолойнур накзлъ ьода, рассматривается отдельна (рае. 1,6). Прн этом ргша иагруга-етол вкеош&ш эксплуатациоанымя нагрузками и -усилиями по лаакяы аадеяекая, определенна ка расчете по первой схеие, ' ' На урзтьем гтат рассматривается трзхмейкая пакзяь пола (р«о. ; и достаточно подробно аналнэяруйтея нйпряйбййоэ еоо?ойшга

il

ее элементов: нарукнкх слоев^ ППУ Еаянвки и доревянинх вринрущмх брусков,

Для того, чтобы о&цак расчетная схема кузова бань прувцлека для ровения поставленной задачи, достаточно обеспочкть нужку» точность опрадалапая усьлив по линиям выделения областей, Принято цо~ десообрааньы использовать комбинированную рйочйтьую схему, представляющую собой сочетание традиционных ?№ вагоностроения расчетных охен (обычно стержневых), которые успешно ноподькуьтся вг практике, с расчетными схемами, характерными для ИКЗ, кра представлении раны.

В принятой расчетной схеме баякп рамы моделируется стерзкяыа, работаовцшк на растягекяз-сжатке, кагиз к крученне. Боковые стоны с Крша, обрааущие П-образную оболочку, представлен: в ьаде сне-теиы своеобразных "стержней". Горизонтальный "стержень" а-а. &о-спронзБодкт способность оболочки сопротивляться вершеальиоау ка-гкйу, расгяаению-чжгт« к едчкгу; Этот "стгрггнь" расположи на уровне центра тяаестк пловздда поперечного сечеяия сбояочка в соединен с балкеш раиы связями к , абсолютно кесшшв ь плоскости Соко&ой степы. Способность трехслойной оболочки кузова сопротивляться де<|>ориацкяк изгиба в поперечном направлении учитывается окгтеыой "отераней" й , показанных на рис. 1 ,а ятрйховьш лишив®. При определении тс еесткостных характеристик учатьшались сторш1всн& яодарепллщкэ элементы кузова, наружная и г.нутргккяя обвнвкк а средний слой заливной й&оляции.

Пряеилемооть общей расчетной схемы оценивалась, в частности, соаостаайбниак полученных значений нааряаений в элементе* раны с результатам» расчета во более полной (контрольной) расчетной сха-

(рее. 1 ,г). Для удобства сопоставления результатов расчетов рада & сбекх слешах кузова вагона представлена одинаково.

В расчетше? схемах, ва 2 н 3 этапа* расчета (ркс.

М,а) нййяЯ и esp&üéñ и&рузяев слов сиодвяиромяи ноявчяшх эле-иектвьга б гид-» пслиоугольних ортатрспных пластик о 6-э стопеяяыя свободу з узле. Армкруздде дерэаяаиые брусгш представлены ьерти-кальньми пласти^аун-нб.чбранамп.«Ka оекойянйи: вияолкенных а две-сертацлк нееллдованип устлноглокл qoieíoútípasHOCTb пр-.шзкаиая ра-счотпоП ьздела ервдь'ого слой ППУ s в аде ss&eopa витальных продольных к поперечных плаогкк,

При расчэте .%кбк<гнтсв тржлойиой платы полз на даВстзив нагрузок от давления колес автопогрузчика на 2 к 3 згапах расчете йспользсеэку рэсчзгкуо сз<г«н, показанное яг« р:?о. 1 ,,4,8. Нак&'елво подробно в работе анАлизкрувтся ¿ушестзугазя кояотрукцкя- кузова, г которой зерхки? i!üpyar«.1 слоЗ трехслойной платы пыполйея кч досок. Аналк? прочнеем jificim пола выполнялся s следующей последовательности. На осногявий долуыеКи'Я с> щтрион огшравяи пдйтн пола из продольные уевлекйьй попвречаив белки рана !(3 расчетной сйот, ирявгдениой на рис, |,д, определялось наиболее невагйднеа йолосонкв кочее автопогрузчика. Sare'í зшолйДЛся расчет кусозд по обс-eS расчетной схеиз !:а действа« нойдоякь« угйг^Е, поэволаг»-шкй опр>вйели7р узловые уенлая по линий« вьдолокид ¿/ял*» для расчета раш кузове на 2 к 5 этапах. Разработанная последовательность расчетк?« схен позволяет подробно проаналигаров-ятэ Напря-агяноа состоянне несущих элементов раш вагона.

