автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Оценка прочности и надежности сварных узлов шпангоутов восьмиосных цистерн

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ СССР

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТЭДО!Ш\ГКРШЮГО ЗНАШШ ШТПГЕГГ ИНЖЕНЕРШ' ЖШЗГЮДОКШОГО"ТРАНСПОРТА им. 5.Э. ДЗЕРЖИНСКОГО

На правах рукописи

кйтлов Владимир ВИТаПЬЕВИЧ

УДК 629.46:539.4:621.791

ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ И НАДЕШОСШ СВАРНЫХ УЗЛОВ ШПАНГОУТОВ. ВОСЫЙЮСНЫХ ЦИСТЕРН .

05.22.07 - Подвижной состав желе-"ых дорог и тяга поездов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 199д

Работа выполнена в Московском ордена Ленина и овдена Трудового Красного Знамени институте инженеров гелеонодорсашого транспорта им. 5.Э. Дзержинского

Научный руководитель - доктор технических тук, профессор

С.Н.Киселев

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

В.К.Окшев

кандидат технических наук, доцент П.А.Устич

Ведущее предприятие - Уральское, отделение БНИЮТ

Занята состоится _1990 г. в Щчас,

на заседании специализированного совета ДЛ14.05.05 при Московском институте инженеров железнодорожного транспорта км. й.Э.Дэерзинского по адресу: 101475, ГСП, Москва А-55, ул. Образцова, 15, ауд. й-Ч ¡У

С диссертацией ыояно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан

IЩд г.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по адресу совета института.

Ученый секретарь специализированного совета

Н.Ы.Луков

! I

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В "Основных направлениях экономического и социального развития на 1936-1990 годы и на порт-од до 2СС0 года" перед яелезнодорокшм транспортом по стаз-лена задача - своевременное, качественное и полное удовлетворение народного хозяйства в перевозках.

Один кз цутей увеличения объема перевозок нефтапродук-тов является использование -восьмиосных цистерн, котел которых для Щ'.идг.ля большей кесткости подкреплен шпангоутами. . По статистичесшш данным эксплуатации в сварных узлах ппаа-гоутов возш1капт трецини. Поиск новых инженерных решений с цельо улучзекия технико-экономических показателей определил' создалио нового типа цистерн, где впервые в гаровоЯ практике по прэдлот.еннп кафедры "Вагоны и вагонное хозяйство"!ШИТа применена шпангоуты переменного сечения. В связи с этим,, полное научное и практическое значение приобретает; зодачи как совершенствования сучествугг.^их СЕариых узлов шпангоутов и технологии их роконта, так и рззработта расчетно-экспери-.'•онталыих методик, позволяющих правильно оценить прочность н нздзгность сззршх узлов на этапе проектирования и отработки новых конструкций. Таким образом, проблема пошзешш прочности и надегшости сварных узлов шпангоутов восыг.юсних цистерн является актуальной, соответствующей ватнеЕшим задачам в области вагоностроения и эксплуатации ваготаого парка.

Цель и задачи исследования. Целья работы является повн-пенио работоспособности котлов восьмиосных цистерн на о<*"

во совершенствования конструктивных элементов, путец разработки и использования методик расчетнэ-зкспериментальной оцЬшз: напрякешо-деформированного состояшя (НДС), прочности и ресурса сварных узлов шпангоутов восьмиосных цистерн. Дкл достижения поставленной цели в работе резались слгдпо-щлэ задачи:

-- разработка и внедрение методики обследования технического состояния сварных узлов шпангоутов на вагоноремонтном заводо (ВЕЗ);

- расчет показателей надежности сварных узлов шпангоутов по результатам натурного обследования;

- разработка методики и осуществления оценки НДС сварных узлов на основе метода поэтапного расчета и применения критерия локальных перемещений (I) -критерия) для зон преимущественных эксплуатационных повреждений сварных узлов;

- разработка мотодики и проведение экспериментальной оценки нагруженности сварных узлов при удар;ал: испытаниях с применением медных гальванических датчиков и ыалобазных тен-зоыэтричзских датчиков;

- разработка и внедрение расчетно-экспорхмонтального тода оценки ресурса сварок узлов на основе кспользоваюш

основных положений теории распознавания образов;

I

- разработка и внедрение рекомендаций по совррсонствова-ниа сварных узлов шпангоутов восьмиосных цистерн.

