автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Оптимизация кузовов грузовых вагонов открытого типа с несущим полом

4859282

На правах рукописи

БЕЙН Дмитрий Григорьевич

ОПТИМИЗАЦИЯ КУЗОВОВ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ ОТКРЫТОГО ТИПА С НЕСУЩИМ полом

Специальность 05.22.07 - «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация»

1 О НОЯ 2011

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Брянск-2011

4859282

Работа выполнена на кафедре «Вагоны» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Брянский государственный технический университет».

Научный руководитель

Доктор технических наук, профессор Лозбинев Владимир Павлович

Официальные оппоненты

Доктор технических наук, профессор Сакало Владимир Иванович Кандидат технических наук Синицын Владимир Владимирович

Ведущее предприятие

ЗАО научная организация «Тверской институт вагоностроения»

Защита состоится «б» декабря 2011 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.021.04 при Брянском государственном техническом университете (БГТУ) по адресу: 241035, Брянск, бульвар 50-летия Октября, 7, ауд. 220.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет».

Автореферат разослан «1» ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

С.Л. Эманов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Грузовые вагоны открытого типа (полувагоны) являются одним из самых массовых типов вагонов, эксплуатирующихся на территории Российской Федерации. Наибольшее распространение получили четырехосные полувагоны, имеющие разгрузочные люки.

В последнее время увеличивается количество четырехосных полувагонов без разгрузочных люков (с глухим кузовом), предназначенных для разгрузки на вагоноопрокидывателях.

Полувагоны являются наиболее повреждаемым видом подвижного состава. Одна из причин высокой повреждаемости заключается в неизменности ряда конструктивных параметров конструкций кузовов при постепенном росте величин действующих нагрузок.

Одним из таких параметров является расстояние между стойками боковой стены. В универсальных полувагонах указанное расстояние определено размерами стандартизированной крышки люка. Однако в полувагонах с несущим полом расстояние между стойками боковой стены может быть иным, так как не требуется размещать стандартные крышки люков. Для таких вагонов важной является задача по определению оптимального количества продольных, поддерживающих пол балок рамы и определению оптимальной структуры обшивки боковых стен.

Для полувагонов актуально проектирование конструкций с минимальной массой. При оптимизации по критерию минимума массы напряжения в несущих элементах приближаются к допускаемым значениям, поэтому особенно важно иметь уточненные расчетные схемы кузовов вагонов.

В связи с отмеченным, уточненный анализ напряженного состояния и структурно-параметрическая оптимизация боковых стен и рамы кузовов грузовых вагонов открытого типа с несущим полом являются актуальными задачами.

Цель работы - совместная структурная и параметрическая оптимизация боковых стен и рамы грузового вагона открытого типа с несущим полом.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи.

1. Разработаны математические модели кузова полувагона с несущим полом.

2. Проведен уточненный анализ напряженного состояния кузова.

3. Разработан алгоритм совместной структурной и параметрической оптимизации боковых стен и рамы полувагонов с несущим полом.

4. Разработанный алгоритм применен для оптимизации боковых стен и рамы кузова полувагона с несущим полом под осевую нагрузку 25 т/ось.

В диссертационной работе приняты следующие ограничения.

1. Расчеты проводятся в рамках упругих деформаций материалов.

2. Действие основных расчетных нагрузок рассматривается как квазистатическое в соответствии с нормами для расчета и проектирования вагонов.

3. Структурная оптимизация ограничена определением оптимального расстояния между стойками боковых стен, оптимального количества продольных, поддерживающих пол балок рамы и определением структуры обшивки боковых стен; параметрическая оптимизация - определением оптимальных параметров несущих элементов боковых стен (включая гофры), поперечных балок рамы и поддерживающих пол балок рамы.

4. Не оптимизируются габаритные размеры кузова. Они считаются заданными с учетом требуемого объема для перевозки груза.

Общая методика исследований. Расчеты металлоконструкции кузова проводились с использованием современных методов математического моделирования, реализованных в расчетном программном комплексе метода конечных элементов (МКЭ). Для этого были разработаны и верифицированы конеч-ноэлементные модели кузова полувагона. Для определения нагрузок, вызывающих максимальные напряжения в несущих элементах кузова, и для определения дискретного влияния несущих элементов проводился уточненный анализ напряженного состояния кузова. Далее на основе известных методов оптимального проектирования конструкций был разработан алгоритм совместной структурной и параметрической оптимизации боковых стен и рамы полувагона с глухим кузовом. Разработанный алгоритм применялся для оптимизации кузова полувагона с несущим полом под осевую нагрузку 25 т/ось.

Научную новизну диссертационной работы составляют:

1) алгоритм совместной структурной и параметрической оптимизации боковых стен и рамы полувагонов с несущим полом;

2) вариант моделирования подкрепленных панелей обшивки с использованием модифицированных пластинчато-стержневых моделей МКЭ и разработанные конечноэлементные модели МКЭ;

3) результаты уточненного анализа напряженного состояния несущих элементов кузова полувагона;

4) анализ влияния боковых нагрузок и изогнутости листа несущего настила пола на напряженное состояние несущих элементов кузова полувагона.

Достоверность результатов работы. Проверка результатов расчетов осуществлялась путем сопоставления полученных результатов с опубликованными результатами натурных экспериментов и научных работ других исследователей (изложенных в научных статьях, материалах научно-технических конференций, авторефератах диссертаций), а также путем проведения численных экспериментов на тестовых моделях.

На защиту выносятся:

1) конечноэлементные модели кузова полувагона с несущим полом;

2) результаты уточненного анализа напряженного состояния несущей системы кузова полувагона с учетом боковых нагрузок и изогнутости листа несущего настила пола;

3) алгоритм совместной структурной и параметрической оптимизации боковых стен и рамы полувагонов с несущим полом;

4) результаты оптимизации боковых стен и рамы полувагона с несущим полом под осевую нагрузку 25 т/ось.

Практическую ценность работы составляют:

1) алгоритм оптимизации и полученные результаты оптимизации боковых стен и рамы полувагона с несущим полом под осевую нагрузку 25 т/ось.

2) рекомендации по уточнению напряженного состояния несущих систем кузовов полувагонов;

3) предложенный оптимизированный вариант конструкции кузова полувагона с несущим полом.

Реализация результатов работы. Алгоритм оптимизации кузовов полувагонов с несущим полом и результаты уточненного анализа напряженного состояния кузовов полувагонов приняты к использованию в отделе Главного конструктора ОАО «192 Центральный завод железнодорожной техники».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на семи международных, всероссийских и региональных научно-технических конференциях: на IV Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития вагоностроения» (г. Брянск, 2008 г.); на Международной научно-практической конференции «Наука и производство 2009» (г. Брянск, 2009 г.); на Международной научно-практической конференции «Состояние, проблемы и перспективы автоматизации технической подготовки производства на промышленных предприятиях» (г. Брянск, 2009 г.); на Региональной научной конференции студентов и аспирантов «Достижения молодых ученых брянской области» (г. Брянск, 2009 г.); на Региональной научно-практической конференции "Приоритетные направления современной науки: фундаментальные проблемы, инновационные проекты" (г. Брянск, 2010 г.); на Международной молодежной научной конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых» (г. Йошкар-Ола, 2010 г.); на V Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития вагоностроения» (г. Брянск, 2010 г.).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 12 печатных работ, из них три в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста и включает 45 рисунков, 16 таблиц, список литературы из 130 наименований и 2 приложения на 4 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, указана научная новизна, приведен краткий обзор структуры диссертации, перечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор работ по уточненному анализу напряженного состояния кузовов полувагонов и обзор работ по оптимизации кузовов вагонов, указана цель работы, перечислены основные задачи и ограничения.

Значительный вклад в решение задач по оценке прочности несущих систем кузовов вагонов внесли A.A. Битюцкий, Е.П. Блохин, А.П. Болдырев, Ю.П. Бороненко, В.М. Бубнов, C.B. Вертинский, H.H. Воронин, Т.В. Ивашова, Б.Г. Кеглин, С.Н. Киселев, А.Д. Кочнов, ВВ. Кобищанов, ВН. Котуранов, В.А. Лазарян, В.Ф. Лапшин, В.П. Лозбинев, Ф.Ю. Лозбинев, C.B. Мямлин, E.H. Никольский, Л.Н. Никольский, H.H. Овечников, М.Н. Овечников, Д.Ю. По-горелов, В.И. Сакало, В.И. Светлов, И.Н. Серпик, A.B. Смольянинов, М.М. Соколов, A.B. Третьяков, П.А. Устич, В.Н. Филиппов, A.A. Хохлов, В.Д. Хусидов, Ю.М. Черкашин, Л.А. Шадур, A.A. Юхневский и другие.

Исследованием напряженного состояния элементов конструкции полувагонов и совершенствованием методов проектирования и расчета занимались

A.Е. Афанасьев, И.А. Афанасьев, А.Ю. Богачев, H.H. Воронин, А.П. Горбенко, Р.И. Зайнетдинов, Л.В. Заславский, С.А. Кузнецов, Е.И. Мироненко, А.Э. Пав-люков, Г. Г. Ултургашев, В.Ю. Шувалов и другие ученые.

В рассмотренных работах большое внимание уделялось выбору рациональных параметров несущих систем кузовов полувагонов, задачам динамики подвижного состава, совершенствованию методов расчета и оценке параметров прочности, эксплуатационной нагруженное™, устойчивости, усталостной прочности несущих элементов. Остаются актуальными задачи по уточненному расчету кузовов полувагонов на боковые нагрузки, анализу напряженного состояния несущего настила пола с учетом начальной изогнутости, анализу напряжений в обшивке боковых стен от сил распора сыпучим грузом.

Большое количество работ посвящено оптимизации конструкций вагонов. Вклад в данную область исследований внесли A.M. Бабаев, В.В. Лукин,

B.М. Макухин, В,П. Медведев, М.Н. Овечников, О М. Савчук, В.В. Сарычев, Ю.Ф. Тарарушкин, В.А. Царапкин и другие исследователи.

Отдельный этап развития теории оптимального проектирования применительно к кузовам вагонов связан с работами ученых г. Брянска. К ним относятся работы A.B. Алексейцева, ЕВ. Афониной, М.А. Булычева, Е.С. Ефименко, A.B. Конова, А.Ю. Кузнецова, Н И. Кузьменко, Я.И. Кульбовского, Ф.Н Лев-ковича, В.П. Лозбинева, Ф.Ю. Лозбинева, Я.А. Лукина, A.A. Милаковой, А.П. Мысютина, И.Н. Серпика, C.B. Сорокиной, А.И. Тютюнникова, Ю Л. Фи-люкова.