В качества основного Еичтслигелыгсго кнетрунента в рзботе использована програиаа расчета «есущх конструкций вагокоз ко ЙО, разработанная ва кафедре "Вагойы" БКТНа под руководством профессора Е.Н.Никольского (при участии автора). S главо 2 пригодится краткое опясавие прогрвиы и es осйоекьж особенностей, Дается рактерзотикй прййяябьак типов конечных элементов. Для представления в расчетных exéisax балок вгреыевного ев<шня предлагается использовать отергневоЗ конечный злецеят, показанный fia рис, 2.

Для учет? эксцентричного соединения с обшивкой по Концам элементе введены яесткие консоли высотой и А2 . Принято , что стернень работает на растяжение-сжатие, сдвиг, кручение и изгиб в вертикальной' и горизонтальной плоскостях. В диссертации приведен алгоритм построения матрицы жесткости, основанный на матрично-алгебраическок методе сил. На основании численных экспериментов показана эффективность использования предлагаемого типа конечного элемента.

Третья глава посвящена обоснованна разработанных расчетных схем и методики расчета напряженного состояния раш.

Приемлемость общих рас-;£ТЯ:с: ехеы кузова (комбинированной и контрольной) оценивалась путем сопоставления результатов расчета, приведенных а диссертации, с данными катуркчх испытаний кузова опытного грузового вагона, выполненных отделом главного конструктора по вагоностроению ПО ВЯЗ совместно с ВНИИ вагоностроения. Как показали выполненные сопоставления, максимальное расхоядение результатов эксперимента и расчета для стержневых элементов рамы не превышает 30^.

Для обоснования разработанной" расчетной модели среднего слоя использовалась данные, приведенные в литературе, об аналитических реигииях а результатах экспериментального исследования некоторых вариантов трехслойных панелей. В диссертации выполнена расчеты натурных образцов трехслойных панелей с различной армировкой среднего слоя, для которых в Уральском отделении ВНИИЖГ ранее получены экспериментальные данные о распределении напряжений и деформаций при действии местных нагрузок. Были выполнены также ' расчеты трехслойных панелей, для которых профессором А.Я.Александровым получены аналитические зависимости и определены прогибы и напряжения а среднем и наружжх слоях.

Fhû, 6

Вызывает интерес сопоставление вычислительных особенностей расчетных схем с использованием предлагаемого подхода и моделированием среднего слоя объемными конечными элементами. С этой целью выполнены расчеты трехслойной коксольно защемленной балки. Расчет балки, в котором средний слой моделируется объемными конечными элементами, выполнялся с использованием вычислительного комплекса гаДЛБ-80, разработанного на кафедре "Динамика и прочность машин" БИТМа. Возможность, использования комплекса автору был& любезно предоставлено доцентом, к.т.н. Б.И.Овсием.

Численные эксперименты к сопоставление результатов расчетов с данными натурных испытаний позволили сделать вызод о приемлемости разработанной методики и расчетных схем для оценки напряаенно-дефорыировянкого состояния трехслойной конструкции рамы вагона. Пек этом отмечается достаточная простота предлагаемых расчетных схем, высокая наглядность и применимость для исследования трехслойных конструкций практически любой структуры, что является весьма актуальным для использования в заводской практике.

В четвертой главе приведены результаты модельных испытаний кузова вагона.

Проектирование модели кузова и методика проведения эксперимента базируются на общей теории подобия. Исходными условиями физического моделирования для исследуемого класса объектов приняты; геометрическое подобие модели и натуры, однотипность применяемых материалов и одинаковые законы распределен;:.'; внешних нагрузок.