Методика исследования. В работе проведены теоретические исследования НДС при упруго-пластическом деформировании материала методом конечных элементов (МКЭ) с использованием методики поэтапного расчета (МПР). Выполненный анализ НДС

в локальных зонах концентрации напряжений и деформаций основывался на использовании критерия локальных перемещений (1)-критерия). Экспериментальные исследования циклической прочности проводились на стендах и испытательных установках. Испытании подвергались образцы, сварные узлы и реальная конструкция с использованием метода гальванических покрытий и малобгзной тензометрии. Разработанная методика оценки ресурса конструкций основывается на использовании основных по-лссг.ога1Й теории распознавания образов, а экспериментальная часть - на использовании микропроцессорной техники.

. Научная нозизна. Основные научные результаты, полученные з диссертационной работе, заключаются з следующем:- предложена методика расчетной оценки усталостной прочности на основе использования критерия локальных перемещений по разработанным конечно-элементным моделям (КЭМ) котлов цистерн и оценю! НДС зон концентрации с применением метода поэтапного расчета;

- разработан метод оценки циклической прочности и ресурса конструкций на основе использования теории распознавания образов, где в качестве информативных признаков, характеризующих процесс накопления повреждений, использовались асимметрия циклов, площадь под кривой электрического сигнала и количество циклов нагрутгения (A.C. № 1536259).

Практическая ценность. Разработаны методика и карта натурного обследования технического состояния сварных узлов шпангоутов восьмиосных цистерн и определены показатели их эксплуатационной надежности. Произведена расчетная и экспериментальная оценка циклической прочности сварных узлов

- б -

■шпангоутов по результатам ударных испытаний. По результатам численного моделирования разработаны и внедрены на Кызыл-Ар-ватском вагоноремонтном заводе конструктивные варианты крепления наиболее повреждаемых в эксплуатации сварных узлов крепления кронштейнов наружных лестниц воськиосных цистерн. Разработан вариант микропроцессорной реализации и програм-ное обеспечение классификатора ресурса сварных узлов. Методика оценки ресурса конструкций на основе-теории распознава-шш образов внедрена в Уральском отделении ВНИИЖГ.

Апробация работы. Результаты работы долоиены на областной научно-технической конференции "Роль молодых ученых и специалистов в ускорении научно-технического прогресса на транспорте",Свердловск,1987 г.;-научно-технической конференции "Повышение надежности, соверленствование технического обслуживания и ремонта вагонов", Свердловск, 1989 г.; Всесоюзной научно-технической конференции "Методы и средства диагностирования технических средств аелезнодорокного транспорта", Омск, 1989 г.; заседаниях кафедр ','Вагош и вагонное хозяйство" и "Материаловедение и ТИМ" МЖГа, Москва,1989 г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликоja-ны в шести печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих результатов и выводов,списка, включающего 97 наименований литературы, в том числе 2 на иностранном языке и 5 приложений. Она содержит 121 страницу машинописного текста, 54 иллюстрации и 7 таблиц .

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Большой вклад в разработку методов расчета НДС, прочности и надекности конструкций подвижного состава и в том числе кесутцих сварных узлов внесли советсгае ученые: Е.П.Елохин, Ю.П.Бороненко, С.В.Вериинский, В.А.Винокуров, И.П.Исаев, С.Н.Киселев, Н.А.Костенко,_ В.Н.Котуранов, В.П.Лозбинев, Д.А.Навроцкий, Г.А.Николаев, Е.И.Никольский, Н.Н.Овечшков, В.К.Огашев, А.П.Приходько, А.И.Речкалов, А.Н.Савосысин, В.И.Труфяков, В.Д.Хусидов, И.А.Четвергоэ, Л.А.Шадур, Н.Н.Шапогпшкоз, Ю.М.Черкашин и другие.

Создание новых образцов транспортных конструкций с улучшенными технико-экономическими показателями и пониженной металлоемкостью требует постоянного совершенствования расчетные методов, позволявших с высокой степенью точности оце-;_1ть прочность и ресурс наиболее нагруженных конструктивных элементов и, в том числе, сварных узлов.