Применительно к полувагонам, упомянутыми авторами разработаны различные методы параметрической оптимизации несущих элементов каркаса. Нерешенными остаются некоторые задачи совместной структурной и параметрической оптимизации несущих систем кузовов полувагонов с несущим полом. К таким задачам относятся определение оптимального количества стоек боковых стен и количества продольных, поддерживающих пол балок рамы, определение оптимальной структуры обшивки боковых стен.

Во второй главе разработаны математические модели кузовов грузовых вагонов открытого типа с несущим полом.

Рассмотрены различные варианты моделирования подкрепленных панелей обшивки кузовов вагонов.

С целью повышения точности результатов расчета напряжений в обшивке предложена модифицированная пластинчато-стержневая модель МКЭ, в которой в сечение стержневого элемента включена часть обшивки на ширине стержня. Граничные узлы пластин, расположенные на линии края стержневого элемента (сечение которого включает часть обшивки), предлагается соединять с узлами стержневого элемента, расположенными вдоль нейтральной оси стержня, путем введения дополнительных абсолютно жестких связей между упомянутыми узлами (рис. 1).

Для проверки возможности применения модифицированных пластинчато-стержневых моделей проводился расчет тестового примера. В тестовом примере рассматривалась панель боковой стены полувагона, к которой была приложена нормальная нагрузка. В рассматриваемую панель включалась стойка и участки обшивки до середины пролетов.

Определялись напряжения в обшивке. Расчет проводился на пластинчатой, модифицированной пластинчато-стержневой моделях и типовой пластинчато-стержневой модели, в которой часть обшивки не включалась в сечение стержневого элемента.

Рис. 1 Фрагмент модифицированной пластинчато-стержневой модели (показана геометрия несущих элементов) : I - конечные элементы-пластины; 2 - конечный элемент-стержень, в сечение которого включена часть обшивки на ширине участка примыкания обшивки к стержню; 3 - нейтральная линия стержня; 4 - жесткие консоли, задающие эксцентриситет стержня по отношению к пластинам; 5 - узлы конечноэлементной сетки; б - абсолютно жесткие связи

а, МПа

б

\ N

/ ч<

ч

/

/

\

V

Из графика (рис. 2) видно, что напряжения в обшивке, полученные на пластинчатой и модифицированной пластинчато-стержневой моделях, практически совпадают.

Преимущество модифицированных пластинчато-стержневых моделей - возможность проведения уточненных расчетов напряжений в обшивке при относительно малой трудоемкости создания моделей.

Для решенья задач по анализу напряженного состояния кузова полувагона разработаны детальные пластинчатые модели МКЭ, моделирующие 1/4 часть кузова (рис. 3) и 1/2 часть кузова по длине.

ш

" , < Г:

Ü

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

№ исследуемых конечных элементов (пластин) обшивки от верхней обвязки до нижней обвя зки

Рис. 2 Графики эквивалентных напряжений в обшивке боковой стены вдоль стойки от верхней до нижней обвязки, полученные на: а - пластинчатой модели, б - модифицированной пластинчато-стержневой модели, в - типовой пластинчато-стержневой модели

В зависимости от задач, модели различались наличием или отсутствием гофров боковых стен, листа пола, начальной изогнутости листа пола. Прототипом для расчетной модели выбран полувагон с глухим кузовом грузоподъемностью 71 т. Для решения задач по оптимизации кузовов полувагонов с несущим полом разработаны пластинчато-стержневые модели.

Верификация разработанных конечноэлементных моделей осуществлена путем проведения численных экспериментов и сопоставлением результатов расчета напряжений на пластинчатой и пластинчато-стержневых моделях с разными размерами конечных элементов.

Напряжения, полученные на пластинчато-стержневой модели МКЭ (1862 конечных элементов), отличаются от полученных на пластинчатой модели МКЭ (17052 конечных элементов) не более чем на величину Л=7 МПа.

Напряжения, полученные на пластинчато-стержневой модели, разбитой на 1862 конечных элементов, и на пластинчато-стержневой модели, разбитой на 225 конечных элементов, отличаются не более чем на величину Д=18 МПа.

Таким образом, проверка подтвердила приемлемость разработанных моделей для решения поставленных в диссертации задач.

Р

Рис. 3 Пластинчатая модель МКЭ 1/4 части кузова полувагона (17052 конечных элементов)

Проанализировано влияние характера приложения вертикальных, распорных и продольных сил на результаты расчета напряжений в стержневых элементах. Сравнивались результаты расчетов напряжений на моделях с уточненным и приближенным приложением нагрузки. Установлено, что для расчета напряжений в несущих элементах каркаса вертикальную нагрузку можно прикладывать распределенной по нижним обвязкам боковых стен и хребтовой балке рамы, давление сыпучего груза - распределенным по стойкам стен. Для расчета напряжений в обшивке стен и листе пола приближенные схемы приложения нагрузок неприемлемы.

В третьей главе проведен уточненный анализ напряженного состояния кузовов грузовых вагонов открытого типа.

Проведен анализ влияния несущего настила пола и гофров боковых стен на напряжения в несущих элементах каркаса кузова от вертикальных, продольных и распорных сил. При действии продольных сил несущий настил уменьшает напряжения в шкворневой балке в 3 раза, в нижней обвязке возле шкворневой стойки в 2 раза (рис. 4). Для случая действия продольных сил в кривых несущий настил уменьшает напряжения в шкворневой балке в 4 раза, в нижней обвязке возле шкворневой стойки в 3 раза при растяжении и в 2 раз при сжатии. От вертикальных сил несущий настил снижает напряжения во всех рассмотренных несущих элементах за исключением нижних листов промежуточных балок возле стоек (максимальные расчетные напряжения в этих несущих элементах не превысили 8 МПа).

1 - хребтовая балка в зоне задних упоров,

2 - хребтовая балка в сечении возле шкворневой балки, 3 - хребтовая балка в середине кузова, 4 - шкворневая балка возле хребтовой балки, 5 - шкворневая балка возле нижней обвязки, 6 - шкворневая стойка возле нижней обвязки, 7 - шкворневая стойка возле верхней обвязки, 8 - верхняя обвязка возле шкворневой стойки, 9 - нижняя обвязка возле шкворневой стоики, 10 концевая балка возле хребтовой балки, 11 — промежуточная балка Л?7 возле хребтовой балки, 12 - промежуточная балка №2 возле хребтовой балки.

Рис.4 Диаграмма сопоставления нормальных напряжений от продольных сжимающих сил при совпадении осей сцепления автосцепок: □ -для кузова с несущим полом; Я ~ для кузова без несущего пола

В кузове с периодическими гофрами напряжения в стойках выше, чем в кузове с плоской обшивкой: напряжения в шкворневой стойке выше на 20%, в промежуточных стойках на 8-10%. В кузове с плоской обшивкой напряжения в нижней обвязке выше в 2,3 раза.

—

—

г

1 IV

-Д г! гъ

123456789 10 И 12 № несущего элемента - по тексту

Рис.5 Эскиз поперечного сечения кузова полувагона с изогнутым настилом пола (сечение по шкворневой балке и посередине рамы)

Проанализировано напряженное состояние несущего настила пола с учетом начальной изогнутости и прогибов от вертикальной статической нагрузки. Для учета начальной изогнутости настила пола в

пластинчатую модель кузова полувагона были введены начальные прогибы листов пола в каждом пролете путем создания соответствующей геометрической модели рамы (рис. 5). Величина начального прогиба - 5 мм, толщина листа пола - 6 мм. На каждом пролете изогнутость представлялась как полуволна синусоиды между продольными и поперечными балками рамы. Рассматривалась рама с двумя продольными поддерживающими балками (рис. 5).

Далее проводились расчеты кузова по МКЭ на пластинчатой модели от продольной сжимающей силы 3 МН и вертикальной статической нагрузки.

В первом и втором вариан- с ^Па тах расчета проводились линейный статический и нелинейный статический анализ на модели МКЭ с ровным листом пола, в третьем и четвертом вариантах -те же виды статического анализа на модели МКЭ с изогнутым листом пола.

Определялись эквивалентные напряжения в несущем листе пола среднего пролета на участке между соседними поперечными балками для конечных элементов, расположенных посередине между продольной поддерживающей балкой рамы и нижней обвязкой боковой стены.

Результаты расчета представлены на рис. 6 (точки 1 и 30 по оси абсцисс соответствуют конечным элементам, прилегающим к кромкам верхних листов соседних поперечных балок).

1а 13 20 21 23 3 26

№ конечного элемента Рис. б Графики эквивалентных напряжений в панели пола от продольной сжимающей силы ЗМН и вертикальной статической нагрузки, полученные на: а - модели МКЭ с ровным листом пола (линейный статический анализ)', б - модели МКЭ с ровным листом пола (нелинейный статический анализ); в - модель МКЭ с начальной погибъю листа пола /о=5 мм (линейный статический анализ); г - модель МКЭ с начальной погибыо листа пола /~о=5 мм. (нелинейный статический анализ)

Для середины пролета результаты расчета всех вариантов сопоставимы. Для зон возле примыкания настила пола к верхним листам поперечных балок разница составляет 24 МПа. Напряжения в балках рамы и нижних обвязках с учетом изогнутости пола возрастают незначительно (в шкворневых балках - на 14 МПа).

Полученные напряжения сравнивались с напряжениями от нагрузки 50 кН, распределенной по площади 25x25 см, и с напряжениями от продольной сжимающей силы 1 МН и вертикальной нагрузки по III режиму. Наибольшие напряжения в листе несущего настила пола для рамы с двумя поддерживающими балками возникают от нагрузки 50 кН (рис. 7).

Проведен уточненный анализ напряжений в несущих элементах кузова от боковых сил. Согласно нормам для расчета и проектирования вагонов, при предварительном расчете боковых стен и шкворневых балок рам кузовов грузовых вагонов влияние боковых сил допускается учитывать путем увеличения силы тяжести брутто на 10% или путем увеличения напряжений от силы тяжести брутто на 10%.

Для более точных расчетов рекомендуется принимать величину центробежной силы, равную 7,5% от силы тяжести брутто. Ставилась задача сопоставить напряжения в несущих элементах кузова от центробежных сил по рекомендациям для предварительного и для утоненного расчета.