В диссертационной работе предлагается своеобразная методика экспериментального исследования напряженного состояния модели кузова вагона, предусматривающая последовательную "реконструкций" модели, смысл которой заключается в следующем:

1. Изготавливается модель наруюгоИ металлоконструкции кузова (наруаний слой трехслойной оболочки), которая за счет подкрепля-

ющах стс-раковых элементов способна воспринимать существенные внешние нагрузки (1-Я эяркант).

2. Из блоков затвердевшего ППУ о необходимыми зесткостными параметрами вырезаются плиты, моделирующие средний слой. .Для обеспечения плотного прилегания плиты подгоняются по месту я приклеиваются к нарузноЯ обшивке (2-Я вариант).

Разница в картине напряженного состояния первого н второго вариантов моделей позволяет сделать вывод о влиянии слоя ППУ.

3. К среднему слою приклеивается внутренняя обяивка. В этом случае модель соответствует кузову загона, киевщему трехслойную оболочку. П качестве чнутрениего настала пола э модели используется фанера толщиной 7 иы (3-й вариант).

4. Верхний нарулний слой трехслойной плиты пола разрезается з поперечной направления на полосы шириной 20 ыа, что соответствует конструкции рамы с настилом пола из досок еирииой 130 т (4-й вариант).

Так как зее четыре варианта модели исследуатся при одинаковых схеыах наклейки датчиков на кяругких слоях и вариантах внешних кзгрузоя, то наглядно вменяется влияние на распределение напря-нений а элементах неруяней' металлоконструкции кузова вагона добавляемых слоев.

5 глазе 4 приводится описание конструкции чоделн кузова рефрижераторного загона н особенностей технологии ее изготовления, обосновывается принятые схеиь наклейки тензодатчиков и варианты схем внешних нагрузок.

На основании исследований четырех вариантов моделей получены экспериментальные эпюры напряжений в гладком стальном листе раш н в продольных и поперечных балках. На рис. 3 приведены эпюры экспериментальных и расчетных напряжений в средней сеченин кузова при действии на модель продольной растягивающей нагрузки по осям

автосцепок равной 8 Кн. Опэру ср^дхнных ¡¡апрдйвциЯ для мриантой моделей кузова 1, й й 3 отмечены иа рас, 3 цифрами 2 а 3 соответственно, Под иомороц 4 приведена зпвра расчетных шшряаенвЗ

рнактй додала куэозе (верхний слое треясдойноб плиту выполнен кз , Досок) получены результату, практически '¡'дчна соэпадга©яе с аиалб-гйч:;ук!1 данными испытаний 2-го ир^нт иодми уаоке.

Праведонкыо результата свидетельству»? ос удовлетворительное • йоатййтствиц расчетных к окспвриив'нтадышх дакных, бйспвриыскталь-:а>ц путей еылмйн подкршшэдй с-ф^екх' аср.йялктеля 8 поаизелне сучей способности гладкого «тельного лкста. Наличие трехслойной елкты коле при&едит к ¿иисШ№ напрдшкй е етврбиввьк элементах раза.-!,

В п « ? с 8 Рйвз® ГфКбЗДейУ результаты притомим раа-раЬ'отеаноЗ штодики для рС'йоцйя рим меньк практических задач. .

Для швчоотс&нноз оценки подкрепляющего аффекта гапелхате^ йредпагтея оригйЬййвКЫЙ. подход, основанный ка сочетаний ШЭ к атграциоиногв глгорутна Кбраана.Пв комбаяарое&ннбй расч«тиой т кшоййвкй дзр в&рйвйиь хувоаа, втлйчьвджол только

типом теплсазаллцггй рт.'. П&рйыЯ »ариаят сеотшстьубт кузову о ййнладной авалкцаей» - кейотрукцда Тййв "саадак". Р&ачаш а&рйсго в&рнаийа кеаетрукцкв шаяшишоь е учмоа го&кзкоЁ вме-

• щ уе?о2чй£оо?к топкой яйстойоё оь'ЕНВкИ роли. Ь етом еаучгб ъ ра-

■ о

счетное сечаяйе ббоднтел вея 5 , •>. вг нркм-

декиая часть ^ , спргдеяаб*ай червь ко^-Щйеат

Заачте ■рздущао&ки'о козффйцнбыт-а вачйСяягтся по формуле

для подола с трехслойной плитой на раме, Пра аспыт&иклх 4-го ва-

( I )

¿С„., - язп'гязгнч.н з яоакт.!'-пдя?.»1йХ стенгиелуд »ламеятах. В первой пр*бляз«ния лля аякелсй кранйямтся <" / , т.е. «Казака зкльч?.втоя г. расчеткуз саму полностью, Расчет р-кгона да-щ оиач?!1йя чзпрляакзЗ с хрэЗтосоВ балчс Й обэязко рак«.

