автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Оптимизация несущих систем кузовов вагонов с учетом технологической изогнутости их элементов

На правах рукописи

Лукин Ярослав Александрович

ООЗ169353

С^И'

ОПТИМИЗАЦИЯ НЕСУЩИХ СИСТЕМ КУЗОВОВ ВАГОНОВ С УЧЕТОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИЗОГНУТОСТИ ИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Специальность 05 22 07 - «Подвижной состав железных дорог,

тяга поездов и электрификация»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 МА'1 2

Брянск - 2008

003169353

Работа выполнена на кафедре «ВАГОНЫ» Брянского государственного технического университета

Научный руководитель Заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Лозбинев Владимир Павлович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Сакала Владимир Иванович

Ведущая организация - ЗАО НО «Тверской институт вагоностроения»

заседании диссертационного совета Д218 005 01 при Московском государственном университете путей сообщения (МИИТ) по адресу 127994, Москва, ул Образцова, 15, ауд 2505

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета путей сообщения

Автореферат разослан « 29 » _ _2008г

кандидат технических наук, доцент Плотников Игорь Валентинович

3

ащита состоится « » ЦьОНЯ

2008г в /3 часов на

Ученый секретарь диссертационного Совета Д 2Ш)05 01, доктор технических наук, доцент /¿Йи*

А В Саврухин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность задачи. Вагоностроение является одной из крупнейших отраслей машиностроения, на нужды которого расходуется большое количество металла Создание конструкций кузовов вагонов с минимальной металлоемкостью с учетом необходимых ограничений является актуальной задачей Получение оптимальных конструкций представляет собой усовершенствованный подход к проектированию машин и имеет преимущества по сравнению с традиционным проектированием При применении методов оптимального проектирования появляется возможность более эффективно использовать расходуемый металл на создание конструкций

Развитие знаний в области вагоностроения привело к появлению современных конструкций вагонов, особенностью которых является использование в качестве основного несущего элемента тонкой гофрированной обшивки в виде оболочки В процессе изготовления обшивки и при сборке кузовов с несущей обшивкой неизбежно появление технологической погиби Появление технологической изогнутости обусловлено многими факторами допусками, сваркой, сборкой и пр Актуальной является задача оценки влияния изогнутости на несущую способность конструкции кузова вагона и учет этого влияния в процессе оптимального проектирования

Теория оптимального проектирования интенсивно развивается и к настоящему времени в области параметрической оптимизации накоплен опыт решения различных технических задач Вместе с тем актуальной задачей остается разработка метода параметрической оптимизации конструкции кузова, учитывающего изогнутость элементов конструкции

Анализ напряженно-деформированного состояния изогнутых несущих элементов имеет особенности В связи с этим в данной работе предлагается следующая методика учета погиби стержня в процессе па-

раметрической оптимизации конструкции кузова Изогнутый стержень моделируется прямым стержнем с эквивалентными жесткостными характеристиками На каждой итерации уточняются напряжения в зависимости от величины прогиба Устойчивость изогнутого стержня оценивается иначе, чем в случае прямого стержня, поскольку стержень с погибью с самого начала нагружения испытывает деформации изгиба С учетом вышеперечисленных особенностей анализа напряженно-деформированною состояния изогнутых элементов конструкции, необходимо разработать алгоритм оптимизации параметров поперечных сечений несущих элементов кузова для получения конструкции с меньшей металлоемкостью и с допускаемой регламентированной погибью

Цель диссертационной работы - разработать методику оценки прочности и устойчивости несущих элементов кузовов вагонов, имеющих изогнутость, разработать алгоритм оптимизации конструкций кузовов вагонов по критерию минимума металлоемкости исходя из прочности, устойчивости с учетом изогнутости несущих элементов, усовершенствовать программный комплекс для реализации алгоритма оптимизации, исследовать влияние изогнутости на напряженно-деформированное состояние кузова вагона

Общая методика исследований. Общая методика исследований строится с использованием современных методов строительной механики, теории устойчивости и теории оптимального проектирования конструкций Анализ напряженно-деформированного состояния кузова вагона осуществлялся методом конечных элементов (МКЭ)

Научная новизна диссертации. Разработана методика оценки прочности и устойчивости изогнутых стержневых элементов кузовов вагонов Предложен алгоритм параметрической оптимизации, учитывающий технологическую погибь и ограничения по прочности, устойчивости. а также конструктивные Определена неблагоприятная форма изогнутости Разработана специальная математическая модель гофрирован-

ной обшивки, на основе которой произведена оценка влияния величины погиби на напряжения в гофрах и пластинах обшивки между гофрами С помощью численных экспериментов исследовано влияние изогнутости металлического настила пола на напряжения в балках рамы Определены оптимальные параметры несущих элементов кузова пассажирского вагона с учетом изогнутости несущих элементов

Практическая значимость работы и ее внедрение. Предлагаемые в диссертации методика уточнения напряжений в изог нутых несущих элементах, алгоритм оптимизации и подпрограмма учета заданной погиби позволяют снизить металлоемкость конструкции и учесть отрицательное влияние технологической изогнутости Применение результатов исследований и полученных методик позволию определить вариант оптимальной конструкции кузова с меньшей массой Результаты исследований переданы для внедрения на ЗАО УО «Брянский машиностроительный завод» и используются в учебном процессе по специальности 190302 - Вагоны

Апробация и публикация результатов работы. Основные положения диссертации докладывались на III Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития вагоностроения» в 2006г, на XVIII Международной интернет-конференции молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения «МИКМУС-2006» По результатам диссертационной работы опубликовано 9 статей, в том числе в журналах «Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения», «Железнодорожный транспорт» рекомендованных ВАК для публикации результатов диссертаций по специальности 05 22 07 На защиту выносятся:

1) методика оценки прочности и устойчивости несущих элементов кузовов вагонов, имеющих изогнутость,

2) алгоритм оптимизации конструкций кузовов вагонов по критерию

минимума металлоемкости исходя из прочности, устойчивости с учетом изогнутости несущих элементов,

3) программный комплекс для реализации алгоритма оптимизации,

4) результаты оптимизации кузова пассажирского вагона,

5) результаты исследований влияния технологической погиби на напряженно-деформированное состояние конструкции кузова Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 124 наименований Общий объем диссертации составляет 133 страницы, включает 66 рисунков, 6 таблиц и 3 приложения

Автор выражает благодарность к т н , доц Лагутиной А А за научные консультации в процессе выполнения диссертационных исследований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности задачи оптимизации несущих систем кузовов вагонов с учетом технологической изогнутости несущих элементов и ограничений по прочности и устойчивости

В первой главе диссертации анализируются опубликованные работы по тематике диссертации Приводится обзор работ, посвященных оптимальному проектированию конструкций, а также обзор работ по анализу напряженно-деформированного состояния конструкции с учетом начальной изогнутости несущих элементов

Теория оптимальною проектирования конструкций в настоящее время интенсивно развивается Вопросам развития и совершенствования методов расчета и оптимизации несущих конструкций кузовов вагонов посвящены работы ученых МГУ путей сообщения, СПГУ путей сообщения, ВНИИ железнодорожного транспорта, ВНИИ вагоностроения, института машиноведения им А А Благонравова РАН, БГТУ, БГИТА и других организаций Существенный вклад в развитие науки оптимально-

го проектирования конструкций внесли д т н , проф Серпик И Н , 1лав-ный конструктор ОГКВ Сударев В Г , д т н , проф Светлов В И , д т н , проф Битюцкий А А , д т н , проф Смольянинов А В , д т н , проф Воронин Н Н , д т н , проф Овечников М Н , д т н , проф Беспалько, д т н , проф Лозбинев В П , д т н , проф Лозбинев Ф Ю и многими другими учеными