Для этого проводились расчеты кузова по МКЭ на пластинчатой модели. Сопоставлялись 10% напряжений от вертикальной статической нагрузки и напряжения от центробежной силы, равной 7,5% от силы тяжести брутто. Центробежная сила кузова прикладывалась в соответствии с действительным распределением собственного веса, нагрузка от центробежной силы груза - равномерно распределенной по поверхности одной боковой стены.

Результаты расчета позволяют сделать вывод, что напряжения от центробежных сил намного выше, чем 10% напряжений от силы тяжести брутто. Например, для промежуточных балок рамы они больше на 22 МПа, для шкворневой стойки - на 39 МПа, для нижней обвязки возле промежуточных стоек -на 20 МПа.

1000

. МПа

боо -

400 ■ 200-

Рис. 7 Результаты расчета напряжений в плоском листе пола центрального пролета между нижней обвязкой и поддерживающей балкой: 1 - от продольной сжимающей силы ЗМН и вертикальной статической нагрузки с учетом начальной изогнутости пола; 2 - от продольной сжимающей сшы IMH и вертикальной нагрузки по III режиму; 3 - от нагрузки 50 кН

Полученные результаты свидетельствуют о том, что учет центробежных сил путем увеличения напряжений от вертикальной статической нагрузки на 10% приводит к существенному занижению напряжений в узлах соединений стоек боковых стен с поперечными балками рамы, поскольку в упомянутых узлах малы напряжения от вертикальной статической нагрузки.

Проанализировано влияние верхней обвязки боковой стены полувагона на напряжения в стойках. В литературе отмечено, что при расчете кузова на распор сыпучим грузом от верхней обвязки передаются дополнительные напряжения на промежуточные стойки. Так как при параметрической оптимизации важно знать последовательность оптимизации несущих элементов, ставилась задача проверить действие обвязки на стойки при расчетах по МКЭ. Для решения указанной задачи был проведен расчет напряжений от сил распора в стойках по МКЭ с уточненным приложением нагрузки. Затем у исходной модели удалялись конечные элементы, моделирующие верхнюю обвязку, и проводился повторный расчет. По результатам исследования можно сделать следующие выводы. Верхняя обвязка снижает напряжения в шкворневой стойке на 23%, в промежуточной стойке №1 - на 5% по сравнению с напряжениями, полученными для кузова без верхней обвязки боковой стены. Дополнительные усилия от верхней обвязки на промежуточные стойки не передаются.

Проведен анализ напряжении в обшивке боковых стен полувагона от сил распора сыпучим грузом. Рассматривался кузов с двумя вариантами обшивки боковой стены: с плоской негофрированной обшивкой и с обшивкой, имеющей периодические трапециевидные гофры.

Исследовалось два варианта конструкции плоской обшивки. В обшивке, состоящей из двух листов с разной толщиной, напряжения вдоль нижней обвязки ниже на 43%, вдоль стойки -на 28% по сравнению с напряжениями в обшивке, имеющей одинаковую толщину по высоте.

В обшивке с периодическими гофрами максимальные напряжения возникают в зоне перехода средних гофров в плоскость обшивки и в зоне примыкания обшивки к стойке напротив указанного гофра (рис. 8). Напряжения в указанных областях могут достигать 270 МПа для наиболее широких пролетов.

Ь-Б

В-В

q Верхтщ лис г

! 1ижшш лист

Рис. 8 Эквивалентные напряжения в гофрированной обшивке центрального пролета боковой стены: сечение А-А - по торгам гофрам,

Б-Б-по середине гофров; В-В - по кромке стойки боковой стены

В четвертой главе проведен анализ приемлемых методов параметрической и структурной оптимизации для решения поставленных задач, описана математическая постановка задачи оптимизации, разработан алгоритм оптимизации.

Задача структурно-параметрической оптимизации кузова полувагона с несущим полом сформулирована следующим образом: необходимо определить расстояние между стойками боковых стен, определить количество продольных поддерживающих балок рамы, структуру обшивки боковой стены и определить параметры поперечных сечений несущих элементов кузова, при которых будут обеспечены условия работоспособности конструкции, а значение функции цели (1) будет иметь минимум.

Функция цели применена в виде

М=ру,-1,-Р)->тт, (1)

где удельный вес материала /-го несущего элемента; I, - длина /-го несущего элемента; I'] - площадь поперечного сечения 1-го несущего элемента (для переменных по длине размеров поперечных сечений элемента - эквивалентная площадь), п - количество несущих элементов в системе.

На практике для получения оптимальной структуры используется метод избыточной структуры. Здесь возникает следующее ограничение. Чтобы отдельные элементы выродились в процессе параметрической оптимизации, к ним не должна быть приложена нагрузка. В противном случае, под действием нагрузки в элементе возникнут напряжения, и при параметрической оптимизации жесткостные характеристики сечения не могут стать близкими к нулю из-за ограничения по прочности, вырождение элемента не произойдет.

В кузове полувагона каждая стойка нагружена усилиями распора сыпучим грузом, а каждая поперечная балка - вертикальной и продольной нагрузками.

Требуется иной способ структурной оптимизации боковых стен и рамы.

Предложен следующий вариант такого способа

1. Формируется пластинчато-стержневая модель МКЭ 1/2 части кузова с минимальной структурой каркаса. Минимальная структура каркаса состоит из четырех шпангоутов, верхних и нижних обвязок, стержневых элементов торцевой стены. Два шпангоута образованы концевыми балками и угловыми стойками, два - шкворневыми балками и шкворневыми стойками. В зависимости от осевой нагрузки, вводятся горизонтальные пояса, соединяющие угловые стойки и шкворневые стойки.

2. Стойки боковых стен и поперечные балки рамы должны образовывать шпангоуты, поэтому количество промежуточных стоек боковой стены принимается таким же, как количество поперечных балок рамы.

3. Проводится структурная и параметрическая оптимизация рамы, Определяется количество продольных, поддерживающих пол балок рамы, при котором напряжения в участках пола между балками от нагрузки 50 кН, приложенной к указанным участкам, не будут выше допускаемых значений. Толщина листа пола не изменяется.

4. Проводится структурная и параметрическая оптимизация обшивки боковой стены. Определяется количество продольных непрерывных гофров, при котором напряжения в плоских участках обшивки между гофрами будут меньше допускаемых. Толщина и высота листов обшивки не варьируются.

5. Проводится параметрическая оптимизация сечений стоек и обвязок боковых стен, а также поперечных банок рамы от нагрузок по расчетным режимам. Рассчитывается металлоемкость полученной структуры кузова.

6. Назначается новое расстояние между стойками, процедура повторяется.

Пошагово изменяя расстояние между стойками, находим такое расстояние, при котором металлоемкость конструкции будет минимальной при соблюдении заданных ограничении. Оптимизация прекращается, когда металлоемкость кузова перестает уменьшаться.

Таким образом, предлагаемый алгоритм структурной оптимизации (рис. 9) является разновидностью покоординатного метода.

Рис. 9 Блок-схема алгоритма определения оптимальной структуры боковых стен и рамы полувагонов с несущим полом

В сочетании с указанным методом структурной оптимизации предложено использовать метод пересчета для параметрической оптимизации.

После расчетов на прочность для оптимизационных групп несущих элементов определяется коэффициент

(2)

где <р'„ - коэффициент нагруженности несущего элемента на /'-й итерации; сг^тах- максимальные нормальные напряжения в п-й группе несущих элементов на ;-й итерации; [<*„„*]- допускаемые напряжения в /2-й группе несущих элементов для соответствующего расчетного режима.

Далее определяются новые расчетные моменты сопротивления

(3)

где - расчетный момент сопротивления стержневых элементов /1-й оптимизационной группы относительно горизонтальной оси для последующей итерации; - момент сопротивления стержневых элементов п-й оптимизационной группы относительно горизонтальной оси на предыдущей итерации.

Для несущих элементов каркаса по найденным расчетным моментам сопротивления подбираются стандартные профили:

(4)

где - момент сопротивления стандартного профиля «-й оптимизационной группы для последующей итерации; - площадь поперечного сечения стандартного профиля и-й оптимизационной группы для последующей итерации. Для полукруглых гофров боковой стены определяются новые внутренние радиусы.

В предлагаемом алгоритме совместной структурной и параметрической оптимизации учитываются следующие ограничения.

1. Ограничения по прочности

<7, -[<г]<0, -^- = 0,9 + 1, (5)

М

где о; - максимальное напряжение в /-м несущем элементе от совокупности эксплуатационных нагрузок; [ст] - допускаемые напряжения.

2. Ограничение по устойчивости сжатых несущих элементов

а. -^<0, (6)

1СЖ > 4 '

п

где <г1сж - максимальное сжимающее напряжение в /-м несущем элементе; акр - критическое напряжение, при котором несущий элемент теряет устойчивость; п - нормируемый коэффициент запаса.

Выполнение ограничений по устойчивости для сжатых несущих элементов проверяется после параметрической оптимизации. Если указанные ограничения не выполняются, найденное оптимальное сечение изменяется на следующее (увеличенное) по соответствующему стандарту. Внутренние радиусы гофров увеличиваются на заданный проектировщиком шаг.

3. Конструктивные ограничения, учитываемые при подборе стандартных профилей.

В пятой главе разработанный алгоритм применен для оптимизации несущей системы кузова полувагона с несущим полом под осевую нагрузку 25 т/ось. График изменения массы оптимизируемых несущих элементов в зависимости от расстояния между стойками боковой стены представлен на рис. 10. Оптимальной структурой кузова для принятых исходных данных является вариант конструкции, полученный на итерации №4 (на итерации №5 металлоемкость оптимизируемых элементов возросла на 22 кг).

ш, кг

6400 -6300 6200 6100 6000 5900 5800 5700

1 (2160) 2(1730) 3 (1440) 4(1235) 5(1080)

№ итерации (в скобках - расстояние между стойками боковой стены на текущей итерации)

„6336

\

\ 6098

\

\ 5879

5790 5812

-1

Рис. 10 График изменения массы оптимизируемых несугцих элементов кузова с учетом массы металлического настила пола и обшивки боковых стен

Рис. 11 Структуры каркаса кузова полувагона с несущим полом (показана 1/4 часть кузова): а - полученная оптимальная структура; б - структура вагона-аналога

Указанному варианту соответствует расстояние между стойками боковой стены (на длине базы) 1235 мм. Полувагон включает 6 промежуточных стоек одной боковой стены, 6 продольных поддерживающих балок рамы (рис. 11, а). Обшивка боковой стены состоит из двух листов, имеющих по одному горизонтальному непрерывному гофру. В соответствии с результатами уточненного расчета на распор, рассматривалась обшивка, выполненная по высоте из двух листов, высота нижнего листа принималась равной 40% от внутренней высоты кузова.