Для оцени! прочности и надежности сварных узлов ппанго-утов котла восьмиосной цистерны модели 15-1500, где впервые в мировой практике применены шпангоуты переменного сечения, разработана комплексная методика исследований, вклпчаящая в себя статистическуй оценку надежности, расчеткуп оценку прочности и выносливости наиболее нагруженных узлов, теоретическую и экспериментальную оценку ресурса конструкций на основе теории распознавания образов (ТРО) и использовшпш медных гальванических датчиков (МГД). Одновременно была выполнена оценка существующих конструкций восьмиосных цистерн и проведен сравнительный анализ НДС наиболее близкой к коде-

ли 15-1500 по конструкции - цистерны модели 15-871, являющейся самой массовой из находящихся в эксплуатации восьмисотых цистерн.

С целью установления модели повреждений сварных узлов шпангоутов и осуществления статистической оценки показателей надезшости была разработана методика и карта натурного обследования технического состояния, согласованная с ПКТБ ЦГВР МПС и утвержденная lfTBP МПС. Методика внедрена на Кизыл-Арватском вагоноремонтном заводе. Сварные соединения шпангоутов восьмиосных цистерн обследовались при поступлении цистерн в заводской ремонт. Результаты обследования четырехсот одной цистерны показали, что наиболее характерным видом отказа сварных соединений шпангоутов является появление усталостных трещин в околошовной зоне приварки кронштейнов креп-' ления наружных лестниц. По результатам натурного обследования получены такие показатели надежности как вероятность безотказной работы Р(0 , интенсивность отказов A(t) , параметр потока отказов Cd(t) , плотность распределения наработки до отказа /(*) , а также статистические данные об отказах сварных узлов в зависимости от года постройки цистерн.

Установлено, что средняя статистическая оценка вероятности безотказной работы для модели 15-871.5 и для модели 15-871.6 соответственно составляет 0,87 и 0,96.

Для осуществления расчетной оценки прочности и выносливости был проведен анализ некоторых фундаментальных работ, связанных с расчетом оболочзчных вагонных конструкций и подходов к оценке НДС в зонах концентраторов напряжений и методов оценки прочности. Отмечается, что наиболее приемлемым

является использование метода конечных элементов, реализованного в программном комплексе АСТРА, разработанном на кафедре "Материаловедение и TKJ.I" МИИТа, позволяющего оценивать напряженно-деформированное состояния в локальных зонах, в том числе в сварных узлах с'учетом упруго-пластического де-формирорания металла. Применена методика поэтапного расчета-с последовательной дискретизацией конечноэлементных моделей в зонах наибольпей концентрации напряжений.

Для оценки НДС была разработана КЭМ котлов цистерн 15-871 и 15-1500. На рис. I приведена расчетная схема котла модели 15-1500. Отличительной особенностью этих моделей является детальное конечноэлементное описание шкворневой балки, опорного узла и днища цистерны. Расчет НДС производился от действия нормативных эксплуатационных нагрузок.

Установлено, что наибольшие напряжения котла 15-1500 возникают в опорном узле в зоне габаритного среза шпангоу-тоз и достигают для перэого рездма нагруженяя 241 Ша (допускаемые 206 МПа), для третьего режима нагружения 170 Ша (допускаете 171 Ша). В котле цистерны 15-871 наибольшие напряжения возникают в средней части котла з шгнеЯ четверти окружности, в зоне установки наружной лестницы и достигает для I режима нагруглния 254 Ша. Поскольку статические расчеты удовлетворяет условиям прочности и наиболее близкие напряжения к предельно допустимым возникают при нагрукении по III режиму, характеризующему циклическое нагруг.екио вагона, то производилась оценка циклической прочности при продольном нагружении конструкции сжимающими усилиями • 2,5 МН. Выбор такого режима нагрухения связан с возмоанос-

Расчетные модели и схека поэтапного расчета сварных соединений шпангоутов восьмиосной цистерны модели 15-1500

Модель четвертого этапа (сварное соданенле усшш-вашай планки габаритного среза и оболочки котлг^