Обзор опубликованных работ показал, что в области оптимального проектирования достигнуты определенные результаты Однако методика параметрической оптимизации с учетом технологической изогнутости элементов конструкции разработана еще недостаточно и представляет собой актуальную задачу

В диссертационной работе были поставлены и решены следующие задачи

1) определения неблагоприятной формы изогнутости гофров обшивки,

2) определения максимально допустимой стрелы изогнутости гофра, в том числе за счет смещения дуги крыши,

3) расчета напряжений в кузове вагона с учетом максимально допустимой изогнутости,

4) определения зависимости внутренних усилий, действующих на гофры обшивки, от изогнутости обшивки,

5) выполнения анализа устойчивости несущих элементов обшивки с учетом изогнутости,

6) разработке алгоритма оптимизации параметров несущих элементов кузова с учетом их изогнутости,

7) выполнения оптимизационных расчетов

При решении поставленных задач приняты следующие 01раниче-

ния

1 Исследования проводятся в рамках упругих деформаций материала

2 Расчетные нагрузки приняты квазистатическими в соответствии с требованиями «Норм для расчета и проектирования новых и модернизируе-

мых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)»

Во второй главе диссертации изложены теоретические основы анализа напряженного состояния и устойчивости несущих элементов кузова вагона с учетом их начальной изогнутости Изложены причины изогнутости несущих элементов Теоретическим путем выводится неблагоприятная форма изогнутости Полученные теоретические выводы проверены с помощью специальной конечно-элементной модели участка пола кузова пассажирского вагона Наибольшие напряжения возникают на вершине гофра, изогнутого в форме 3-х полуволн синусоиды Разработана конечно-элементная модель кузова пассажирского вагона, с помощью которой исследовалось влияние величины погиби на перепад напряжений у вершины гофра и у подножия В зоне исследования посередине кузова (рис 1) изогнутость гофров задавалась путем принудительного смещения узлов от 0 до 10 мм с шагом 1 мм После каждой итерации рассчитывались напряжения посередине участка гофра между стойками на вершине гофра и у подножия Оказалось, что с ростом изогнутости перепад напряжений увеличивается, что свидетельствует об отрицательном влиянии изогнутости на несущую способность гофрированной обшивки

Рис 1 Расчетная схема кузова пассажирского вагона с раздробленными панелями в средней части Выведены формулы для определения начальной допустимой из гнутости на ранней стадии проектирования и напряжений в гофре с уч

том изогнутости Максимально допустимая стрела изогнутости определяется исходя из того, чтобы результирующие напряжения в гофре не превысили допускаемые напряжения для соответствующего материала Стержень, изначально имеющий максимальную стрелу погиби у0 (рис 2), под действием сил N будет испытывать изгиб От действия изгибающего момента появляется дополнительный прогиб у^оп При появлении дополнительного прогиба удоп величина изгибающего момента изменится, поскольку М'изг-М (уо+ Удоп) В свою очередь, изменившееся значение изгибающего момента М'изг приведет к возрастанию дополнительного прогиба у'(>оп, следовательно, имеет место геометрически нелинейная задача

Рис 2 Расчетная схема гофра с начальной погибыо Напряжение в верхней точке сечения гофра

Я2Е1хгоф Нгоф Уо

(;г2Е1хгоф-^оф 1^хгпф' где Е - модуль Юнга, 1хгоф - момент инерции сечения гофра с участками обшивки по 205 (5 - толщина обшивки); Игоф - нормальная сила в сечении гофра, уо - начальная стрела погиби гофра, i - длина участка гофра (расстояние между дугами, балками, стойками или шпангоутами), Wхгоф ~ момент сопротивления изгибу верхней точки сечения гофра

Для определения начальной допустимой изогнутости получена следующая формула

УО-

1

NPl

(Н-<7сж) W}

хгоф'

* гоф * кр )

где Ркр - критическая сила по Эйлеру для шарнирно опертого стержня, [ег] - допускаемые напряжения для материала по «Нормам », <тсж - на-

пряжения от сжатия стержня

В случае, когда изогнутость вызвана смещением дуги, максимально допустимое смещение можно определить по формуле

( N Л К 3£/г N , 1 л = Ы- / гоф | гоф

тах ^ р 2 цг }у

\ гоф^ ггХгоф хгоф

В несущей системе кузова вагона гофрированные листы обшивки привариваются к дугам (стойкам, балкам), которые являются опорами для гофров При проектировании необходимо подобрать такое значение жесткости опор, а, следовательно, дуг или стоек, чтобы критическая сила принимала наибольшее значение Для определения геометрических характеристик сечений дуг и стоек, являющихся опорами для гофра, предлагается следующая зависимость

р-т - рт —> г т

1-'1 дуги ~~ „ дуги аналога ~1 дуги „ 1 дуги аналога»

К-ф Я-ф

где Кф - фактическая жесткость опор, Ккр - критическая жесткость опор гофра (дуг или стоек), Е1дуги - изгибная жесткость предлагаемой дуги, Е1дУги шшлога - изгибная жесткость дуги вагона аналогичной конструкции

Фактическую жесткость дуг и стоек можно определить численным методом, а именно приложить к дуге единичную силу, выполнить расчет кузова по МКЭ и найти прогиб Д под силой Фактическая жест кость определяется следующим образом Кф = 1/Л

Жесткостные характеристики дуги и стойки необходимо проверить на соответствие минимально допустимому моменту сопротивления сечения для пассажирских вагонов, регламентированному Нормами проектирования вагонов

Разработана математическая модель для анализа напряженного состояния и устойчивости несущих элементов кузова вагона с учетом начальной изогнутости В расчетной модели изогнутый стержень моделируется прямым стержнем с эквивалентной жесткостью Эквиваленты!

жесткостные характеристики определяются с учетом дополни1ельного

, Мгоф УО _ „ прогиба у()м =------Такой подход позволяет получить надежные

Ркр ~ Nгоф

значения внутренних силовых факторов по концам гофра Однако определение нормальных напряжений в сечении посередине участка гофра необходимо производить по следующей формуле с учетом изогнутости

=

У (,, ^ 4 х N

2

где М2, Мп Qz, Qy, N - внутренние силовые факторы в концевом сечении, получаемые расчетом по МКЭ, 1Х, 7*1 - осевые моменты инерции и площадь поперечного сечения гофра, х, у - координаты рассматриваемой точки поперечного сечения

В подпрограмму расчета напряжений по МКЭ внесены соответствующие изменения При расчете методом конечных элементов использована локачьная матрица жесткости неизогнутого стержня для изогнутого участка гофра, но вместо Ргоф используется эквивалентная площадь сс-чения гофра, которую можно найти из условия равенства соответствующих жесгкостей изогнутого и эквивалентного неизогнутого гофра

7? - ^ ^хгоф Ргоф . _ ^ ^Угоф ^Ргоф 'экв - 2 1 Т ' Уэк« ~ 02 , , , 0 2 ,

РгофГ+2 1Хгоф * У !У,оф

где у - результирующий прогиб, 1кр гоф - момент сопротивления кручению поперечного сечения гофра

В третьей главе диссертации приводится разработанная методика оптимизации несущей системы кузова вагона с учетом изогнутости несущих элементов Аьализируются приемлемые методы оптимизации, обосновывается математическая постановка задачи В качестве функции цели выбрана минимальная металлоемкость конструкции кузова при которой будут удовлетворены ограничения по прочности, устойчивости и конструктивные, причем значение функции цели будет иметь минимум

У =1.1 Ъ] А, 11 у^тт,

1=1у=1

где V - металлоемкость (суммарная масса металла несущих элементов), п - число несущих элементов, к - количество элементов сечения несущего элемента, - ширина у-го элемента поперечного сечения, /г, - высота у-го элемента поперечного сечения, I, - длина /-го несущего элемента, у, - удельный вес материала г-го несущего элемента