» !>к(, , »'с по { 2 ) выч80.1яо7ся радуйцзонкно

коэ$4нця«ат« , г?с.-?ед««аа дм второго шага' а т.д.

Сеобеиаог.тыо яреддогввчого подхода- явдяатся то, «то з расчете 'рдударуетс* не ввряиа ебдаака, а толшиа' £ . Это существом» нсп^льзоранпо процедуру МКЗ. Прз зтоы- велччнио нормаль-¡;оЗ РИЛЫ. О&ЧИЭВО:! 3 рвДуЦМРОПй1{КО« С8Чг«ЯЯ, пр,5

•'■¡•боя:: подходах одзнеясга

Л-' - « « . < 3 }

Пру рэсчэте второго б^рчаитй ¡Г/39.Т5 а расчетную схему о&юка вхдачалаг!» подео&ткэ. учтем*«* грэдззЗ слой ПШ' я доска пота. В* ряо. л показаку «:гУ5йгнз.1 хоэффтш'шоэ редуцаро- «

нанад дгл о&тею н кокцеаоз Ш я среда!! (2) чыпх Г,т$~ ращонгай 5рзкгсг сходятся достаточно й-'стро. Сояооуазясяйз эультатоз сзсчетсз! яоказдо»?,' что в коиструтеш "саидйнч" направляй в (ншах укюмютоя ял 15,, ,8$ по еряпнэнич о о»ряЗ-йоЗ ЙОНОТруКЦПЗЗ рГЛ» О «КЛДДЙОН цзегяцчеЗ.

В сроцесс9 язготовлаявд а эшшуатациа вагого всамсяяо овра-. зовякяе дефгктов, ара которое яронозюдот расслоение трехслойной оболочка. Как показали ¡»следования, яарактериотад« .напряженного

С00Т0ЯК8Я КОЙСТРУКЦЯЯ О Двф?КМ1Я 0УЙ90?9?ИН0 ОТЛЯЧЯЯТОЯ от осот-

ззтотвуюш карактеркстяк бейдофоктяой конструкцая. Поэтому иеоЗ-кодеост?? уча?;», зозмоиого сЗразсэаияп дефекте а ткиа раесдоэниЗ чри яро»ктяроваяя трвхолойшх яояетрукцхЯ долена <5ать яоотаэлака

ВЯ ОДЯ'? ЕЗ ВОрйКХ УбСТ,

3 работе ясяользуотсл азееотшЯ подход, к оценке, влияния дефек-

tob, основанный на вычислении безразмерных параметров <Р- , раь-ных отношению характеристик напряаенно-деформмрованного состояния конструкции с расслоениями к аналогичным характеристикам бездефектной конструкции. Приближение параметров ¥} к единице свидетельствует о снижении чувствительности конструкции к дефектам.

Моделирование дефекта а расчетной схеме осуществлялось путем задания модулей упругости материала конечных элементов, представляющих ППУ в зоне отслоения близкими к ну«о. Такой подход используется , а частности, в работах О.Зенкевича. На рис. 5 приведены зависимости параметров чувствительности по перемещениям доски пола от толщины нианего стального листа <Г (i), модуля сжатия (2) и модуля сдвига Gc (3) ППУ, высоты среднего слоя С (4). Получены аналогичные зависимости коэффициентов чувствительности по нормальным н касательным напрянениям в заполнителе и наружннх слоях. Результаты могут быть использованы при проектировании для выбора параметров трехслойных конструкций, при которых сливается кх чувствительность к расслоениям.