Предлагаемый алгоритм совместной структурной и параметрической оптимизации позволяет снизить массу металла кузова на 1,18 т по сравнению с кузовом серийного полувагона (при одинаковой осевой нагрузке).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ, ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Предложен вариант моделирования подкрепленных панелей обшивки с использованием модифицированных пластинчато-стержневых моделей МКЭ. Указанный вариант позволяет получать результаты расчета напряжений в обшивке, совпадающие с получаемыми на пластинчатых моделях при меньшей трудоемкости создания модели и меньшем количестве степеней свободы.

2. Разработаны пластинчатые конечноэлементные модели кузова грузового вагона открытого типа с несущим полом (в том числе с учетом начальной изогнутости несущего настила пола) для уточненного анализа напряженного состояния и пластинчато-стержневые модели для структурной и параметрической оптимизации.

3. Проверка численными экспериментами подтвердила пригодность разработанных конечноэлементных моделей для решения поставленных задач.

4. Проведен анализ влияния характера приложения вертикальных, распорных и продольных сил на результаты расчета напряжений в несущих элементах кузова. Установлено, что для расчета напряжений в несущих элементах каркаса вертикальную нагрузку можно прикладывать распределенной по нижним обвязкам боковых стен и хребтовой балке рамы, давление сыпучего груза - распределенным по стойкам стен. Для расчета напряжений в обшивке стен и листе пола приближенные схемы приложения нагрузок неприемлемы.

5. Проведен анализ влияния несущего настила пола и гофров боковых стен на напряжения в несущих элементах каркаса кузова от вертикальных, продольных и распорных сил. Несущий настил пола значительно снижает напряжения в элементах каркаса при действии вертикальных и продольных сил. Установлено, что в кузове с периодическими гофрами боковой стены напряжения в шкворневой и промежуточных стойках выше, чем в кузове с плоской обшивкой, при этом напряжения в нижней обвязке - ниже. При расчете кузова с гофрами рекомендуется учитывать гофры, иначе результаты расчета напряжений будут получены не в запас прочности.

6. Проведен анализ напряженного состояния несущего настила пола от сочетания вертикальной статической нагрузки и продольной сжимающей силы 3 МН с учетом начальной изогнутости листа пола, определены напряжения в несущем настиле пола от нагрузки 50 кН. Учет изогнутости пола (вызванной вертикальной нагрузкой и начальными дефектами) в нелинейной постановке позволяет уточнить напряжения в несущем настиле пола на 25% в сторону увеличения. Наибольшие напряжения в листе несущего настила пола для рамы с двумя продольными, поддерживающими пол балками возникают от нагрузки 50 кН. На напряжения в балках рамы начальная изогнутость листа пола не оказывает существенного влияния. При проектировании рам полувагонов с глухим кузовом рекомендуется определять структуру и параметры несущего настила

пола с учетом действия нагрузки 50 кН, приложенной непосредственно к листу настила пола между балками рамы.

7. Проанализировано влияние верхней обвязки боковой стены на напряжения в стойках. Установлено, что дополнительные усилия от верхней обвязки на промежуточные стойки не передаются. В полувагонах с торцевыми стенами наиболее нагруженными являются средние стойки. Верхняя обвязка снижает напряжения в шкворневой стойке на 23%, в промежуточной стойке №1 на 5% по сравнению с кузовом без верхней обвязки боковой стены.

8. Выполнен уточненный расчет кузова полувагона на боковые нагрузки. Полученные результаты свидетельствуют о том, что учет центробежных сил путем увеличения напряжений от вертикальной статической нагрузки на 10% приводит к существенному занижению напряжений в узлах соединений стоек боковых стен с поперечными балками рамы, поскольку в упомянутых узлах малы напряжения от вертикальной статической нагрузки. При расчетах кузовов полувагонов на прочность по III режиму рекомендуется принимать величину центробежной силы брутто кузова равной 7,5% от силы тяжести брутто, прикладывать центробежную силу груза равномерно распределенной по поверхности одной боковой стены, центробежную силу кузова - в соответствии с фактическим распределением собственного веса и проводить уточненный расчет по МКЭ.

9. Выполнен анализ напряжений в обшивке боковых стен кузова полувагона с несущим полом от сил распора. Наибольшие напряжения в плоской обшивке, выполненной из одного листа, возникают по кромкам соединения обшивки с нижней обвязкой и со стойками. В плоской обшивке, состоящей из двух листов с разной толщиной, напряжения вдоль нижней обвязки ниже на 43%, вдоль стойки - на 28%. по сравнению с напряжениями в обшивке, выполненной из одного листа. Максимальные напряжения в обшивке с периодическими гофрами возникают в зоне перехода средних гофров в плоскость обшивки и в зоне примыкания обшивки к стойке напротив указанного гофра. Напряжения от сил распора в указанных областях могут достигать 200 МПа, для наиболее широких пролетов - 270 МПа.

10. Предложен алгоритм совместной структурной и параметрической оптимизации боковых стен и рамы кузова полувагона с несущим полом, основанный на сочетании покоординатного метода (для структурной оптимизации каркаса) и метода пересчета (для параметрической оптимизации сечений несущих элементов).

11. С помощью разработанного алгоритма определена оптимальная структура рамы, расстояние между стойками боковых стен, структура обшивки боковых стен и параметры несущих элементов кузова полувагона с несущим полом под осевую нагрузку 25 т/ось.

12. Проанализировано влияние оптимизации на металлоемкость вагона. По сравнению с серийным полувагоном тара оптимизированного вагона меньше на 1,18 т (при одинаковой осевой нагрузке).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.

Публикации в печатных изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Лозбинев, В.П. О нормах проектирования кузовов грузовых вагонов / В.П. Лозбинев, Д.Г. Бейн, О Н. Козлова//Железнодорожный транспорт. -2010. - №5. - С. 60-61.

2. Бейн, Д.Г. Уточненный анализ напряженного состояния кузовов грузовых вагонов открытого типа / Д.Г. Бейн // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. - 2010. - № 3 (39). - С. 46-53.

3. Бейн, Д.Г. Анализ напряженного состояния несущего настила пола четырехосного полувагона с глухим кузовом / Д.Г. Бейн // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2011. - № 1 (29). - С.47-51.

Публикации в прочих изданиях

4. Бейн, Д.Г. Анализ влияния боковых сил на кузов полувагона / Д.Г. Бейн // Материалы 63-й студенческой научной конференции / Под ред. И В. Говорова. - Брянск: БГТУ, 2008. - С. 50.

5. Бейн, Д.Г. Влияние характера приложения вертикальной нагрузки на напряженное состояние полувагона с глухим кузовом / Д.Г. Бейн // Проблемы и перспективы развития вагоностроения: Материалы IV Всероссийской науч -практ. конф. (9-10 окт. 2008 г., г. Брянск) / Под. ред. В В. Кобищанова. -Брянск: БГТУ, 2008. - С. 17-18.

6. Лозбинев, В.П. Уточненный расчет кузовов грузовых вагонов на боковые нагрузки / В.П. Лозбинев, Д.Г. Бейн // Проблемы и перспективы развития вагоностроения: Материалы IV Всероссийской науч.-практ. конф. (9-10 окт. 2008 г., г. Брянск) / Под. ред. В В. Кобищанова. - Брянск: БГТУ, 2008. - С. 6769.

7. Бейн, Д.Г. Уточненный анализ напряженного состояния стоек грузовых вагонов открытого типа (полувагонов) / Д.Г. Бейн, В.П. Лозбинев // Наука и производство 2009: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (19-20 марта 2009 г., г. Брянск): в 2 ч. / Под ред. С П. Сазонова, П.В. Новикова. - Брянск: БГТУ, 2009. -4.1. -С. 274-275.

8. Бейн, Д.Г. Автоматизация определения оптимальных параметров несущих элементов кузовов грузовых вагонов / Д.Г. Бейн, О Н. Козлова, В.П. Лозбинев // Состояние, проблемы и перспективы автоматизации технической подготовки производства на промышленных предприятиях: Материалы Междунар. науч.-практ. конф. (16-18 ноября 2009 г., г. Брянск) / Под ред. В.И. Аверченко-ва. - Брянск: БГТУ, 2009 - С. 104.

9. Бейн, Д.Г. Расчет поддерживающей балки рамы полувагона с глухим полом на вертикальную нагрузку / Д.Г. Бейн, О.Г. Цветкова // Материалы Региональной научной конференции студентов и аспирантов «Достижения молодых ученых Брянской области»: посвящ. 80-летию Брянского государственного технического университета / под ред. И.А. Лагерева. - Брянск: БГТУ, 2010. -С. 12-14.

10. Бейн, Д,Г. Анализ влияния верхней обвязки боковой стены полувагона на напряжения в стойках / Д.Г. Бейн // Проблемы и перспективы развития вагоностроения: Материалы V Всероссийской науч.-практ. конф. (13-14 мая 2010 г., г. Брянск)/ Под. ред. В.В. Кобищанова. - Брянск: БГТУ, 2010. - С. 52-53.

11. Бейн, Д.Г. Уточненный расчет величины давления сыпучего груза для полувагонов с вертикальными стенами / Д.Г. Бейн // Проблемы и перспективы развития вагоностроения: Материалы V Всероссийской науч.-практ. конф. (1314 мая 2010 г., г. Брянск)/ Под. ред. В.В. Кобищанова. — Брянск: БГТУ, 2010. — С. 54-56.

12. Бейн, Д.Г. Расчет балок и пластин при совместном действии вертикальной и горизонтальной нагрузок / Д.Г. Бейн, О.Г. Цветкова // Научному прогрессу - творчество молодых: сборник материалов Международной молодежной научной конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам (Йошкар-Ола, 16-17 апреля 2010 г.): в 3 ч. - 4.1. - Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2010. - С. 56-57.

Бейн Дмитрий Григорьевич

ОПТИМИЗАЦИЯ КУЗОВОВ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ ОТКРЫТОГО ТИПА С НЕСУЩИМ ПОЛОМ

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация. Подписано в печать 25.10.2011 г. Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная. Офсетная печать. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 249. Бесплатно

Издательство Брянского государственного технического университета. 241035, г. Брянск; БГГУ, бульвар 50-летия Октября, 7. Тел. 55-90-49.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.1 Обзор работ по анализу напряженного состояния кузовов грузовых вагонов открытого типа.