Рис.1

тыэ сопоставления полученных результатов с экспериментальными дискет ударно-ресурсных испытаний. Для оценки НДС в зонах концентраторов были разработаны KSi второго, третьего я четвертого этапов, отличающиеся степенью дискретизации в нглболее нагруженных зонах моделей предыдущего этапа расчета (pic. I). Информация о результатах расчетов на предудузрс: зт&пгх передавалась по совмещенным и пограничный узлам в виде пзреизщений. В результате расчета получены данные о расп-рэдзлзшш компонент напряжений в свар:£ых соединениях ипаи-. гоутоз, а тшсг.з построены изолинии напряжений для котла цистерны, позволимте определить уровни действущих d эксплуатации напряжений, области работаищио пр! растяжении и' сза-Tiïit :i зоны концентрации напряжений.

Для оцэш'л циклической прочности использовался г:етод рагр-боганш?! з ГОТУ Бауман а, основанный на предположении суцотегсвыяя нспболес нзгружешюй зоны,. ответственной за разрушение конструига (структурный элемент), процесс дофор-гарозга-гия которой описывается с пс:.:оцьа локальных порзцощэ-(î) -;:р''.тср'!я). Этот подход получил дальнейшее развитие на кафэдрэ "Млтзрпалозедешю и ТИМ" ШИТа, с учетом дсформировала! металла в улругопластической области для оценки цтиаг-'.зской прочности сзарзшх узлов вагонных конструкций.

Суть подхода с использованием D -критерия заключается в построении расчетно-экспериментальной зависимости коэффициента локальной концентрации напряжений с^э от количества циклов погружения . Установлено, что зависимость О

представляет собой прямую линип, аналогичную диаграмме.усталости.

В результате проведенного анализа установлено, что наиболее нагруженные сварные соединения шпангоутов удовлетворительно могут моделироваться нахлесточными сварными образцами при допущении, что полученные зависимости ^р®/^ и ¿и В/(Щ , полученные при простых схемах нагружения могут быть использованы как исходные для оценки сварных конструкций при сдогхнък эксплуатационных нагрукениях.

В ходе КЭ расчетов нахлесточного сварного образца, выполнении пр! различных номинальных напряжения 6и путем приложения изгибащего момента, равного по величине моменту прикладываемому в ходе испытаний образцов на усталость, оценивались локальные перемещения 1) и определялся локальный коэффициент концентрации напряжений.

с^Ь-Е/г-ён, (I)

где Г - радиус структурного элемента, принятый по рекомендации МВТУ равным 0,5 мм;

' Е - модуль упругости;

Р - наибольшие локальные перемещения в зоне структурного элемента.

Количество циклов нагружения >^г.р до достижения предельного состояния определялось по экспериментальной кривой : с-талости нахлесточных сварных образцов при 90% и 50% вероятности неразрушения.

При конечноэлементном моделировании вершины трещино-подобного дефекта' разбиение этой зоны производилось одинаково как для сварных соединений шпангоутов, так и для сварного образца. Первый ряд КЭ имел радиус 0,25 мм, второй -0,5 мм, третий - I мм.

В результате расчетной оценки циклической прочности

сварных узлов шпангоутов цистерны 15-1500 было установлено,

что при 90% и 5055 вероятности неразрушения 1-Ю5 и I 5

1,310 циклов, что соответствует 16 годам эксплуатации, а для модели 15-871 5,5 Ю4 и I *Ю5 циклов, что соответствует 10 годам эксплуатации. Полученный результат хорошо согласуется с эксплуатационной долговечностью сварных узлов шпангоутов (первые трещины возникают через 912 лет).

Дня повышения циклической прочности сварных соединений шпангоутов модели 15-871 было проведено ч!:сленноэ моделирование переноса крепления кронштейна наружней лестницы с воркуй площадки омегообразного шпангоута на его боковую грань. Как показали расчеты, выполненные с использовашс:: Т)-критерия, внедрение предложенного варианта постановки кронштейна лест-':л:цы на В КЗ позволяет снизить уровень действующих напряжений шкэ предела выносливости. Эта рекомендация по соверсенство-жга конструкции внедрена на Кизыл-Арватском ВРЗ.