Усовершенствован программный комплекс для оптимизации конструкций с учетом изогнутости (рис 3)

Рис 3 Блок-схема подпрограммы оптимизации кузова вагона с учет о и изогнутости несущих элементов

Предложен алгоритм оптимального проектирования кузовов вагонов с учетом начальной изогнутости гофров обшивки

В четвертой главе исследуется применение разработанной методики для оптимизации несущей системы кузова вагона Проверка алгоритма и программного комплекса, выполненная путем сопоставления результатов с данными натурного и численных экспериментов, подтверждает достоверность предлагаемой методики и подпрограммы оптимизации кузова вагона с учетом изогнутости несущих элементов Выполнена проверка на глобальность оптимального варианта конструкции Согласно разработанной методике определены критические жесткости стоек и дуг Проведены чисаенные эксперименты по анализу напряженного состояния кузова вагона с учетом изогнутости несущих элементов, в результате которых выявлены пики напряжений на вершинах гофров (рис 4)

Рис 4 Влияние изогнутости на напряжения в гофрах Эпюры А, Б, В, Г- значения напряжений в изогнутых гофрах, Д Е, Ж, 3 —значения напряжений в неизогнутых гофрах

Даны результаты оптимизации размеров поперечных сечений несущих элементов Итогом оптимизации кузова пассажирского вагона яв-

ляется снижение тары кузова на 240 кг.

В пятой главе выполнен анализ влияния изогнутости несущих элементов на их оптимальные параметры. Показана зависимость оптимальных параметров от величины изогнутости несущих элементов (рис. 5).

16 15 14

13

X 10

г э

1

о

0

Рис.5 График изменения высоты гофра Н от величины изогнутости Исследована величина допустимой изогнутости гофров пола, боковой стены и крыши. Произведен анализ влияния изогнутости на устойчивость несущих элементов. В результате увеличения величины изогнутости сжатого стержня прослеживается общая тенденция уменьшения значения сжимающей силы в изогнутом элементе (рис.6).

величина изогнутости, мм

Рис. 6 Влияние величины изогнутости верхнего гофра крыши на сжимающие силы по концам гофра (на графике приведены абсолютные значения сип И) Исследовано влияние изогнутости на усилия по продольным кромкам гофра и на нормальные усилия к поверхности обшивки с помощью

специально разработанной конечно-элементной модели участка крыши (рис.7). Увеличение изогнутости приводит к росту нормальных к поверхности обшивки сил (рис.8) и к снижению касательных усилий по продольным кромкам гофра (рис.9).

Рис. 7 Расчетная схема панели обшивки крыши между дугами для исследования влияния изогнутости

величина изогнутости, мм

Рис.8 График изменения сил, нормальных к поверхности обшивки, от величины изогнутости (1,2.. 6- номера пластин между дугами)

2 3 4 5 6 7 величина изогнутости, мм

Рис.9 Изменение касательных напряжений от величины изогнутости гофра крыши в пластинах (1,2,3 - номера пластин, начиная от дуги и заканчивая серединой участка между дугами)

Основные результаты работы, выводы н рекомендации

В диссертационной работе

1) разработана методика оценки прочности и устойчивости изогнутых стержневых элементов кузовов вагонов,

2) разработан алгоритм параметрической оптимизации, учитывающий технологическую погибь гофрированной обшивки кузовов вагонов и ограничения по прочности, устойчивости, а также конструктивные,

3) усовершенствован программный комплекс, в котором реализован алгоритм оптимизации,

4) произведена проверка достоверности разработанного алгоритма оптимизации к программного комплекса,

5) разработана расчетная схема для анализа напряженно-деформирован- ного состояния кузова пассажирскою вагона по МКЭ с учетом изогнутости несущих элементов, произведена проверка расчетной схемы путем сравнения полученных результатов с данными натурного эксперимента, проверка показала приемлемость разработанной математической модели для оценки напряженно-деформированного состояния кузова в процессе оптимизации,

6) разработана специальная математическая модель гофрированной обшивки крыши вагона для оценки влияния величины погиби на напряжения в гофрах и участках обшивки между гофрами, установлено, что напряжения с ростом погиби увеличиваются, что подтверждает достоверность методики уточнения напряжений в изогнутых элементах кузовов вагонов,

7) разработана пластинчатая конечно-элементная модель гофрированного металлического настила пола кузова вагона для определения неблагоприятной формы изогнутости, экспериментальным путем доказано, что наиболее опасной является общая потеря устойчивости,

представляющая собой три полуволны синусоиды,

8) с использованием разработанной подпрограммы определены оптимальные параметры несущих элементов кузова пассажирского вагона при учете изогнутости и без учета, использование разработанного ач-горитма позволяет снизить металлоемкость кузова на 240 кг при удовлетворении ограничений по прочности, устойчивости и конструктивных ограничений,

9) выполнен приближенный экономический анализ результатов оптимизации, свидетельствующий об эффективности разработанной методики оптимизации для снижения металлоемкости и улучшения технико-экономических показателей вагонов,

10) проведены численные эксперименты по оценке влияния изогнутости металлического настила пола кузова вагона на напряжения в балках рамы, было установлено, что при увеличении изо1нутости напряжения в балках рамы увеличиваются,

11) выполнен анализ допустимой начальной изогнутости несущих элементов кузовов вагонов, предложены формулы для определения начальной допустимой изогнутости на ранней стадии проектирования и напряжений в гофре с учетом изогнутости,

12) даиы предложения по уточнению рекомендаций «Норм для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)» о допускаемых моментах инерции дуг крыши и стоек боковой стены кузова пассажирского вагона, предложена методика для назначения моментов сопротивления сечений дуг крыши и стоек боковой стены вагона,

13) установлено влияние изогнутости гофров обшивки кузова на оптимальные параметры несущих элементов, увеличение изогнутости приводит к увеличению момента сопротивления сечения гофра,

14) исследовано влияние изогнутости на устойчивость несущих элементов кузовов вагонов, показано, что устойчивость изогнутых несу-

щих элементов нарушается при равенстве критической силы нормальному усилию в элементе, 15) дано обоснование экспериментально полученных пиков напряжений на вершинах изогнутых гофров кузова вагона, перепад напряжений на вершине вызван изогнутостью гофров внутрь кузова

Таким образом, выполненные исследования позволяют говорить об отрицательном влиянии изогнутости на несущую способность конструкции кузова вагона Оптимизация с учетом изогнутости позволяет не только эффективно распределить металл между несущими элементами конструкции, но и учесть опасное влияние погиби на прочность и устойчивость Разработанная методика позволяет избежать общей потери устойчивости в несущей обшивке кузова и тем самым повысить прочность и устойчивость при меньшей массе вагона

Основное содержание диссертации опубликовано в работах

1 Лукин, Я А Проектировочный расчет напряженного состояния гофров обшивки кузова вагона с учетом начальной технологической изогнутости / Я А Лукин, В П Лозбинев // Тез докл Ежегодной XVI Междунар Интернет-конф молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС-пробмаш-2004) - Москва ИМАШ им А А Благонравова РАН, 2004 - С 63

2 Лозбинев, В П Анализ напряженного состояния конструкций с учетом технологической изогнутости несущих элементов / В П Лозбинев, Я А Лукин // Сб докл Междунар науч -технич Интернет-конф - Белгород БГТУим В Г Шухова, 2005 - С 112-114

3 Лозбинев, В П Определение максимально допустимого смещения ду-I и крыши при изготовлении кузова вагона / В П Лозбинев, Я А Лукин // Проблемы и перспективы развития вагоностроения Материалы II междунар науч -практ конф г Брянск 6-7 дек 2005 г / Под ред В В Ко-бищанова -Брянск БГТУ, 2005 - С 51-53