1.2 Обзор работ по оптимизации конструкции вагонов.

1.3 Задачи исследования и ограничения.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ КУЗОВОВ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ ОТКРЫТОГО ТИПА С НЕСУЩИМ ПОЛОМ.

2.1 Обоснование метода расчета.

2.2 Анализ вариантов моделей подкрепленных панелей обшивки кузовов вагонов при расчетах по МКЭ.

2.3 Конечноэлементные модели для анализа напряженного состояния и оптимизации кузовов полувагонов.

2.4 Проверка разработанных конечноэлементных моделей.

2.5 Анализ влияния характера приложения нагрузок на результаты расчета напряжений в несущей системе кузова.

ГЛАВА 3. УТОЧНЕННЫЙ АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ КУЗОВОВ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ ОТКРЫТОГО ТИПА С НЕСУЩИМ ПОЛОМ.

3.1 Анализ влияния несущего настила пола и гофров боковых стен на напряженное состояние полувагона с глухим кузовом.

3.2 Анализ напряженного состояния несущего настила пола с учетом начальной изогнутости и от нагрузки 50 кН.

3.3 Уточненный расчет на боковые нагрузки.

3.4 Анализ влияния верхней обвязки боковой стены полувагона на напряжения в стойках.

3.5 Анализ напряжений в обшивке боковых стен кузова полувагона с несущим полом от сил распора сыпучим грузом.

3.6 Определение нагрузок, вызывающих максимальные напряжения в несущих элементах кузова.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОПТИМИЗАЦИИ НЕСУЩИХ СИСТЕМ КУЗОВОВ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ ОТКРЫТОГО ТИПА С НЕСУЩИМ ПОЛОМ.

4.1 Анализ приемлемых методов параметрической и структурной оптимизации.

4.2 Математическая постановка задачи оптимизации.

4.3 Алгоритм совместной структурной и параметрической оптимизации боковых стен и рамы полувагона с несущим полом.

4.4 Блок-схема алгоритма оптимизации.

ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОГО АЛГОРИТМА ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ КУЗОВА ПОЛУВАГОНА С НЕСУЩИМ ПОЛОМ.

5.1 Исходные данные, материалы и допускаемые напряжения.

5.2 Результаты структурной и параметрической оптимизации полувагона с глухим кузовом.

5.3 Оценка прочности оптимизированного кузова по нормам проектирования.

5.4 Анализ влияния структурной оптимизации на металлоемкость.

5.5 Влияние оптимизации на технико-экономическую эффективность конструкции полувагона.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ, ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

Грузовые вагоны открытого типа (полувагоны) являются одним из самых массовых типов вагонов, эксплуатирующихся на территории Российской Федерации. Наибольшее распространение получили универсальные четырехосные полувагоны, имеющие разгрузочные люки.

В последнее время увеличивается количество четырехосных полувагонов без разгрузочных люков (с глухим кузовом), предназначенных для разгрузки на вагоноопрокидывателях.

Полувагоны являются наиболее повреждаемым видом подвижного состава. Повреждаемыми являются узлы заделок стоек боковых стен, полустойки торцевых стен и несущая обшивка боковых стен, воспринимающая нагрузку распора сыпучим грузом.

Повреждаемость полувагонов обусловлена рядом причин. Одна из них заключается в неизменности ряда конструктивных параметров конструкций кузовов при постепенном росте величин действующих нагрузок.

Одним из таких параметров является расстояние между стойками боковой стены. В универсальных полувагонах указанное расстояние определено размерами стандартизированной крышки люка. Полувагоны с несущим полом, спроектированные на базе универсальных полувагонов, имеют такое же расстояние между стойками. Однако в полувагонах с несущим полом расстояние между стойками боковой стены может быть иным, так как не требуется размещать стандартные крышки люков.

Поскольку от указанного расстояния зависят напряжения от сил распора сыпучим грузом в стойках и в обшивке боковых стен, актуальной является задача по определению оптимального расстояния между стойками, при котором металлоемкость кузова будет минимальной и будут обеспечиваться нормативные требования к прочности, жесткости и устойчивости несущих элементов.

Для полувагонов с глухим кузовом важной является задача по определению оптимального количества продольных, поддерживающих пол балок рамы и определению оптимальной структуры обшивки боковых стен.

Решить указанные задачи традиционными методами проектирования затруднительно. Кузова вагонов являются статически неопределимыми системами, для расчета которых требуется заранее назначить размеры несущих элементов. Приемлемость назначенных размеров проверяется результатами расчетов. Проектирование традиционными методами не всегда позволяет обеспечить одинаковую загруженность всех несущих элементов, что приводит к избыточной металлоемкости кузова вагона.

Применение теории оптимального проектирования конструкций (ОПК) позволяет получить оптимальные размеры несущих элементов, определить взаимное расположение подкрепляющих несущих элементов и их количество. При этом найденный вариант конструкции соответствует заданным критериям.

Этими критериями (функциями цели) могут быть: минимальная масса конструкции, минимум затрат на производство, эксплуатацию и ремонт, оптимальные габаритные размеры и др.

Для вагонов является актуальным проектирование конструкции с минимальной массой, так как это позволит увеличить грузоподъемность, снизить расходы на производство, увеличить массу поездов без увеличения их длины, и, следовательно, снизить эксплуатационные расходы.

При оптимизации по критерию минимума массы напряжения в несущих элементах приближаются к допускаемым значениям, поэтому особенно важно иметь уточненные расчетные схемы кузовов вагонов.

Для уточненного анализа напряженного состояния и оптимизации несущих систем кузовов четырехосных грузовых вагонов открытого типа с несущим полом в диссертации решались следующие задачи.

1. Разрабатывались математические модели кузова полувагона с несущим полом для расчетов по методу конечных элементов (МКЭ).

2. Проводились уточненные расчеты кузова полувагона с несущим полом на вертикальные нагрузки (в том числе на нагрузку 50 кН, приложенную к несущему настилу), продольные, боковые и распорные нагрузки. Анализировались напряжения в металлоконструкции кузова полувагонов от указанных сил.

3. Разрабатывался алгоритм совместной структурной и параметрической оптимизации боковых стен и рамы полувагонов с несущим полом.

4. Предложенный алгоритм применялся для оптимизации боковых стен и рамы полувагона с несущим полом под осевую нагрузку 25 т/ось.

В первой главе выполнен обзор работ по анализу напряженного состояния кузовов грузовых вагонов открытого типа и обзор работ по оптимизации конструкции вагонов. Поставлены задачи исследования, указаны принятые ограничения.

Во второй главе выполнен анализ вариантов моделей подкрепленных панелей обшивки кузовов вагонов при расчетах по МКЭ, разработаны конечно-элементные модели для анализа напряженного состояния и оптимизации кузовов полувагонов с несущим полом. Выполнена проверка разработанных конеч-ноэлементных моделей. Проанализировано влияние характера приложения вертикальных, продольных и распорных нагрузок на результаты расчета напряжений в несущей системе кузова.

В третьей главе проанализировано влияние несущего настила пола и гофров боковых стен на напряженное состояние полувагона с глухим кузовом, выполнен анализ напряженного состояния несущего настила пола с учетом начальной изогнутости. Проведен уточненный расчет на боковые нагрузки. Рассмотрено влияние верхней обвязки боковой стены полувагона на напряжения в стойках. Проанализированы напряжения в обшивке боковых стен кузова полувагона с несущим полом от сил распора. Определены нагрузки, вызывающие максимальные напряжения в несущих элементах кузова.

В четвертой главе рассмотрены приемлемые методы параметрической и структурной оптимизации. Выполнена математическая постановка задачи оптимизации. Предложен алгоритм оптимизации.

В пятой главе разработанный алгоритм применен для оптимизации несущей системы кузова полувагона с несущим полом под осевую нагрузку 25 т/ось. Проанализировано влияние структурной оптимизации на металлоемкость и на технико-экономическую эффективность конструкции полувагона.

Научную новизну диссертационной работы составляют:

1) алгоритм совместной структурной и параметрической оптимизации боковых стен и рамы полувагонов с несущим полом;

2) вариант моделирования подкрепленных панелей обшивки с использованием модифицированных пластинчато-стержневых моделей МКЭ и разработанные конечноэлементные модели МКЭ;

3) результаты уточненного анализа напряженного состояния несущих элементов кузова полувагона;

4) анализ влияния боковых нагрузок и изогнутости листа несущего настила пола на напряженное состояние несущих элементов кузова полувагона.

На защиту выносятся:

1) конечноэлементные модели кузова полувагона с несущим полом;

2) результаты уточненного анализа напряженного состояния несущей системы кузова полувагона с учетом боковых нагрузок и изогнутости листа несущего настила пола;

3) алгоритм совместной структурной и параметрической оптимизации боковых стен и рамы полувагонов с несущим полом;

4) результаты оптимизации боковых стен и рамы полувагона с несущим полом под осевую нагрузку 25 т/ось.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ, ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Предложен вариант моделирования подкрепленных панелей обшивки с использованием модифицированных пластинчато-стержневых моделей МКЭ. Указанный вариант позволяет получать результаты расчета напряжений в обшивке, совпадающие с получаемыми на пластинчатых моделях при меньшей трудоемкости создания модели и меньшем количестве степеней свободы.

2. Разработаны пластинчатые конечноэлементные модели кузова грузового вагона открытого типа с несущим полом (в том числе с учетом начальной изогнутости несущего настила пола) для уточненного анализа напряженного состояния и пластинчато-стержневые модели для структурной и параметрической оптимизации.

3. Проверка численными экспериментами подтвердила пригодность разработанных конечноэлементных моделей для решения поставленных задач.

4. Проведен анализ влияния характера приложения вертикальных, распорных и продольных сил на результаты расчета напряжений в несущих элементах кузова. Установлено, что для расчета напряжений в несущих элементах каркаса вертикальную нагрузку можно прикладывать распределенной по нижним обвязкам боковых стен и хребтовой балке рамы, давление сыпучего груза -распределенным по стойкам стен. Для расчета напряжений в обшивке стен и листе пола приближенные схемы приложения нагрузок неприемлемы.