Большой практический и научный интерес представляет оценка ресурса конструкции на любом этапе ее эксплуатации. Теоретические и экспериментальные исследования, проведенные на основе теории распознавания образов и использования медных гальванических датчикор^ позволили разработать расчетно-экс-периментальнкЯ метод оценки ресурса конструкций.

В настоящее время при испытаниях конструкций все большее применение получают медные гальванические- датчики (МГД). Метод основан на способности гальванической медной пленки под действием циклической деформации изменять свои сзойства,

выраясащиеся в росте зерен меди и связанных с стим появле;ши темных пятен на ее поверхности. С цель» оценки реакции датчиков, определения закономерности появления темных чятен, отработки технологии закрепления датчиков и снятия их с поверхности образцов, а такз;се проверки возможности их использования для оценки накоплешя повреждений в сварных узлах вагонов, были проведены испытания нахлесточных сварных образцов с закрепленными на них датчиками. По результата},! испытаний строились тарировочныо зависимости накопления повреждений, фиксируемых по количеству темных пятен, возникающих на медной фольге, от количества циклов нагрукения, Установлено, что датчик!, изготовленные из медной фольги, полученной гальваническим способом в Курганском машиностроительном института, позволяет оценивать локальные напряжения и фиксировать накопленные повреждения в зонах концентрации. МГД могут быть рекомендованы для оценки ресурса сваршгс узлов вагона при стендовых и ресурсных испытаниях, что позволит оценить уровень накопленных повреждений в различных сварных соединениях.

С целью экспериментальной оценки надеигастл сварцсс'уз-лов шпангоутов цистсрпи модели 15-1500 производственным объединением "Азовмал" при участии кафедры "Материолоседа-1ше и ТКМ" МИШ'а были проведены ударно-ресурсные испытания отой цистерны. По разработанной методике испытаний на сварные швы и околошовную зону наклеивались гальванические модные датчики и малобазные одиночные тензодатчикн и тенэомет-рические розетки. По цистерне было произведено свыпе 2000 ударов, процесс реализации соударений записывался на ыагни-

тогрэф "ТЕАС". По завершении испытаний ГЛГД снимались для дальнейшего лабораторного анализа поверхности и структурного состояния.

В результате обработки записей магнитограмм определены наиболее нагруженные сварные ивы шпангоутов, какими являются сварной пов, соединякхций верхнюю полку шпекгоутов и ребро жесткости и сварной шов, соединяющий усиливающую планку габаритного среза третьего опорного шпангоута и оболочку котла. Установлено, что напряжения при соударептта цистерны с вагоном бойком с силой 2,5 МН в зонах концентрации наиболее нагруженных узлов соответственно составляют 100 Ша, 130 Ша. Было установлено, что произведенное количество циклов нагружения оказалось недостаточным для однозначной оценки реакции медных гальванических датчикоз. В связи с этим возникла задача осуществления поиска других подходов, позволяющих при непродолжительных испытаниях производить оценку ресурса конструкций. С зтой целью был разработан метод, основанный на использовании осное;гых положений теории распознавания образов (A.C. Р 1536259).

Распознавание вибрационных сигналов, поступающих с датчиков, закрепленных в зонах концентрации сварных соединений, осуществляется на основе информативных признаков, характеризующих накопление 'поврегздений, из которых формируется образ (описание) динамической нагруяенности, который в свою очередь может быть отнесен к определенному классу. В качестве и::,формативных признаков использовалась площадь под кривой электрического сигнала S , поступающего с тензодатчнка в результате деформации металла конструкции в ходе цикллческо-

го нагрузке кия, которая может бить истолкована как работа совершаемая внешними силами на деформацию участка конструкции в зоне наклейки датчика и, следовательно, как энергетическая характеристика накопления повреждений. В качестве других признаков процесса нагружения использовалась асимметрия циклов Я. и количество циклов нагружения М .После нахождения усредненной площади под кривой электрического сигнала для полуволн, соответствующих растяжению при циклическом нагру-жении,оценивалась амплитуда синусоидального сигнала эквивалентного нагружения (решающая функция): С = } где С - амплитуда синусоидального сигнала;

Т - период колебаний;

$ - средняя площадь полуволны электрического сигнала.