4 Лозбинев, В П Уточненный анализ напряжений в хребтовой балке вагона / В П Лозбинев, А А Лагутина, Е С Ефименко, Я А Лукин -Брянск ЦНТИ, 2005 Инф листок №08-016-06

5 Лукин, Я А Методика оптимизации кузова пассажирского вагона с учетом начальной технологической изогнутости несущих элементов / Я А Лукин // Проблемы и перспективы развития вагоностроения Материалы III Всероссийской науч-практ конф г Брянск 21-22 дек 2006 г / Под ред В В Кобищанова - Брянск БГТУ, 2006 - С 56-57

6 Лукин, Я А Методика оптимизации кузовов с учетом изогнутости несущих элементов / Я А Лукин, // Матер конф XVIII Междунар Интер-нет-конф молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС-2006) - Москва ИМА1П им А А Благонраво-ваРАН, 2006 - С 18

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

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

9 Лукин, Я А Оптимизация несущих систем кузовов цельнометалчиче-ских вагонов типа замкнутой оболочки с учетом начальных несовершенств / Я А Лукин, Е С Ефименко // Весник Ростовского государственного университета путей сообщения - 2008 - №1 - С 9-13

ЛУКИН Ярослав Александрович

ОПТИМИЗАЦИЯ НЕСУЩИХ СИСТЕМ КУЗОВОВ ВАГОНОВ С УЧЕТОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИЗОГНУТОСТИ ИХ ЭЛЕМЕНТОВ

05 22 07 - Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация

Автореферат

Подписано к печати 24 04 08 Формат бумаги 60x90 11Ь

Уел печ л ^25 Тираж 80 экз

Заказ

127994, Москва, ул Образцова, д 15, Типография МИИТа

Введение.

Глава 1. Обзор выполненных исследований по тематике диссертации

1.1. Анализ опубликованных работ, посвященных оптимальному проектированию конструкций.

1.2. Обзор опубликованных работ по анализу напряженного состояния конструкций с учетом начальной изогнутости несущих элементов.

1.3. Цель исследований. Постановка задачи и принятые ограничения.

Глава 2. Теоретические основы анализа напряженного состояния и устойчивости несущих элементов кузова вагона с учетом их начальной изогнутости.

2.1. Причины изогнутости несущих элементов.

2.2. Анализ наиболее неблагоприятной формы изогнутости гофра.

2.3. Определение максимально допустимой стрелы изогнутости

2.4. Определение максимально допустимого смещения дуги крыши.

2.5. Анализ устойчивости гофров обшивки с учетом начальной изогнутости.

2.6. Определение геометрических характеристик сечений дуг и стоек, исходя из критической жесткости.

2.7. Разработка математической модели для анализа напряженного состояния и устойчивости несущих элементов кузова вагона с учетом начальной изогнутости.

2.8. Определение расстояния между стойками и дугами.

2.9. Определение расстояния между осями гофров.

2.10. Описание программного комплекса.

Глава 3. Разработка методики оптимизации несущей системы кузова вагона с учетом изогнутости несущих элементов.

3.1. Анализ приемлемых методов оптимизации.

3.2. Математическая постановка задачи оптимизации.

3.3. Алгоритм оптимизации.

3.4. Блок-схема подпрограммы оптимизации кузова вагона с учетом изогнутости несущих элементов.

Глава 4. Применение разработанной методики для оптимизации несущей системы кузова пассажирского вагона.

4.1. Проверка алгоритма и программного комплекса.

4.2. Определение критической жесткости стоек и дуг.

4.3. Определение напряженного состояния кузова вагона с учетом изогнутости несущих элементов.

4.4. Оптимизация размеров поперечных сечений несущих элементов.

Глава 5. Анализ влияния изогнутости несущих элементов на их оптимальные параметры.

5.1. Зависимость оптимальных параметров от величины изогнутости несущих элементов.

5.2. Анализ оптимальной величины изогнутости.

5.3. Влияние изогнутости на устойчивость несущих элементов.

5.4. Влияние изогнутости на усилия по продольным кромкам гофра и на нормальные усилия к поверхности обшивки.

5.5. Влияние изогнутости металлического настила пола на напряжения в' балках рамы.

Вагоностроение является одной из крупнейших отраслей машиностроения, на нужды которого расходуется большое количество металла. Создание конструкций кузовов вагонов с минимальной металлоемкостью с учетом необходимых ограничений является актуальной задачей. Получение оптимальных конструкций представляет собой усовершенствованный подход к проектированию металлоконструкций и имеет преимущества по сравнению с традиционным проектированием. При применении методов оптимального проектирования появляется возможность более эффективно использовать расходуемый металл на создание конструкций. Методы оптимального проектирования позволяют спроектировать наилучший вариант конструкции с учетом требований, предъявляемых к конструкции заказчиком.

Развитие знаний в области вагоностроения привело к появлению современных конструкций вагонов, особенностью которых является использование в качестве основного несущего элемента тонкой гофрированной обшивки в виде оболочки. В процессе изготовления обшивки и при сборке кузовов с несущей обшивкой неизбежно появление технологической погиби. Появление технологической изогнутости обусловлено многими факторами: допусками, сваркой, технологией и пр. Актуальной является задача оценки влияния изогнутости на несущую способность конструкции кузова вагона и применение оптимального проектирования.

Теория оптимального проектирования интенсивно развивается и к настоящему времени в области параметрической оптимизации накоплен опыт решения различных технических задач. Вместе с тем актуальной задачей остается разработка метода параметрической оптимизации конструкции кузова, учитывающего изогнутость элементов конструкции. Анализ напряженно-деформированного состояния изогнутых несущих элементов имеет особенности. В связи с этим в данной работе предлагается следующая методика учета погиби стержня в процессе параметрической оптимизации конструкции кузова. Изогнутый стержень моделируется прямым стержнем с эквивалентными жесткостными характеристиками. На каждой итерации уточняются напряжения в зависимости от величины прогиба. Устойчивость изогнутого стержня оценивается иначе, чем в случае прямого стержня, поскольку стержень с погибью с самого начала нагружения испытывает деформации изгиба. С учетом вышеперечисленных особенностей анализа напряженно-деформированного состояния изогнутых элементов конструкции, необходимо разработать алгоритм оптимизации параметров поперечных сечений несущих элементов кузова для получения конструкции с меньшей металлоемкостью и с допускаемой регламентированной погибью.

Конструкция кузова пассажирского вагона, полученная с использованием оптимального проектирования и с учетом технологической погиби позволяет улучшить технико-экономические показатели вагона и при этом сократить расходы на ремонт.

Общая методика исследований строится с использованием современных методов строительной механики, теории устойчивости и теории оптимального проектирования конструкций. Анализ напряженно-деформированного состояния кузова вагона осуществлялся методом конечных элементов (МКЭ). Достоверность разработанных расчетных схем подтверждается данными, полученными экспериментальным путем, а также численными экспериментами. Достоверность разработанного алгоритма оптимизации и программного комплекса проверялась путем сравнения результатов численных экспериментов с данными, полученными с использованием различных программных комплексов расчета по МКЭ.

Научной новизной диссертации является методика оценки напряженного состояния и устойчивости изогнутых несущих элементов кузовов вагонов. Впервые разработан алгоритм параметрической оптимизации кузовов, учитывающий начальные несовершенства в виде технологической изогнутости, при выполнении ограничений по прочности, устойчивости и конструктивных. Программный комплекс для выполнения оптимизационных расчетов дополнен подпрограммой учета изогнутости.

Разработанные в диссертации методика, алгоритм и программный комплекс позволяют получить оптимальный вариант конструкции кузова вагона, характеризующийся меньшей металлоемкостью по сравнению с существующими аналогичными вагонами, что позволяет снизить затраты на производство вагона и его эксплуатацию. Появляется возможность назначать допускаемую изогнутость на стадии эскизного проектирования кузова в зависимости от параметров несущих элементов. С использованием разработанных методик получен оптимальный вариант несущей конструкции кузова пассажирского вагона.