5. Проведен анализ влияния несущего настила пола и гофров боковых стен на напряжения в несущих элементах каркаса кузова от вертикальных, продольных и распорных сил. Несущий настил пола значительно снижает напряжения в элементах каркаса при действии вертикальных и продольных сил. Установлено, что в кузове с периодическими гофрами боковой стены напряжения в шкворневой и промежуточных стойках выше, чем в кузове с плоской обшивкой, при этом напряжения в нижней обвязке - ниже. При расчете кузова с гофрами рекомендуется учитывать гофры, иначе результаты расчета напряжений будут получены не в запас прочности.

6. Проведен анализ напряженного состояния несущего настила пола от сочетания вертикальной статической нагрузки и продольной сжимающей силы 3 МН с учетом начальной изогнутости листа пола, определены напряжения в несущем настиле пола от нагрузки 50 кН. Учет изогнутости пола (вызванной вертикальной нагрузкой и начальными дефектами) в нелинейной постановке позволяет уточнить напряжения в несущем настиле пола на 25% в сторону увеличения. Наибольшие напряжения в листе несущего настила пола для рамы с двумя продольными, поддерживающими пол балками возникают от нагрузки 50 кН. На напряжения в балках рамы начальная изогнутость листа пола не оказывает существенного влияния. При проектировании рам полувагонов с глухим кузовом рекомендуется определять структуру и параметры несущего настила пола с учетом действия нагрузки 50 кН, приложенной непосредственно к листу настила пола между балками рамы.

7. Проанализировано влияние верхней обвязки боковой стены на напряжения в стойках. Установлено, что дополнительные усилия от верхней обвязки на промежуточные стойки не передаются. В полувагонах с торцевыми стенами наиболее нагруженными являются средние стойки. Верхняя обвязка снижает напряжения в шкворневой стойке на 23%, в промежуточной стойке №1 на 5% по сравнению с кузовом без верхней обвязки боковой стены.

8. Выполнен уточненный расчет кузова полувагона на боковые нагрузки. Полученные результаты свидетельствуют о том, что учет центробежных сил путем увеличения напряжений от вертикальной статической нагрузки на 10% приводит к существенному занижению напряжений в узлах соединений стоек боковых стен с поперечными балками рамы, поскольку в упомянутых узлах малы напряжения от вертикальной статической нагрузки. При расчетах кузовов полувагонов на прочность по III режиму рекомендуется принимать величину центробежной силы брутто кузова равной 7,5% от силы тяжести брутто, прикладывать центробежную силу груза равномерно распределенной по поверхности одной боковой стены, центробежную силу кузова - в соответствии с фактическим распределением собственного веса и проводить уточненный расчет по МКЭ.

9. Выполнен анализ напряжений в обшивке боковых стен кузова полувагона с несущим полом от сил распора. Наибольшие напряжения в плоской обшивке, выполненной из одного листа, возникают по кромкам соединения обшивки с нижней обвязкой и со стойками. В плоской обшивке, состоящей из двух листов с разной толщиной, напряжения вдоль нижней обвязки ниже на 43%, вдоль стойки - на 28%. по сравнению с напряжениями в обшивке, выполненной из одного листа. Максимальные напряжения в обшивке с периодическими гофрами возникают в зоне перехода средних гофров в плоскость обшивки и в зоне примыкания обшивки к стойке напротив указанного гофра. Напряжения от сил распора в указанных областях могут достигать 200 МПа, для наиболее широких пролетов - 270 МПа.

10. Предложен алгоритм совместной структурной и параметрической оптимизации боковых стен и рамы кузова полувагона с несущим полом, основанный на сочетании покоординатного метода (для структурной оптимизации каркаса) и метода пересчета (для параметрической оптимизации сечений несущих элементов).

11. С помощью разработанного алгоритма определена оптимальная структура рамы, расстояние между стойками боковых стен, структура обшивки боковых стен и параметры несущих элементов кузова полувагона с несущим полом под осевую нагрузку 25 т/ось.

12. Проанализировано влияние оптимизации на металлоемкость вагона. По сравнению с серийным полувагоном тара оптимизированного вагона меньше на 1,18 т (при одинаковой осевой нагрузке).

1. Шадур, Л.А. Вагоны: Учебник для вузов ж.д. трансп. / Л.А. Шадур, И.И. Челноков, Л.Н. Никольский, E.H. Никольский, П.Г. Проскурнев, Г.А. Казанский, В.Ф. Девятков; Под ред. Л.А. Шадура и И.И. Челнокова. М.: Транспорт, 1965.-439 с.

2. Никольский, E.H. Расчет несущих конструкций по методу конечных элементов/ E.H. Никольский. Брянск: БИТМ, 1982. - 99с.

3. Вершинский, C.B. Расчет вагонов на прочность / C.B. Вершинский и др.; под ред. Л.А. Шадура. 2-е изд., перераб. и доп. - М.Машиностроение, 1971.-432 с.

4. Котуранов, В.Н. Нагруженность элементов конструкции вагонов / В.Н. Котуранов, В.Д. Хусидов // Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1991. - 238 с.

5. Антипин, Д.Я. Методика оценки усталостной долговечности сварных несущих конструкций вагонов / Д.Я. Антипин, В.В. Кобищанов// Справочник: инженерный журнал, 2004. -№11. С. 13-18.

6. Серпик, И.Н. О введении поэтапных аппроксимаций для расчёта вагонных конструкций по методу конечных элементов / И.Н. Серпик // В кн.: Вопросы строительной механики кузовов вагонов. Брянск: БИТМ, 1983. - с. 133144.

7. Филиппов, В.H. Результаты работ по повышению надежности цистерн для сжиженных углеводородных газов / В.Н. Филиппов, А.Е. Скуратов // Транспорт Урала: научно-технический журнал, 2009. №2 (21). - С.42-47.

8. Лапшин, В.Ф. Прогнозирование прочности и долговечности вагонов для перевозки коррозионно-активных грузов: дис. докт. техн. наук / В.Ф. Лапшин. Екатеринбург: УрГУПС, 2003. - 413 с.

9. Смольянинов, A.B. Нагруженность и методы расчета защиты при аварийных ситуациях котлов цистерны для опасных грузов: автореф. дис. . докт. техн. наук / А. В. Смольянинов. -М., 1991. 42 с.

10. Ивашова, Т.В. Напряженно-деформированное состояние котлов цистерн с учетом воздействия коррозионно-активных грузов: автореф. дис. . канд. техн. Наук / Т.В. Ивашова. Екатеринбург: УрГУПС, 2003. - 22 с.

11. Бороненко, Ю.П. Расчёт узлов вагонов на прочность МКЭ / Ю.П. Бороненко, A.B. Третьяков, Г.Е. Сорокин // Учебное пособие и руководство к использованию учебным пакетом программ. Л.: ЛИИЖТ, 1991. - 39 с.

12. Битюцкий, А. А. Разработка комплексного метода проектирования, расчета и испытания грузовых вагонов: автореф. дис. . докт. техн. Наук / A.A. Битюцкий. СПб.: ПГУПС, 1995. - 40 с.

13. Bubnov, V.M. Construction design and decision analysis of tank car / V.M. Bubnov, S.V. Myamlin,A.A. Nikitchenko, D.T. Lavrenko// Proceedings of the 11th mini conf. on vehicle system dynamics, identification and anomalies. -Budapest, 2008. p. 301-308.

14. Zobory, I. Longitudinal dynamics of train collision crash analysis / H.G. Reimerdes, E. Békefi, J. Marsolek, I. Németh// Proceedings of 7th Mini Conf. on Vehicle System Dynamics, Identification and Anomalies. - Budapest, 2000.-P. 89-110.

15. Кеглин, Б.Г. Параметрическая надежность фрикционных устройств / Б.Г. Кеглин. М.: Машиностроение, 1981. - 136 с.

16. Никольский, Л.Н. Амортизаторы удара подвижного состава / Л.Н. Никольский, Б.Г. Кеглин. М.: Машиностроение, 1986. - 144 с.

17. Болдырев, А.П. Расчет и проектирование амортизаторов удара подвижного состава / А.П. Болдырев, Б.Г. Кеглин. М.: Машиностроение, 2004. -№1 - 198 с.

18. Сакало, В.И. Контактные задачи железнодорожного транспорта / В.И. Сакало. М.: Машиностроение, 2004. - 496 с.

19. Горбенко, А.П. Исследование напряженного состояния крышек люков полувагонов и мероприятия, повышающие их прочность: автореф. дис. . канд. техн. наук / А.П. Горбенко. Харьков: ХИИТ, 1970. - 20 с.

20. Мироненко, Е.И. Исследование напряженного состояния кузова полувагона при динамических режимах нагружения: автореф. дис. . канд. техн. наук / Е.И. Мироненко. Москва: МИИЖТ, 1981. - 20 с.

21. Зайнетдинов, Р.И. Разработка методики оценки несущей способности и надежности сварных соединений шкворневого узла четырехосного полувагона: автореф. дис. . канд. техн. наук / Р.И. Зайнетдинов. Москва: МИИЖТ, 1984.-20 с.

22. Шувалов, В.Ю. Работоспособность заделок стоек кузова полувагона: автореф. дис. . канд. техн. наук / В.Ю. Шувалов. Москва: МИИЖТ, 1985. -20 с.

23. Ултургашев, Г.Г. Влияние технологических допусков сборки на напряженное состояние несущих элементов кузова полувагона: автореф. дис. . канд. техн. наук / Г.Г. Ултургашев. Москва: МИИЖТ, 1990. - 20 с.

24. Jle Ван Хок. Напряженное состояние кузовов полувагонов железных дорог СРВ с учетом влияния коррозионных износов их элементов: автореф. дис. канд. техн. наук / Ле Ван Хок. Москва: МИИЖТ, 1991. - 20 с.

25. Заславский, Л.В. Нагруженность кузовов полувагонов при продольных ударах: автореф. дис. . канд. техн. наук / Л.В. Заславский. Москва: МИИЖТ, 1993.-20 с.

26. Павлюков, А.Э. Нагруженность торцевой стены полувагона при маневровых соударениях: автореф. дис. . канд. техн. наук / А.Э. Павлюков. -Омск: Омский ин-т инж. железнодорож. транспорта, 1993. 20 с.

27. Воронин, Н.И. Анализ повреждаемости и оценка работоспособности несущих сварных конструкций грузовых вагонов: автореф. дис. . док. техн. наук / Н.И. Воронин. Москва: МИИТ, 1994.

28. Богачев, А.Ю. Совершенствование сварных узлов полувагона на основе поэтапных конечноэлементных расчетов их нагруженности: автореф. дис. . канд. техн. наук / А.Ю. Богачев. Москва: МИИТ, 1995. - 20 с.