Для осуществления классификации электрических сигналов, поступающих с тензодатчика, был разработан классификатор -устройство, включающее в себя масштабный усилитель, микроЭВД и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), собранный с использованием микросхемы КР572, прэобразующий аналоговый электрический сигнал в цифровые коды для последующей обработки в микроконтроллере "Электроника МС2702" (Схема приборного обеспечения приведена на рис. 2). Программное обеспечение выполнено на языке АССЕМБЛЕР в кодах микросхемы КР580.

Весь процесс оценки ресурса узлов конструкции условно разбит на два этапа. На первом этапе производилось "обучение" классификатора,которое осуществлялось при сериальных циклических испытаниях сварных-нахлесточных-образцов на усталость с закрепленными на них в зоне концентрации малобаз-ными тензодатчиками при различных, но постоянных в ходе наг-

ружения силовых факторах. В ходе "обучения" классификатора формировался и записывался в память ЭВМ массив образов, состоящий из совокупности значений решающей функции (С^С^..., Си ) и соответствующих им предельных циклов нагружения ( ^Jn¡>йJ ^прзПР'-1 заданных значениях 2-

На втором этапе, когда производилась оценка ресурса сварных узлов, была осуществлена проверка возможности использования предложенного способа п ходе блочного нагру^с-ил сварного образца на усталостной малине Шенк, а такг'.э при стендовых испытаниях промежуточной балки полузагона. Погрез-■ ность оценки долговечности составила 14-15^,

0предзлс1ие ресурса сварных узлов шпангоутов восьмиос-ной цистерны модели 15-1ЕОО производилась с использованием записей магнитограмм сделанных в ходе ударных испытаний цистерн. Установлено, что при 90$ и 50$ вероятности неразруие-ния по критерию возникновения трещины ресурс сварных узлов шпангоутов при ударных нагрузках соответственно составляет

А Р*

1,9*Ю и 2,2-10 циклов, что эквивалентно нормативному сроку службы цистерны (40 лет). Методы расчетно-эксперяменталь-ной оценки ресурса на основе !> -критерия и ТРО внедрены в УО ВНИЮТ и переданы' в ряд организаций.

Схег.:а регистрирующей аппаратуры

1 2 3

<-5 >

6 5 4

>

1-тонзодатЧЕК, 4-масштабный

2-усилитель. усилитель,

3-магттограф, 5-АЦЦ, б-млкроЭВМ,

Рис.2

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана и внедрена на вагоноремонтном предприятии методика натурного обследования сварных узлов шпангоутов восьмиосных цистерн, согласованная с ПКТБ ЦТВР и утвержденная в ЦТВР ШС. Установлено, что статистический уровень надежности котлов цистерны модели ■ 15—871.5 и 15-871.6 соответственно составляет P(t) = 0,87 и Рв-)=0,96 (npnt =Ю лет).

2. Произведена оценка статической . прочности на основе разработанных КЭМ котлов цистерн моделей 15-871 и 15-1500 с уточненным моделированием хребтовой балки, опорного узла и днища. Установлено, что напряжения наиболее близкие в предельнодопустимым возникают в оболочке котла модели 15-1500 по III режиму нагружения в зоне габаритных срезов

и достигают значения 170 Ша. В модели 15-871 наибольшие напряжения возникают в средней части котла, в нижней четверти окружности и достигают значения 254 Ша по первому режиму иагрукения. Таким образом, без учета НДС в зонах концентраторов максимальные напряжения не превосходят допустимые (I режим - 286 МПа, III режим - 171 Ша). Построены изолинии напряжений для котла цистерны.

3. Разработана методика и осуществлена оценка НДС свар-' ньк узлов шпангоутов на основе метода поэтапного расчета с применениемD -критерия для зон преимущественных эксплуатационных повреждений. Расчеты произведены по разработанным моделям второго, третьего и четвертого этапов с последовательным увеличением степени дискретизации наиболее нагруженных зон. Установлено, что для сварных узлов моделей 15-1500

при 90% и 50$ вероятности неразрушения и

HsoTТ 1.3*10® циклов, что соответствует 16 года:.! эксплуатации, а для модели 15-871 JJá0'¿=5,5'l04 и Ыуо-/,--=1"105 ци.слов, что соответствует 10 годам эксплуатации. По статистическим данным появление первых трещин в рассматриваемых сварных узлах цистерны 15-871 также соответствует 9-12 годам эксплуатации, что соответствует приведенным расчетным оценкам.