Основные положения диссертации представлены в журнале "Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения" в 2008г. По результатам диссертационной работы опубликовано 9 статей. На защиту выносятся:

•S методика оценки прочности и устойчивости несущих элементов кузовов вагонов, имеющих изогнутость;

•S алгоритм оптимизации конструкций кузовов вагонов по критерию минимума металлоемкости с учетом прочности, устойчивости и изогнутости несущих элементов;

S программный комплекс для реализации алгоритма оптимизации;

S результаты оптимизации кузова пассажирского вагона;

S результаты исследований влияния технологической погиби на напряженно-деформированное состояние конструкции кузова.

Основные результаты работы, выводы и рекомендации

В диссертационной работе на основе проведенных исследований и численных экспериментов получены следующие результаты.

1. Разработана методика оценки прочности и устойчивости изогнутых стержневых элементов кузовов вагонов.

2. Разработан алгоритм параметрической оптимизации, учитывающий технологическую погибь гофрированной обшивки кузовов вагонов и ограничения по прочности, устойчивости, а также конструктивные.

3. Усовершенствован программный комплекс, в котором реализован алгоритм оптимизации.

4. Произведена проверка достоверности разработанного алгоритма оптимизации и программного комплекса.

5. Разработана расчетная схема для анализа напряженно-деформированного состояния кузова пассажирского вагона по МКЭ с учетом изогнутости несущих элементов. Произведена проверка расчетной схемы путем сравнения полученных результатов с данными натурного эксперимента. Проверка показала приемлемость разработанной математической модели для оценки напряженно-деформированного состояния кузова в процессе оптимизации.

6. Разработана специальная математическая модель гофрированной обшивки крыши вагона для оценки влияния величины погиби на напряжения в гофрах и участках обшивки между гофрами. Установлено, что напряжения с ростом погиби увеличиваются, что подтверждает достоверность методики уточнения напряжений в изогнутых элементах кузовов вагонов.

7. Разработана пластинчатая конечно-элементная модель гофрированного металлического настила пола кузова вагона для определения наиболее неблагоприятной формы изогнутости. Экспериментальным путем доказано, что наиболее опасной является общая потеря устойчивости, представляющая собой волну синусоиды.

8. С использованием разработанной подпрограммы определены оптимальные параметры несущих элементов кузова пассажирского вагона при учете изогнутости и без учета. Использование разработанного алгоритма позволяет снизить металлоемкость кузова на 240 кг при удовлетворении ограничений по прочности, устойчивости и конструктивных ограничений.

9. Выполнен приближенный экономический анализ результатов оптимизации, свидетельствующий об эффективности разработанной методики оптимизации для снижения металлоемкости и улучшения технико-экономических показателей вагонов.

10. Проведены численные эксперименты по оценке влияния изогнутости металлического настила пола кузова вагона на напряжения в балках рамы. Было установлено, что при увеличении изогнутости напряжения в балках рамы увеличиваются.

11. Выполнен анализ допустимой начальной изогнутости несущих элементов кузовов вагонов. Предложены формулы для определения начальной допустимой изогнутости на ранней стадии проектирования и напряжений в гофре с учетом изогнутости.

12. Даны предложения по уточнению рекомендаций Норм проектирования вагонов о допускаемых моментах инерции дуг крыши и стоек боковой стены кузова пассажирского вагона. Предложена методика для назначения моментов сопротивления сечений дуг крыши и стоек боковой стены вагона.

13. Установлено влияние изогнутости гофров обшивки кузова на оптимальные параметры несущих элементов. Увеличение величины изогнутости приводит к росту радиуса или высоты гофра в связи с ростом напряжений.

14. Исследовано влияние изогнутости на устойчивость несущих элементов кузовов вагонов. Показано, что устойчивость изогнутых несущих элементов нарушается при равенстве критической силы нормальному усилию в элементе. 15. Дано обоснование экспериментально полученных пиков напряжений на вершинах изогнутых гофров кузова вагона. Перепад напряжений на вершине вызван изогнутостью гофров внутрь кузова.

Выполненные исследования позволяют говорить об отрицательном влиянии изогнутости на несущую способность конструкции кузова вагона. Оптимизация с учетом изогнутости позволяет не только эффективно распределить металл между несущими элементами конструкции, но и учесть опасное влияние погиби на прочность и устойчивость. Разработанная методика позволяет избежать общей потери устойчивости в несущей обшивке кузова и тем самым повысить прочность и устойчивость при меньшей массе вагона.

110

1. Аоки, М. Введение в методы оптимизации. Пер. с англ. / М. Аоки. -М.: Наука, 1977. - 344 с.

2. Афонина, Е.В. Методика оптимизации несущих элементов кузовов вагонов с учетом ограничений по прочности и живучести / Е.В. Афонина // Динамика, прочность и надёжность транспортных машин. Сб. науч. тр. Брянск. БГТУ, 1999. - С. 104-110.

3. Афонина, Е.А. Оптимизация металлоконструкций кузовов грузовых вагонов с учетом требований прочности и живучести несущих элементов / Е.В. Афонина // Автореферат дисс. . канд. техн. наук. Брянск: БГТУ, 2001. - 19 с.

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

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

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

7. Бартеньев, О.В. Современный FORTRAN / О.В. Бартеньев. М.: Диалог-МИФИ, 1998. - 397 с.

8. Беляев, Н.М. Сопротивление материалов / Н.М. Беляев. М.: Физмат-гиз, 1962. - 856 с.

9. Биргер, И.А Стержни, пластинки, оболочки / И.А. Биргер. — М.: Наука, 1992.-392 с.

10. 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.

11. Булычев, М.А. Методика оптимизации несущей системы кузова вагона с учетом ограничений по прочности и сопротивлению усталости / М.А.

12. Булычев // Дисс. . канд. техн. наук. Брянск: БГТУ, 1999. - 189 с.

13. Булычев, М.А. Совершенствование способов расчета и оптимизации несущих элементов кузовов вагонов / М.А. Булычев, В.П. Лозбинев // Механика вагонов. Сб. науч. тр. Брянск. БГТУ, 1998. - С. 36-47.

14. Валуйских, В.П. Расчет и оптимальное проектирование конструкций из цельной и клееной древесины / В.П. Валуйских // Строительная механика и расчет сооружений. №3, 1990. - С. 52-57.

15. Василевский, В.В. Влияние волнистости на устойчивость гофров кузова вагона / В.В. Василевский, П.С. Ломаков // Проблемы и перспективы развития вагоностроения: материалы научн.-практ. конф. — Брянск: БГТУ, 2004. 56 с.

16. Вершинский, С.В. Расчет вагонов на прочность / С.В. Вершинский, Е.Н. Никольский, Л.А. Шадур. М.: Машиностроение, 1971. - 432 с.

17. Винокуров, В.А. Теория сварочных деформаций и напряжений / В.А. Винокуров, А.Г. Григорьянц. М.: Машиностроение, 1984. - 280 с.

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

19. Горбачев, К.П. Метод конечных элементов в расчетах прочности / К.П. Горбачев. Л.: Судостроение, 1985. -156 с.

20. 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.

21. Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике. Пер. с англ. / О. Зенкевич. М.: Мир, 1975.

22. Ильин, В.П. Численные методы решения задач строительной механики: справ, пособие / В.П. Ильин, В.В. Карпов, A.M. Масленников. — Мн.: Высш. шк., 1990. 349 с.

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

24. Кобищанов, В.В. Расчет кузовов вагонов на прочность / В.В. Кобищанов. Брянск: БГТУ, 1987. - 80 с.

25. Конов, А.В. Методика оптимизации несущих элементов кузовов вагонов с учетом прочности и устойчивости / А.В. Конов, В.П. Лозбинев // Механика вагонов. Сб. науч. тр. Брянск. БГТУ, 1998. - С. 28-35.