29. Афанасьев, И.А. Метод расчетного обоснования конструкции кузова полувагона повышенной ремонтопригодности: автореф. дис. . канд. техн. наук / И.А. Афанасьев. Москва: МИИТ, 2001. - 20 с.

30. Кузнецов, С. А. Нагруженность заделок стоек кузовов полувагонов с учетом коррозионного износа: автореф. дис. . канд. техн. наук / С.А. Кузнецов. Екатеринбург: Ур. гос. ун-т путей сообщ., 2005. - 20 с.

31. Афанасьев, А.Е. Исследование прочности торцевой стены универсального полувагона / А.Е. Афанасьев // Наука и техника транспорта, 2008. -№4.

32. Афанасьев, А.Е. Совершенствование конструкции кузова универсального полувагона: автореф. дис. . канд. техн. наук. Санкт-Петербург: Петерб. гос. ун-т путей сообщ., 2009. - 18 с.

33. Тутурин, И.В. Исследование воздействия сыпучего груза на торцевую стену специализированного вагона для перевозки щепы / И.В. Тутурин

34. Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения, 2009. № 4. - С. 40-47.

35. Лозбинев, В.П. Уточненный расчёт кузова цельнометаллического полувагона на силы распора сыпучим грузом / В.П. Лозбинев, Н.И. Кузьменко // В кн.: Вопросы строительной механики кузовов вагонов. Тула, 1976. -с.56-62.

36. Лозбинев, В.П. Алгоритм уточненного расчёта кузвов грузовых вагонов открытого типа на силы распора сыпучим грузом / В.П. Лозбинев // В кн.: Вопросы строительной механики кузовов вагонов. Тула, 1980. - 70 с.

37. Шаринов, И.Л. Определение давления сыпучего груза на торцевые стены вагона при соударении / И.Л. Шаринов, О.Г. Бойчевский // В кн.: Вестник Всесоюзного научно-исслед. ин-та ж.-д. транспорта, 1981. с.37-39.

38. Атрощенко, В.А. Особенности силовых воздействий сыпучих грузов на торцевые стены крытых грузовых вагонов и анализ напряженного состояния торцевых стен: автореф. дис. . канд. техн. наук / В.А. Атрощенко. Брянск: БИТМ, 1984.-20 с.

39. Барбарич, С. С. Создание грузовых вагонов с осевой нагрузкой 25 т на основе инновационных технических решений // С.С. Барбарич, В.Н. Цюрен-ко // Вестник ВНИИЖТ, 2004. № 5.

40. Ефимов, В.П. Разработка и внедрение в производство полувагона нового поколения / В.П. Ефимов, К.П. Демин, A.A. Пранов // Железнодорожный транспорт, 2009. №5.

41. Дёмин, К.П. Разработка современного полувагона с улучшенными технико-экономическими показателями / К.П. Демин, С.А. Федоров, И.А. Хи-лов // Железнодорожный транспорт, 2010. №9. - С. 42-46.

42. Калетин, C.B. Грузовые вагоны нового поколения / C.B. Калетин // Железнодорожный транспорт, 2007. №8. - С. 10-12.

43. Барбарич, С.С. Грузовые и пассажирские вагоны нового поколения / С.С. Барбарич, A.M. Краснобаев, В.В. Новоселов // Железнодорожный транспорт, 2008. -№4. С. 57-61.

44. Филин, А.П. Применение вариационного исчисления к отысканию рациональной формы конструкций / А.П. Филин, Я.И. Гуревич // Тр. ЛИИЖТ, Вып. 190, 1962.-С. 135-142.

45. Каганов, В.Я. Оптимальная компоновка двутавровых сечений сжато-изогнутых элементов стальных рам / В.Я. Каганов, Л.Я. Гримайло // Тез. докл. конф. по применению ЭВМ в строительной механике. Л., 1971. - С.29-33.

46. Филин, А.П. Классическое вариационное исчисление и задача оптимизации упругих стержневых систем / А.П. Филин, М.А. Соломеш, Ю.Б. Гольдштейн // Исследование по теории сооружений. М.: Стройиздат, 1972.-Вып. 19.-С. 156-163.

47. Бирюк, В.И. О применении дискретно-непрерывного принципа максимума к задачам оптимального проектирования конструкций / В.И. Бирюк, В.П. Моисеенко // Учен. зап. ЦАГИ, 1973. Т.4. - №4.

48. Аоки, М. Введение в методы оптимизации. Пер. с англ./ М. Аоки. -М.: Наука, 1974.-344 с.

49. Лазарев, И.Б. Математически методы оптимального проектирования конструкций: учеб. пособие / И.Б. Лазарев. Новосибирск: НИИЖТ, 1975. -186 с.

50. Рейтман, М.И. Метод оптимального проектирования деформируемых тел / М.И. Рейтман, Г.С. Шапиро. М.: Наука, 1976 - 266 с.

51. Баничук, Н.В. Оптимизация форм упругих тел / Н.В. Баничук. М.: Наука, 1980-256 с.

52. Баничук, Н.В. Введение в оптимизацию конструкций / Н.В. Баничук. -М.: Наука, 1986-303 с.

53. Реклейтис, Г. Оптимизация в технике / Г. Реклейтис, А. Рейвиндран, К. Рэгсдел / Пер. с англ. М.: Мир, 1986.

54. Геммерлинг, Г.А. Подсистема оптимизации конструкций в САПР / Г.А. Геммерлинг // Система автоматизированного проектирования стальных строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1987.-216с.

55. Баничук, Н.В. Оптимизация элементов конструкций из композиционных материалов / Н.В. Баничук, В.В. Кобелев, Р.Б. Рикардс М.: Машиностроение, 1988 - 324 с.

56. Курицкий, Б.Я. Оптимизация вокруг нас / Б.Я. Курицкий. JL: Машиностроение, 1989. - 144 с.

57. Царапкин, В.А. Методика определения оптимальных параметров сечений стержневых систем вагонов / В.А. Царапкин, A.M. Бабаев // Труды ташкентского института инженеров железнодорожного транспорта. Ташкент, 1972.-Вып. 82. - С.152-158.

58. Царапкин, В.А. Оптимальные параметры сечений элементов четырехосного полувагона / В.А. Царапкин // Транспортное машиностроение. М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1973. - №6. - С. 32-35.

59. Царапкин, В.А. Некоторые вопросы оптимального проектирования каркасов рам и кузовов подвижного состава: автореферат дис. .канд. техн. наук / В.А. Царапкин. Днепропетровск: ДИИТ, 1979. - 19 с.

60. Савчук, О.М. К вопросу оптимизации сечений стержневых конструкций / О.М. Савчук, В.А. Царапкин // Строительная механика и расчет сооружений, 1979.-№3.-С.51-57.

61. Савчук, О.М. Оптимальное проектирование и совершенствование конструкций неподрессоренных деталей ходовых частей подвижного состава: автореф. дис. . докт. техн. наук. Днепропетровск: ДИИТ, 1986.

62. Тарарушкин, Ю.Ф. Некоторые вопросы оптимального проектирования конструкций / Ю.Ф. Тарарушкин. М.: Труды МИИТа, выпуск 630, 1979.

63. Тарарушкин, Ю.Ф. Ограничения прочности и жесткости в задаче весовой оптимизации стержневых систем / Ю.Ф. Тарарушкин. М.: Труды МИИТа, выпуск 749, 1984.

64. Тарарушкин, Ю.Ф. Оптимизация в САПР: учеб. пособие / Ю.Ф. Тара-рушкин. М.МИИТ, 1994.

65. Овечников, М.Н. Выбор рациональных параметров оболочки о подкрепляющих элементов котла железнодорожной цистерны: автореф. дис. . канд. техн. наук / М.Н. Овечников. М.: МИИТ, 1986. - 28 с.

66. Сарычев, В.В. Выбор рациональной номенклатуры профилей стержневых элементов вагонных конструкций на примере вагона-хоппера: автореф. дис. . канд. техн. наук / В.В. Сарычев. Кременчуг: ОО ВНИИВ, 1988.

67. Макухин, В.М. Оптимальное проектирование цельнометаллических кузовов полувагонов: автореферат дис. . канд. тех. наук / В.М. Макухин. М: МИИТ, 1987.-20 с.

68. Лозбинев, В.П. Формирование и развитие научной школы оптимального проектирования вагонов / В.П. Лозбинев // Вестник Брянского государственного технического университета. Брянск: БГТУ, 2005. - №1 (5). - С.83-87.

69. Кузьменко, Н.И. Уточненный анализ напряженного состояния кузова грузового вагона открытого типа при действии сил распора сыпучим грузом: автореф. дис. . канд. техн. наук / Н.И. Кузьменко. Брянск: БИТМ, 1979. -28 с.

70. Лозбинев, В.П. Проектирование и оптимизация несущих систем кузовов вагонов: Учеб. пособие. Брянск: БГТУ, 1997. - 88 с.

71. Лозбинев, В.П. Теоретические основы конструирования оптимальных несущих систем вагонов / В.П. Лозбинев // В сб.: Российские гранты в области транспортных наук. М.: Минобразования РФ, 1994.

72. Лозбинев, В.П. Методика проектирования оптимальных несущих систем вагонов/ В.П. Лозбинев // Механика вагонов Брянск: БГТУ, 1998. -С. 6-14.

73. Лозбинев, В.П. Совершенствование процесса проектирования кузовов вагонов / В.П. Лозбинев, A.A. Лагутина, Я.А. Лукин, Е.С. Ефименко // Тяжелое машиностроение, 2007. №7. - С. 31-35.

74. Гулаков, В.К. Алгоритм и программа оптимизации параметров и формы поперечного сечения стержневых элементов кузовов вагонов / В.К. Гулаков, Ю.Л. Филюков, А.Е. Степанов // Вопросы строительной механики кузовов вагонов. Брянск: БИТМ, 1983. - С.43-50.

75. Сорокина, C.B. Элементы автоматизации проектирования несущих конструкций кузовов вагонов с оптимизацией стержневых элементов (на примере крытого грузового вагона): автореф. дис. . канд. техн. наук / C.B. Сорокина. Брянск: БИТМ, 1984. - 23 с.

76. Мысютин, А.П. Оптимизация конструкции рамы кузова облегченного пассажирского вагона в зоне переходного узла хребтовой балки переменного сечения: автореф. дис. . канд. техн. наук/ А.П. Мысютин. Брянск: БИТМ, 1985.-24 с.