4. В ходе проведенных по разработанной методике ударно-ресурсных испытаний восьмиосной цистерны модели 15-1500 было выявлено, tito наиболее динамически натруженными сварными швами является швы крепления усиливающей планки к оболочке котла. Установлено, что основная мощность продольных колебаний расположена на частотах 8 и 15 Гц.

5. Проведены исследования по оценке накопления повреждений сварных образцов и реальной конструкции при циклическом нагружении с помощьз медных гальванических датчиков. Установлено, что они могут быть рекомендованы для оценки ре-

• сурса сварят соединений при стендовых и ресурсных испытаниях.

б.Разработан расчетно-эксперименталькый метод оценки ресурса сварных узлов транспортных конструкций с использованием основных положений теории распознавания образов (A.C. № 1535259), позволяющий на этапе отработки конструкций осуществлять прогнозирование ресурса по уровню динамической нагрухенности участка наклейки датчика. Разработано устройство, поззоляицее классифицировать уровень динамической нагружешгасти. Определены признаю!, характеризующие процесс накопления повреждений,в качестве которых используется пло-

щадь под кривой электрического сигнала, являющаяся энергетической характеристикой, количество циклов колебаний к асимметрия.'. . Предложено решающее

правило, позволяющее осуществлять классификацию динамической погруженности. Разработан и реализован машинный алгоритм классификации ресурса на микроЭВМ Электроника МС2702.

7. Прогноз ресурса на основе ТРО показал, что при 90% и 50$ вероятности неразрушения по критерию возникновения трещины ресурс сварных узлов шпангоутов соответственно сос-

А А

тавил 1,9*10 и 2,2-10 циклов, что соответствует с учетом рассеяния энергии 40 года:.; эксплуатации и согласуется с нормативным сроком эксплуатации. Установлено, что оценка ресурса на основе ТРО по сравнению с оценкой по В -критерию является оценкой сверху.

8. На основе проведенных расчетов предложен новый вариант крепления кронштейнов лестницы - на боковой поверхности шпангоута. Как показало численное моделирование, напряжения в сварных швах шпангоутов в этом случае нгае расчетного предела выносливости.

9. Результаты работы внедрены на Кизыл-Арватском ВРЗ, а методы расчетно-экспершентальной оценки ресурса на основе I) -критерия и ТРО внедрены в УО ЕНИИКГ и переданы в ряд организаций.

Основные положения диссертации опубликованы в работав:

I. Киселев С.Н., Зайнетдпноз Р.И., Круглов В.В. Методика расчета критической температуры хрупкости сварных узлов вагонов с учетом накопления циклических повреждений/Тезисн областной н.-т.конференции "Роль молодых ученых и специалистов в ускорении научно-технического прогресса на транспорте", Свердловск, 1287, С.62-63.

' 2. Зайнетдиноз Р.И., Круглоз В.В. Методика оценки несущей способности и надежности сварных узлов полувагона. Информационные материалы У1 Всесоюзной школы.-Сяердловск-Тер-нсполь, 1986, C.II7-II9.

3. Круглоз 3.3..Применение гальванических медных датчиков для оценки накопления усталостных повреждений в свар!шх узлах вагоног/ИеквузовскиП сб.научи.тр., МШГГ.1988, вып.PCO, C.II2-II9.

4. Киселев С.Н., Круглоз В.В. Методика оценки ресурса узлоз конструкция при циклическом нагруг.ении / Носк.ин-т Я!В. з.-д.транспорта, Н., 1989 (Деп.в 1ЩИИТЭ11 МПС № 4920)

5. Круглов В.В. Определение ресурса сварных узлов загонных конструкций /Тезисы докладов на Всесоюзной научно-технической конференции.- Омск, 1939. С. 119.

6. A.C. Способ оцегем остаточного ресурса сварных узлоз конструкций/ Моск.ин-т пня. ж.-д.транспорта; Киселев С.Н., Тарасов E.H., Круглов В.В. № 1536259; Опубликовано Б.И.

1990, i? 2.