-Выполнена прочностная оценка воэыоаностн бесстендовой заливки блока рама-пол и крепления досок настила пола. Использование полученных результатов существенно снжеает трудоемкость изготовления конструкций и способствует ускоренному внедрении в серийког производство вагонов с кузовами в технике "сэндвич".

На основании расчетов несущей конструкции при действии на ку-зЬв эксплуатационных нагрузок выявлены особенности распределения напряжений в ГШ и наружних слоях трехслойной платы пола и сформулированы рекомендации по совершенствованию конструкции блока раыа-лол кузова грузового рефрижераторного вагона. На рис. 6 приведены эпюры распределения расчетных нормальных напряжений по высоте среднего слоя в зоне действия на доску пола давления от колеса автопогрузчика.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТУ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Б диссертации разработан вариант методики расчета напряженного состояния кузова грузового вагона рефрижераторной секции, шполненного з виде трехслойной оболочки. Разработанный вариант методики направлен на уточненный анализ напряжений в элементах рамы кузова. С этой цель» построены алгоритмы и совокупность спе-диализированных конечно-элементных расчетных схем, в основу которых положен иззестныП способ последовательного выделения областей о возрастающей густотой сетки конечных элементов (алгоритм Я.Л.Кожевниковой).

2. В работе впервые предлозеио и использовано сочетание кэто-га конечных элементов с итерационным алгоритмом Кармана для оценен эффективности включения в работу тонкой листовой обшивки раиа гузоэа вагона, подкрепленной ребрами жесткости,

3. Разработан (в соавторстве) программный комплекс расчета !о И10 вагонных конструкций, составленных из разнородных материа-юв. Программный комплекс зарегистрирован в ОФАП СССР.

4. На базе разработанной методики выполнены исследования, изволившие:

- количественно оценить подкрепляющий эффект заполнителя и ювкшение несущей способности гладкой обшивки рамы;

- дать практические рекомендации о возможности заливки бло-:а рема-пол кузова впгона без использования специального стенда;

- выбить особенности распределения напряжений в элементах рехмойней плиты п'пла рефрижераторного вагона ог эксплуатацион-ых нагрузок, включая давление колес автопогрузчика при выпол-ении погрузоисо-разгрузочных работ;

- оценить эффективность различных конструктивных вариантов рехеюйпой нлитн п»ла р°.мы вагона;

- определить пути снсвзяал чувстасттиоотй коиструкцав трехслойной плат« г появшйз девятое тала рЕселоений,

Б. Ешойкениыб сосладоракая поааоявла сфорыулирот;. счэдус-Бйо основные рекомендация по еоьерйекстЕосанйэ конструкция (злоке река-пол куеоса рг$р.чгерзтерного вагона:

- при шэотс продеяьнщ; брусксх ьрияровкс руа нря-конййие досок тоадиой 40 ьа ®«®сто 45 ю. что гкэвизлэитио эк«ь коаяо 0,20 куб;и дрсссскны на ! оагои;

- уненьв&кка толщены гладкого стального ласта о & до ».в мл ■ дает экономно В40 кг кзтмла к& 1 сагой;

- наиболее целесообразна явяя«тоя варкант ронетрукш!« трек-слойкой плиты поле о гзркнеа :гг.руйнг;я елеен ае фанеру тояевмой 80 ш. Пр» «том дошчество прадед«;® дервшпжя брусков согвт бать ушкьогно до 4.

6, РавраеотанниВ с диссертации пакет йрккладяах программ ресчсте иесуда: коаструкшШ ввгоюв ва прочность но ККЭ изедеа ь епытяув зкеплуатацй» на кяфгдо ''Вагона" ВИТКа е состава учебао-коследоьатеяьской САПР, виподшшой в соответствии с постгкозяс~ нком ГШГГ г. АН СССР Н Б78/137 от 10.11.85 ио гене 0.80.03 {раздел 03.23/.) "Создать и ебвзтв б опыт кун ¡эксплуатация в Брянской

институте трйкоаэртного Мйгшностровнкя учвбн^-исаледоЕзтельскув

<

САПР лопоиствсоз в загонов".