77. Никольский, E.H. Развитие оптимизационных расчетов кузовов вагонов на базе метода чередования основных систем / E.H. Никольский // Автоматизация расчетов прочности грузовых вагонов. М.: ЦНИИ-ТЭИтяжмаш, 1985. - Сер.5. - Вып. 10.-С. 1-2.

78. Филюков, Ю.Л. Особенности работы и оптимизация некоторых узлов несущей конструкции кузова рефрижераторного вагона: автореф. дис. . канд. техн. наук/ Ю.Л. Филюков. Брянск: БИТМ, 1986. - 26 с.

79. Кузнецов, А.Ю. Оптимизация по частям кузова крытого грузового вагона из условия минимума массы его элементов: автореф. дис. . канд. техн. наук / А.Ю. Кузнецов. Брянск: БИТМ, 1988. - 24 с.

80. Лозбинев, Ф.Ю. Совершенствование методики оптимального проектирования несущей конструкции кузова вагона: автореф. дис. . канд. техн. наук / Ф.Ю. Лозбинев. Брянск: БИТМ, 1989. - 23 с.

81. Кульбовский, Я.И. Разработка методики определения рациональных параметров несущих элементов кузовов локомотивов: автореф. дис. . канд. техн. наук / Я.И. Кульбовский. М: ВНИИЖТ, 1992. - 23 с.

82. Конов, A.B. Методика оптимизации несущих элементов кузовов вагонов с учетом прочности и устойчивости / A.B. Конов, В.П. Лозбинев // Механика вагонов: сб. науч. трудов Брянск: БГТУ, 1998. - С. 28-35.

83. Булычев, М.А. Методика оптимизации несущей системы кузова вагона с учётом ограничений по прочности и сопротивлению усталости: автореф. дис. . канд. техн. наук / М.А. Булычев. Брянск: БГТУ, 1999. - 24 с.

84. Афонина, Е.В. Оптимизация металлоконструкций кузовов грузовых вагонов с учётом требований прочности и живучести несущих: автореф. дис. . канд. техн. наук элементов / Е.В. Афонина. Брянск: БГТУ, 2001. - 19 с.

85. Милакова, A.A. Разработка методики оптимизации кузовов вагонов с учётом ограничений по устойчивости несущих элементов: автореф. дис. . канд. техн. наук / A.A. Милакова. Брянск: БГТУ, 2001. - 19 с.

86. Коченкова, Н.И. Оптимизация несущих конструкций кузовов грузовых вагонов по критерию минимума себестоимости: автореф. дис. . канд. техн. наук / Н.И. Коченкова. Брянск: БГТУ, 2001. - 23 с.

87. Лозбинев, Ф.Ю. Разработка научных основ оптимального проектирования несущих систем кузовов вагонов по критерию минимума затрат на создание, эксплуатацию и ремонт: автореферат дис. . докт. техн. наук / Ф.Ю. Лозбинев. М.: МГУПС (МИИТ), 2001. - 48 с.

88. Лозбинев, Ф.Ю. Экономия материальных ресурсов в сфере производства и эксплуатации несущих кузовов вагонов / Ф.Ю. Лозбинев. Брянск: ЦНТИ, 2000.-131 с.

89. Лозбинев, Ф.Ю. Оценка живучести сварных соединений в несущих конструкциях кузовов вагонов / Ф.Ю. Лозбинев // Вестник Брянского государственного технического университета. Брянск: БГТУ, 2009. - №3 (23). - С. 93-103.

90. Лозбинев, Ф.Ю. Автоматизированная система проектирования оптимальных параметров несущих конструкций кузовов вагонов / Ф.Ю. Лозбинев, В.П. Лозбинев. М.: ГосФАП РФ, 1998. - Per. №50980000001. - 25 с.

91. Лозбинев, Ф.Ю. Оптимизационные расчеты несущих кузовов вагонов на основе МКЭ и методов нелинейного программирования / Ф.Ю. Лозбинев // Учебно-методическое пособие. Брянск: ЦНТИ, 2001. - 105 с.

92. Лозбинев, Ф.Ю. Оптимальное проектирование несущих конструкций кузовов вагонов/ Ф.Ю. Лозбинев // Тяжелое машиностроение, 2006. №11. - С. 18-22.

93. Лукин, Я.А. Оптимизация несущих систем кузовов цельнометаллических вагонов типа замкнутой оболочки с учетом начальных несовершенств / Я.А. Лукин, Е.С. Ефименко // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения, 2008. № 1.

94. Лукин, Я.А. О Нормах проектирования вагонов / Я.А. Лукин, Е.С. Ефименко // Железнодорожный транспорт, 2008. №3. - С. 57.

95. Лукин, Я.А. Оптимизация несущих систем кузовов вагонов с учетом технологической изогнутости их элементов: автореф. дис. . канд. техн. наук / Я. А. Лукин. Брянск: БГТУ, 2008.

96. Лозбинев, В.П. Оптимизация конструкции вагонов / В.П. Лозбинев, О.Н. Козлова // Железнодорожный транспорт, 2009. №6. - С.62-64.

97. Серпик, И.Н. Современные информационные технологии в параметрической оптимизации несущих систем вагонов / И.Н. Серпик, Ф.Н. Лев-кович, А.И. Тютюнников // Современные наукоемкие технологии, 2004 №6. - С. 4344.

98. Серпик, И.Н. Структурно-параметрическая оптимизация стержневых металлических конструкций на основе эволюционного моделирования / И. Н. Серпик. А. В. Алексейцев. Ф. Н. Левкович. А. И. Тютюнников // Известия вузов: Строительство, 2005. -№8. С. 16-24.

99. Левкович, Ф.Н. Автоматизация параметрического синтеза несущих систем вагонов-платформ: автореф. дис. . канд. техн. наук / Ф.Н. Левкович. -Брянск: БГИТА, 2005. 20 с.

100. Алексейцев, А.В. Метод структурно-параметрической оптимизации конструктивных систем на основе эволюционного моделирования: автореф. дис. . канд. техн. наук / А.В. Алексейцев. Брянск: БГИТА, 2006. - 20 с.

101. Серпик, И.Н. Оптимизация несущих систем кузовов грузовых вагонов с использованием комплекса математических моделей / И. Н. Серпик, А. И. Тютюнников // Тяжелое машиностроение, 2007. №8. - С.25-28 .

102. Серпик, И.Н. Эволюционное моделирование в проектировании несущих систем вагонов / И. Н. Серпик, В. Г. Сударев, А. И. Тютюнников, Ф. Н. Левкович // ВЕСТНИК ВНИИЖТ, 2008. №5. - С. 21-25.

103. Шимкович, Д.Г. Расчет конструкций в MSC.visualNastran for Windows / Д.Г. Шимкович . М.:ДМК Пресс, 2004. - 703 е., ил. (Серия «Просвещение»).

104. Рычков, С.П. MSC.visual Nastran для Windows / Рычков С.П. М.: НТ Пресс, 2004. - 552 е.: ил. - (Проектирование и моделирование).

105. Archetti, F. Global Optimization, Algorithms Nonlinear Optimization: Theory and Algorithms / F. Archetti, G.P. Szego, L.C.W. Dixon, E. Spedicato, G.P. Szego, Eds. Birlchausor, Boston, 1980.

106. Box, MJ. Non-Linear Optimization Techniques / M.J. Box, D. Davies, W.H. Swann, ICI Monograph 5, Oliver and Boyd, Edinburg, 1972. 20.Brooks, S.N. A Comparison of Maximum Seeking Methods. J. Oper. Res., 7 (1959) / S.N. Brooks. -С 430-437.

107. Clough, R.W. The finite element in plane stress analysis / R.W. Clough // Proc. 2-nd ASCE Conf. on Electronic Computation. Pittsburgh, 1960, Sept.

108. Murray, W. (ed.) Numerical Methods for Unconstrained Optimization / W. Murray, Academic Press, London, 1972.

109. Powell, M.J.D. On Search Directions for Minimization Algorithms / M.J.D. Powell, Math. Prog., 4(2), 1973, 193-201.

110. Shanno, D.F. Matrix Conditioning and Nonlinear Optimization / D.F. Shanno, K.H. Phua, Math. Prog., 14, 1978, 149-160.

111. Власов, В.З. Тонкостенные упругие стержни / В.З. Власов. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1959. - 568 с.

112. Расин, Д.Ю. Безопасность эксплуатации кузовов пассажирских вагонов при нормативных продольных соударениях: автореф. дис. . канд. техн. наук / Д.Ю. Расин. Брянск: БГТУ, 2008. - 19 с.

113. Вайнберг, Д.В. Расчет пластин / Д.В. Вайнберг, Д.Е. Вайнберг. Киев.: Буд1вельник, 1970. - 436 с.

114. Биргер, И.А. Расчет на прочность деталей машин: справочник / И.А. Биргер, Б.Ф. Шорр, Г.Б. Иосилевич. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979. - 702 с.

115. Беляев, Н.М. Сопротивление материалов / Н.М. Беляев. Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1976. - 608 с.

116. Никольский, Е.Н. Оболочки с вырезами типа вагонных кузовов. М.: Машиностроение, 1963. - 312 с.

117. Лукин, В.В. Конструирование и расчёт вагонов / В. В. Лукин, Л. А. Шадур, В. Н. Котуранов, А. А. Хохлов, П. С. Анисимов// Учебник для вузов ж.-д. трансп. / Под ред. В.В. Лукина. М: УМК МПС России, 2000. 731 с.

118. Нормы для расчета и проектирования вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных). М.: ГосНИИВ-ВНИИЖТ, 1996. - 320 с.

119. Технические условия размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах / Утверждены МПС Росси 27 мая 2003 г. № ЦМ-943.

120. Повышение прочности, эксплуатационной надежности и ходовых качеств эксплуатируемых и новых типов вагонов, их узлов и деталей. г. Москва: ВНИИЖТ МПС, ВНИПТИВ, ВНИИВ, 1973.

121. Грундспенькис, Я.А. Программный комплекс «ТОМС» для автоматизированного построения допустимых вариантов структуры сложных технических объектов / Я.А. Грундспенькис, Я.К. Тентерис, Б.Г. Соловьев. Рига, ЛатНИИНТИ, 1988.-№88- ПОР 50.51.19-4 с.

122. Общие требования к грузовым вагонам нового поколения. М.: ВНИИВ-ВНИИЖТ, 2001. - 14 с.