26. Корноухов, Н.В. Прочность и устойчивость стержневых систем. Упругие рамы, фермы и комбинированные системы / Н.В. Корноухов. М.: Государственное издательство строительной литературы, 1949. -376 с.

27. Кохан, Н.А. Расчет панелей крыш вагонов на устойчивость с учетом начальной погиби методом конечных элементов / Н.А. Кохан // Дисс. . канд. техн. наук. Омск: 1990. - 134 с.

28. Коченкова, Н.И. Оптимизация несущих конструкций кузовов вагонов по критерию минимума себестоимости / Н.И. Коченкова // Автореферат дисс. . канд. техн. наук. Брянск: БГТУ, 2001. — 24 с.

29. Кузнецов, А.Ю. Оптимизация по частям кузова крытого грузового вагона из условия минимума массы его элементов / А.Ю. Кузнецов // Автореферат дисс. . канд. техн. наук. Брянск: БИТМ, 1988. - 19 с.

30. Курицкий, Б.Я. Оптимизация вокруг нас / Б.Я. Курицкий. Л.: Машиностроение, 1989, - 144 с.

31. Лагутина, А.А. Проектирование конструкций кузовов вагонов с учетом начальной изогнутости несущих элементов / А.А. Лагутина // Проблемы и перспективы развития вагоностроения: материалы науч.практ. конф. Брянск: БГТУ, 2004. - 56 с.

32. Лагутина, А.А. Проектирование оптимальных конструкций кузовов вагонов с учетом начальных несовершенств / А.А. Лагутина // Проблемы и перспективы развития вагоностроения. Материалы II между-нар. науч.-практ. конф. Брянск: БГТУ, 2005. - С. 45-48.

33. Лазарев, И.Б. Математические методы оптимального проектирования конструкций: учеб. пособие / И.Б. Лазарев. Новосибирск: НИЖТ, 1975. - 186 с.

34. Лозбинев, В.П. Анализ напряженного состояния конструкций с учетом технологической изогнутости несущих элементов / В.П. Лозбинев, Я.А. Лукин // Сб. докл. Междунар. науч.-технич. Интернет-конф. -Белгород: БГТУ им. В.Г. Шухова, 2005. С. 112-114.

35. Лозбинев, В.П. Влияние начальной технологической изогнутости листа пола на напряженное состояние рамы кузова вагона / В.П. Лозбинев, Е.В. Афонина, Н.И. Коненкова.- Брянск: ЦНТИ. №62-98, 1998-4с.

36. Лозбинев, В.П. Методика оптимизации структурной схемы и параметров сечений несущих элементов кузова грузового вагона / В.П. Лозбинев, Ф.Ю Лозбинев. Брянск: ЦНТИ. № 184-95, 1995. - 4 с.

37. Лозбинев, В.П. Методика проектирования оптимальных несущих систем кузовов вагонов / В.П. Лозбинев // Механика вагонов. Сб. науч. тр. Брянск. БГТУ, 1998. - С. 6-14.

38. Лозбинев, В.П. Методика расчета оптимальных параметров сечений несущих элементов кузовов грузовых вагонов / В.П. Лозбинев. — Тула: ТПИ, 1980. 80 с.

39. Лозбинев, В.П. Определение максимально допустимого смещения дуги крыши при изготовлении кузова вагона / В.П. Лозбинев, Я.А. Лукин //

40. Материалы II междунар. науч.-практ. конф.-Брянск: БГТУ, 2005.-85 с.

41. Лозбииев, В.П. Особенности оптимального проектирования кузовов вагонов / В.П. Лозбинев // Проблемы механики железнодорожного транспорта. Тез. докл. Всесоюз. конф. Днепропетровск, 1980. - С. 143-144.

42. Лозбинев, В.П. Особенности анализа устойчивости несущей обшивки кузова транспортных машин / В.П. Лозбинев. Брянск: ЦНТИ. №39693, 1993. - 2 с.

43. Лозбинев, В.П. Проектирование и оптимизация несущих систем кузовов вагонов: учебное пособие / В.П. Лозбинев. — Брянск: БГТУ, 1997. 88 с.

44. Лозбинев, В.П. Развитие оптимального проектирования несущих систем вагонов / В.П. Лозбинев, Ф.Ю. Лозбинев, А.А. Милакова // Динамика, прочность и надёжность транспортных машин. Сб. науч. тр. Брянск. БГТУ, 1999. - С. 69-74.

45. Лозбинев, В.П. Совершенствование процесса проектирования вагонов на основе использования ЭВМ и методов оптимизации / В.П. Лозбинев // Тез. докл. Всесоюз. конф. М., 1998 - С. 25-27.

46. Лозбинев, В.П. Совершенствование процесса проектирования кузовов вагонов / В.П. Лозбинев, А.А. Лагутина, Я.А. Лукин, Е.С. Ефименко. —

47. Тяжелое машиностроение. 2007. - №7. - С. 31-35.

48. Лозбинев, В.П. Способ определения целесообразных структурных схем несущих конструкций транспортных машин / В.П. Лозбинев, Ф.Ю Лозбинев. Брянск: ЦНТИ. №133-97, 1997 - 2 с.

49. Лозбинев, В.П. Способ приведения распределенной нагрузки к узловой при использовании метода конечных элементов / В.П. Лозбинев, М.А Булычев. Брянск: ЦНТИ. №85-97 ИЛ., 1997 - 4 с.

50. Лозбинев, В.П. Уточненный анализ напряжений в хребтовой балке вагона / В.П. Лозбинев, А.А Лагутина, Е.С. Ефименко, Я.А. Лукин. — Брянск: ЦНТИ, 2005. Инф. листок №08-016-06.

51. Лозбинев, В.П. Учет специфики конструкций кузовов вагонов в процессе оптимизации / В.П. Лозбинев. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ. №133-97, 1982 - С. 12-14.

52. 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.

53. Лозбинев, Ф.Ю. Алгоритм гибких стратегий методов нелинейного программирования для структурной и параметрической оптимизации несущих конструкций / Ф.Ю. Лозбинев, В.П. Лозбинев. Брянск: ЦНТИ. №75-93ИЛ, 1993. - 4 с.

54. Лозбинев, Ф.Ю. Алгоритм оптимизации топологической схемы и параметров сечений стержневых элементов несущей конструкции типа кузова вагона / Ф.Ю. Лозбинев. М.: ЦНИИТЭИтяжмаш.№15-1-91-02, 1991.-2 с.

55. 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.

56. Лозбинев, Ф.Ю. Оптимизация несущих элементов кузовов вагонов / Ф.Ю. Лозбинев // Механика вагонов. Сб. науч. тр. Брянск. БГТУ, 1998. - С. 15-27.

57. Лозбинев, Ф.Ю. Разработка научных основ оптимального проектирования несущих систем кузовов вагонов по критерию минимума затрат на создание, эксплуатацию и ремонт/Ф.Ю. Лозбинев//Автореф. дис. . д-ра техн. наук. Брянск: ЦНТИ, 2001. - 48 с.

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

59. Ломаков, П.С. Оценка несущей способности опытного кузова пассажирского вагона нового поколения / П.С. Ломаков, А.А. Юхневский,

60. A.В. Гребенников, О.В. Кравченко // Проблемы и перспективы развития вагоностроения: Материалы II междунар. науч.-практ. конф. -Брянск: БГТУ, 2005. С. 54-56.

61. Ломброзо, Ю.М. Применение метода конечных элементов для оценки устойчивости кузовов цельнометаллических вагонов / Ю.М. Ломброзо,

62. B.Э. Петер, В.Я. Демиденко // Науч. тр. Ом. ин-та. инж. ж.-д. трансп., 1975. Т. 171.-С. 86-92.

63. Лукашук, B.C. Исследование деформаций гофрированной обшивки кузовов вагонов / B.C. Лукашук // Автореферат дисс. . канд. техн. наук. -Брянск: БГТУ, 1978.-27 с.