7. Разработанная ыотодйка кссолкаоаоко не ПО БМЗ при проектирования опытного грузового рефрижераторного вагона в дает »ко-иокячеокяй зффэгп (по акту ПО Е£2) в еууао 2,6 тыс, руб. па одну пятквагоннуо с»кцнв. .

Основное содэриоииз диссертации опубликовано в работах:

1. Бобров М.Б. Примера расчетных схем для анализа напряденного состояния рамы рефрижераторного вагона с несущей конструкцией типа трехслойной оболочки// Вопросы строительной механики кузозоз загонов. - Брянск, БИТМ, 1S83. - С. 78-87.

2. Бобров М.В., Лукашук B.C., Горбатов Ю.В. Экспериментальная оценка влияния трехслойной плиты пола на несущую способность листа рамы рефрижераторного вагона// Повышение прочности узлов и элементов вагонов.- М., 1983.-С. 14-16 (ЦМИТЭИТШМАЕ, 5-83-19).

3. Бобров М.В., Крахмалаза Г.Г., Серпик И.Н. Результаты расчета напряжений з балках рамы кузова рефрижераторного аагопа// Повьшзние прочности узлов л элементен вагонов,- М.,1983.-0.12-13 (ЩЯМТ31ПЖМАИ, Б-83-1Э).

4. Лукашук B.C., Крахмалена Г.Г., Бобров М.В., Кузнецов A.J3. Влияние слоев на напряженное состояние наружной оболочки кузова рефрижераторного вагона типа "сэндвич"// Повышение прочности уз-"лез к элементов загонов.-Ы. ,1683.-С.7-9(ЦЖШ1ГГЯ£МЛИ, 5-83-19).

5. Бобров М.В. Влияние трехслойной плиты пола кузова рефрижераторного вагона на напряжения в поперечных и продольных балках рамы// Транспортное машиностроение. - П., 1983. - С. 10-11 (ЦНИИТЭИТЯШАШ, 5-83-15).

6. Бобров М.В., Кража лева Г.Г. Определение матрицы жесткости конечного элемента для прямолинейного стержня переменной жесткости// Вопросы исследования и испытания вагонных конструкций. -М., БНИИвагсностроения, 1985. - С. 110-119.

7. Маргацкая Н.В., Бобров М.В. Оценка чувствительности трех-—слойной плиты пола кузова рефрижераторного вагона типа "сэндвич"

к дефектам типа расслоения// Транспортное оборудование. Отечественный опыт.- М., 1986.- Ц.8-9 (ЩШИТЭИТШМАШ, серия 5, вып. 8).

?А

8. Ннкояьсри! Е.Н., Сорокина C.B., Крахиаяевэ Г,Г., Иысю-

У

тян A.i]., Aïpoaaiitto 8.А., Бобров M.В., Кузнецов A.D. Номлекс програны для расчета вагонках конструкций методом конечных эле-уэито?. - ОтраслсвоЭ фонц алгоритмов я прогрев СССР, H М87253 от 24,1£,В? г.

9. Крбхыаябва Г.Г., БоброЕ М.Б. Расчетная оценка эсамоаноств С&сстендоЕоВ аалнвка блока рама-иол рефрг'лераторного вагона типа "мндвич"// Перспектагы раэаягЕй вагоностроения: Тезисы докладов Рсесоюзной научко-техначеоаоЗ конференции.- У., ЕЧКИБ, 1983. -С. Ш-125.

10. Бобров М.В..Праходько û.ft. Расчэтная схема среднего слоя трехслойных пласткв и оболочек// Передовой произеодстЕенкый опыт s ноучно-техническяе достндгнпя а тягелои,энергетическом и транспортном машиностроении. -М., 1983. - С. 41-42 (ЦНИ/ГГЭНТЯШИ, выя. 5, 1-63).

Подписано в печать 05.11.90 Бумага типографская N 2 Уч.-изд, л. 1 Т, Ш

Формат 60x84 1/16

2 Офсетная печать

Т, 100 зкэ. Заказ 728

Печ. л. i Бесплатно

Брянский ордена "Знак Почета" институт транспортного машиностроения

241035, Брянок, бульвар им. 50-летия Октября, 7

Подразделение оперативной полиграфии БИТМа, ул. Институтская, 16