64. Лукашук, B.C. Нестандартное оборудование вагоностроительного производства. Конструкция, проектирование, расчет: учеб пособие для вузов ж.-д. транспорта / B.C. Лукашук. М.: Маршрут, 2006. -208 с.

65. Лукашук, B.C. Устойчивость стержневых элементов кузовов вагонов с начальной погибью при осевом сжатии / B.C. Лукашук, А.А. Осыкин, Д.В. Сафонов, Р.А. Тормасов // Механика вагонов. Сб. науч. тр. Брянск. БГТУ, 1998. - С. 97-103.

66. Лукин, В.В. Исследование зависимости тары от конструктивных параметров вагонов / В.В. Лукин // Вопросы строительной механики кузовов вагонов. Тула, 1977. - С. 109-129.

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

68. 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. — С. 9-13.

69. Макунин, В.М. Оптимальное проектирование цельнометаллических кузовов полувагонов / В.М. Макунин // Автореферат дисс. . канд. техн. наук. М.: МИИТ, 1987. - 20 с.

70. Маневич, А.И. Оптимизация сжатой продольно подкрепленной цилиндрической оболочки на основе линейной и нелинейной теорий упругости / А.И. Маневич // Строительная механика и расчет сооружений, 1990. -№3.-С. 57-62.

71. Милакова, А.А. Разработка методики оптимизации кузовов вагонов с учетом ограничений по устойчивости несущих элементов / А. А. Милакова // Автореферат дисс. . канд. техн. наук. — Брянск: БГТУ, 2001. 19 с.

72. Милакова, А.А. Учет начальной погиби в несущих конструкциях кузовов вагонов с гофрированной обшивкой при расчетах с использованием МКЭ / А. А. Милакова. Брянск: ЦНТИ, - № 08-111-00 ИЛ. -2000.-4 с.

73. Мысютин, А.П. О выборе оптимальных (по критерию максимального использования допускаемых напряжений) параметров сечений стержневых элементов / А.П. Мысютин // Вопросы строительной механики кузовов вагонов. Брянск: БИТМ, 1983. - С. 65-67.

74. Никольский, Е.Н. Оболочки с вырезами типа вагонных кузовов / Е.Н. » Никольский. М.: МАШГИЗ, 1963. - 312 с.

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

76. Никольский, Е.Н. Расчет несущих конструкций кузовов вагонов по методу конечных элементов / Е.Н. Никольский. Брянск:БИТМ, 1982. — 99 с.

77. Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных) — М.: ВНИ-ИВ-ВНИИЖТ, 1983. 260 с.

78. Отчет о статических прочностных испытаниях кузова пассажирского вагона модели 61-4440 (рукопись) / ОАО ТВЗ г. Тверь, 2005. 60 с.

79. Пановко, Я.Г. Устойчивость и колебания упругих систем: Современные концепции, ошибки и парадоксы. 3-е изд., перераб. / Я.Г. Па-новко, И.И. Губанова. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979. - 384 с.

80. Раевский, А.Н. Оптимизация рамных каркасов из условия прочности и устойчивости / А.Н. Раевский, JI.A. Раевский. — Пенза: ГАСИ, 1996. — 131 с.

81. Рейтман, М.И. Методы оптимального проектирования деформируемых тел / М.И. Рейтман, Г.С. Шапиро. М.: Наука, 1976. - 264 с.

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

83. Савчук, О.М. К вопросу оптимизации сечений стержневых элементов / О.М. Савчук, В.А. Царапкин // Строительная механика и расчет сооружений, 1980. №1. - С. 25-28.

84. Савчук, О.М. Оптимальное проектирование и совершенствование конструкций неподрессоренных деталей ходовых частей подвижного состава / О.М. Савчук // Дисс. . докт. техн. наук. Днепропетровск: ДИИТ, 1986.-474 с.

85. Сарычев, В.В. Выбор рациональной номенклатуры профилей стержневых элементов вагонных конструкций на примере вагона-хоппера / В.В. Сарычев // Дисс. . канд. техн. наук. Кременчуг: ОО ВНИИВ, 1988. - 148 с.

86. Серпик, И.Н. Оптимальное проектирование несущих систем вагонов нового поколения / И.Н. Серпик, А.И. Тютюнников, Ф.Н. Левкович // Подвижной состав железнодорожного транспорта: Матер. Междунар. науч-практ. конф. Гомель, 2004. - С. 80-85.

87. 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. -№6, 2004. С. 43-44.

88. 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. №8, 2005. - С. 16-24.

89. Серпик, И.Н. Эволюционное моделирование в оптимизации стержневых строительных конструкций / И.Н. Серпик, А.В. Алексейцев, Ф.Н. Левкович // Компьютерное моделирование 2004: Матер. 5-й Между-нар. конф. Санкт-Петербург, 2004. - С. 6-8.

90. Синицин, В.В. Разработка методики оценки несущей способности тонкой гофрированной обшивки кузовов вагонов / В.В. Синицин // Автореферат дисс. . канд. техн. наук. Брянск: БГТУ, 2002. - 20 с.

91. Сорокина, С.В. Автоматизация определения оптимальных параметров сечений элементов конструкций кузовов вагонов на основе метода конечных элементов / С.В. Сорокина // Вопросы строительной механики кузовов вагонов. Брянск: БИТМ, 1983. - С. 51-65.

92. Сорокина, С.В. Элементы автоматизации проектирования несущих конструкций кузовов вагонов с оптимизацией стержневых элементов (на примере крытого грузового вагона) / С.В. Сорокина // Автореферат дисс. . канд. техн. наук. Брянск: БИТМ, 1984. - 23 с.

93. Суслов, В.П. Строительная механика корабля и основы теории упругости / В.П. Суслов, Ю.П. Кочанов, В.Н. Спихтаренко. Л.: Судостроение, 1972. - 720 с.

94. Тарарушкин Ю.Ф. Весовая оптимизация конструкций: методические указания / Ю.Ф. Тарарушкин. М.: МИИТ, - 1994.

95. Тарарушкин, Ю.Ф. Использование метода проекции градиента для весовой оптимизации конструкций / Ю.Ф. Тарарушкин, Н.Н. Шапошников, В.А. Ожерельев // Сборник «Расчеты на прочность» №29. М.: Машиностроение, 1989.

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

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

98. Тарарушкин, Ю.Ф. Оптимизация в САПР: учеб. пособие / Ю.Ф. Тарарушкин. М.МИИТ, 1994.

99. ЮЗ.Тимашев, С.А. Устойчивость подкрепленных оболочек / С.А. Тима-шев. — М.: Стройиздат, 1974. 256 с.

100. Тимошенко, С.П. Теория упругости: Пер. с англ. / С.П. Тимошенко, Дж. Гудьер, Г.С. Шапиро. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979. - 560 с.

101. Тришевкий, И.С. Стандартизация и качество гнутых профилей проката / И.С. Тришевский, И.С. Гринь, В.А. Ена, И.М. Козлова, Б.В. Федин. -М.: Издательство стандартов, 1982. 56 с.

102. Юб.Турчак, Л.И. Методы оптимизации / Л.И. Турчак // Основы численных методов. М.: Наука, 1987. - С. 169-204.

103. Феодосьев, В.И. Десять лекций-бесед по сопротивлению материалов / В.И. Феодосьев. -М.: Наука, 1969. 176 с.

104. 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.

105. 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.

106. ПО.Филюков, Ю.Л. Особенности работы и оптимизация некоторых узлов кузова грузового рефрижераторного вагона / Ю.Л. Филюков // Автореферат дисс. . канд. техн. наук. Брянск: БИТМ, 1986. - 18 с.

107. Ш.Хог, Э. Прикладное оптимальное проектирование. Механические системы и конструкции / Э.Хог, Я. Арора. М.: Мир, 1983. - 478 с.

108. Царапкин, В.А. Методика определения оптимальных параметров сечений стержневых систем вагонов / В.А. Царапкин, A.M. Бабаев // Исследование условий эксплуатации и ремонта вагонов. Ташкент, вып.82. - С. 152-158.

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

110. Царапкин, В.А. Оптимальные параметры сечений элементов 4-х осно-го полувагона / В.А. Царапкин // Транспортное машиностроение. — М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1973. №6. - С. 32-35.

111. Шафранский, Л.Г. Остаточные напряжения и деформации в сварных конструкциях: учеб пособие / Л.Г. Шафранский. Тула:ТПИ, 1977. — 83 с.

112. Шимкович, Д.Г. Расчет конструкций в MSN/NASTRAN for Windows. -М: ДМК Пресс, 2001 448 с.

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

114. Box, M.J. Non-Linear Optimization Techniques / M.J. Box, D. Davies, W.H. Swann, ICI Monograph 5, Oliver and Boyd, Edinburg, 1972.

115. Brooks, S.N. A Comparison of Maximum Seeking Methods. J. Oper. Res., 7 (1959) / S.N. Brooks. C. 430-437.

116. Clough, R.W. The finite element in plane stress analysis / R.W. Clough //

117. Proc. 2-nd ASCE Conf. on Electronic Computation. Pittsburgh, 1960, Sept.

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

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

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

121. Закрытое акционерное общество Управляющая компания «Брянский машиностроительный завод»

122. Утверждаю Технический директор-ЗЗЙ^УК БМЗ2 { » МС^У itifiir.-Л " ('1. Ч /J1. Справка/L4 » 2008 г. г. Брянск

123. Главный конструктор ОКВ ВП1. В.Г. Сударев

124. SUBROUTINE STRGOF (N,S,BJ,BW,NT,VRM1,VRM2,HRM1,HRM2,BRN, VRM3,HRM3,S3,IS3)1.CLUDE 1MEM1*

125. DIMENSION BJ (999,4),BW(999,4),S(2,4),S3(4)1.KIN BEGIN1. (IPRUS.EQ.9) THEN1. (Y0L(N).NE.0.0.AND.YIZMASS(N).EQ.0.0.AND.BRN.LT.0.0) THEN L IF (Y0L(N).NE.0.0.AND.BRN.LT.0.0J THEN

126. F = BJ(N,3) PKRIZ = SKRL(N)* F1. RNGOFIZ = BRN1. Y0IZ = abs(Y0L(N))

127. YDOP = Y0IZ/(PKRIZ/abs(RNGOFIZ) 1) WRITE (99,*) *N,YDOP',N,YDOP YIZ = Y0IZ + YDOP YIZ MASS(N) =YIZ

128. NG=NGREUSL(N) IF (NG.NE.0) THEN DO J=1,K01L1. (NGREUSL(J).EQ.NG) YIZMASS(J)=YIZMASS(N) END DO END IF1. END IF1. END IF

129. WRITE(99,*) 'N, BW(N,1),BW(N,2),BW(N,3)=',N,BW(N,1),BW(N,2),BW(N,3) WRITE(99,*) *BRN, YIZMASS(N) =',BRN,YIZMASS(N)1.KIN END1. S(I,4)=0.0 S(2,4)=0.01. (IS3.NE.0) S3(4}=0.0 NT1=NT-1301. (BJ(N,3).EQ.0) GO TO 100 SN3=BRN/BJ(N,3) GO TO 200 100 SN3=0.0

130. C200 GOTO (1,2,3,4,1,1,1,1,1,1,1,2,3,4,1,1), NT1

131. GOTO (1,2,3,4,1,1,1,1,1,1,1,2,3,4,1,1,1,1,1,1,1,2,3,4,1,1), NT1 1 A=VRM1/BW(N,1)

132. B=HRM1/BW(N,3) C=VRM1/BW(N, 2} S(1,1)=-A-B+SN3 S(1,2)=-A+B+SN3 S(1,3)=C+SN3 LUKIN BEGIN1. (IPRUS.EQ.9.AND.BRN.LT.0.0.AND.YIZMASS(N).NE.0.0) THEN WRITE(99,*) *N=',N,*S(1,3)=',S{1,3)

133. S(1,4)=S(1,4) ABS(BRN)*YIZMASS(N)/BW(N,2) WRITE(99,*) 1N=',N, * S(1,3)DOP=',S(1,3), 'S(1,4)DOP=',S(1,4)1. END IF LUKIN END END IF

134. A-VRM2/BW(N,1) B=HRM2/BW(N,3) C=VRM2/BW(N,2) S (2,1)=-A-B+SN3 S(2,2)=-A+B+SN3 S (2, 3)=C+SN3 LUKIN BEGIN1. (IPRUS.EQ.9.AND.BRN.LT.0.0.AND.YIZMASS{N).NE.0.0) THEN

135. WRITE(99,*) 'N=',N,S(2,3}=',S{2,3)

136. S(2,3)=S(2,3) ABS(BRN)*YIZMASS(N)/BW(N,2>

137. A=VRM1/BW(N,3) B=HRM1/BW(N,1) C=HRM1/BW(N,2)

138. S (1,1)=-A+B+SN3 S(1,2)=A+B+SN3 S (1,3)=-C+SN3 IF (NT1.EQ.12) THEN D=VRM1/BW(N, 4) S(1,3}=D-C+SN3 S(1,4 )=-D-C+SN3 END IF

139. A=VRM2/BW(N,3) B=HRM2/BW(N,1) C=HRM2/BW(N, 2) S (2,1)=-A+B+SN3 S(2,2)=A+B+SN3 S(2,3)=-C+SN3 IF (NT1.EQ.12) THEN D=VRM2/BW(N,4) S (2,3}=D-C+SN3 S(2,4)=-D-C+SN3 END IF RETURN

140. A=VRM1/BW{N,1) B=HRM1/BW(N,3) C=VRM1/BW(N,2) S(1,1)=A+B+SN3 S(1(2)=A-B+SN3 S(1,3)=-C+SN31. (NT1.EQ.13) THEN D=HRM1/BW(N,4) S(1,3)=-C-D+SN3 S {1, 4 }=-C+D+SN3 END IF

141. A=VRM1/BW(N,3) S=HRM1/BW(N,1) C=HRM1/BW(N,2} S(l,lf=A-B+SN33(1,2)=-A-B+SN3 S (1,3)=C+SN3 LUKIN BEGIN1. (IPRUS.EQ.9.AND.BRN.LT.0.0.AND.YIZMASS(N).NE.0.0) THEN WRITE(99,*) 1N=1,N,*S(1,3)=',S(1,3)

142. S{1,3)=S(1,3) ABS(BRN)*YIZMASS(N)/BW(N,2) WRITE(99,*) 'N=',N,'3(1,3)DOP=',S<1,3)1. END IF LUKIN END1. (NT1.EQ.I4) THEN D=VRM1/BW(N,4) S(1,3}=-D+C+SN3 S (1, 4)=D+C+SN3 LUKIN BEGIN

143. S(2,3)=S(1,3) ABS(BRN)*YIZMASS(N)/BW(N, 2} 3{2,4)=S(1,4) - ABS(BRN)*YIZMASS(N)/BW<N,2) WRITE(99,*) 'N=',N,'3(2,3)DOP=',S(2,3},'S(2,4)DOP=',S{2,4)1. END IF LUKIN END1. (IS3.NE.0) THEN D3=VRM3/BW(N,4) S3(3)=-D3+C3+SN3 33(4)=D3+C3+SN3 END IF END TF END