автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Разработка комплексного метода проектирования, расчета и испытания грузовых вагонов

На правах рукописи

РГБ ^ БИТЮЦКИЙ

8 МАЙ 1995 Александр Анатольевич

УДК 629.463.022.001.57

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОГО МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ, РАСЧЕТА И ИСПЫТАНИЯ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ

Специальность 05.22.07 — Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1995

Работа выполнена в Петербургском государственном университете путей сообщения.

Научные консультанты:

доктор технических наук, профессор СОКОЛОВ Михаил Матвеевич;

доктор технических наук, профессор БОРОНЕНКО Юрий Павлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор САВОСЬКИН Анатолий Николаевич;

доктор технических наук, профессор ЛОЗБИНЕВ Владимир Павлович;

доктор технических наук, профессор МАНАШКИН Лев Абрамович

Ведущее предприятие — Всероссийский нлучно-исследова-тельский институт железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ).

Защита диссертации состоится 26 мая 1995 г. в 13 час 30 мин на заседании диссертационного совета Д 114.03.02 при Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9, ауд. 5-407.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Автореферат разослан « . . . » апреля 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к. т. н., доцент

Б. Н. РУДАКОВ

СЩЛЯ ХАРАХТЕГКСТШСЛ РАБОТ».

Аасцалыюсаь проблет. Современные условия работы яелез-нодорожного транспорта характеризуются оперативным изменением структуры грузооборота и расширением спектра эксплуатационных нагрузок., воздепстсугау« на подвиззгоа состав. При этом возрастает число владельцев и арендаторов грузовых вагонов, увеличивается количество предприятий - производителей.

Бее эти Сакторы обусловил! необходимость сокращения сроков создания новых вагонов. - проведения переоборудования или модернизации существу идих вагонов эксплуатационного парка. Это, в своя очередь, требует исследования возможности использования вагонов для перевозки грузов, которые не предусматривались при его проектировании, проведения уточненной оценки конструктивных параметров проектируемых конструкций и прогнозирования их живучести в период всего гизненного цикла.

Качественное выполнение этих работ непозиогно без . развития методов проектирования, расчета и испытания, на основе применения современных средсуа вычислительной,техники, проведения большого числа расчетных .экспериментов, использования баз данных, в которых сосредоточены опыт и статистические данные,. накопленные при созданш; и эксплуатации вагонов.

Сцщ/тровт проблем*. Разработка комплексного метода проектирования, расчета и испытания грузовых вагонов и создание на его основе автоматизированной системы, позволяющей исследовать. проектировать и модернизировать сагонные конструкции на основных этапах их кизнзниого 1зкла с учетом технологически« и эксплуатационных Секторов. Репение этой проблема составляет основную цель диссертации.

Гглюлненг.е исследоззчип. проведенных в диссертэцгаг. поз-

полило реиить проблему создания комплексного метода проектирования. расчета и испытания грузовых вагонов, обеспечивавшего получение научно-обоснованных технических решений, внедрение которых вносит значительный вклад в научно-технический прогресс в вагоностроении.

Общя л;епойика исследования. Теоретическую основу работа составили современные представления теории упругости, плзстич-кости, механики сыпучих сред. Методологической основой расчетных исследований работы язляются современные методы строительной механики - метод конечных элементов, метод суперэлементов. Созданные методы проектирования, расчета и испытания вагонов ориентированы на использование современных эвм. Проверка достоверности предложенных идеализация и результатов теоретических исследований проводилась на натурных конструкциях вагонов и их узлов.

Научная iíogiciu,

1. Разработал коктиюкснШ метод, позволяйся на основе использования единой информационной модели создаваемого или модернизируемого вагона, современных методов расчета, средств вычислительной техники и баз данных создать автоматизированную систему проектирования, расчета и испытания грузових вагонов на основных этапах их пененного цикла с учетом технологически и эксплуатационных факторов.

2. Сформирована и обоснована исто дика аппроксимации резервуаров вагонных конструкций при расчете методой конечных элементов, обеспечивающая проведение уточненных расчетов котлов цистерн, контейнеров цистерн, емкостей спзцпатазпровзданх вагонов на основе использования специальных изопар;;пегричеж;х конечных элементов, тралищгсиних шкмя их конечжос s,;;.?íie!¡ гов с применением связанно!« с расчетов cxtúi скотегу коорда •

нат для преобразования векторов- изгибакетх моментов и исключением ограничений на деформаций поперечного сдвига.

3. Разработана методика аппроксимации и расчета геометрических характеристик несу©« элементов на основе контурного описания, даюцая возможность с учетом основных геометрических особенностей производить уточненная расчет параметров кручения методом конечных элементов на основе теории кручения с применение:! мембранной аналогии Прандтля.

•1. Предложен специальный конечный элемент, сформированы алгоритм и методика, позволяющие производить расчет прочности с учетом соединений деталей грузовых вагонов с нелинейной характеристикой взаимодействия типа "зазор с трением" и нелинейными характеристиками материала на основе кусочно-линейной аппроксимации реальной диаграммы его деформирования.

5. Составлен алгоритм и разработана методика расчета устойчивости песуцих элементов вагонных конструкций на основе метода конечных элементов с применением связанной с узлами расчетной схемы системы координат, лагере возможность производить уточненная расчет и давать оценку устойчивости рай, кузовов и ем-костей грузовых вагонов, . исследовать влияние основных геометрических параметров отдельных деталей на изменение устойчивости конструкции о целей.

. е. Исследован коррозионный износ кузовов грузовых вагонов в. эксплуатации,. получены расчетао-экспернмеиталышё зависимости изменения общего коррозионного износа и целевой коррозии от срока службы и на их основе предложена методика, обеспечивавшая проведение оценки прочисти и устойчивости конструкций не-суви элементов с учетом щелевой коррозии п общего коррозионного износа.

7..Предложена общая блок схема н разработан комплексный алгоритм программных средств, автоматизирующие геометрическое

моделирование, формирование расчетной схемы.- соответствующей ей модели эксплуатационных нагрузок и подготовку данных да расчета конструкций грузовых вагонов методом конечных элементов в составе системы автоматизированного проектирования.

8. Сформирован. интегрированный в единую систему автоматизированного проектирования. комплекс аппаратных средств и составлены алгоритмы функционирования аппаратно-программного комплекса, позволяющие автоматизировать'проведение экспериментальных исследований прочности кузовов и отдельных деталей Батонов от воздействия статических и динамических- нагрузок.

Прашинестш зндчикоскь рабсгги. Сформированные инфорааца-ониая модель н общий алгоритм системы автоматизированного проектирования дают возноаюсть на основе блочно .- модульного подхода, специальных приемов геометрического моделирования автоматизировать процесс создания или модернизации кузовов грузовых вагонов до этапа создания технического проекта.

Разработанный комплексный метод проектирования, расчета и испытания '•<:< сдшяет в единую систему методическое обеспечение основных этакое создания или модернизации грузовых вагонов, обеспечивает проведение оценка вагонных конструкций на основных этапах их гизненаого цикла с . учетоя возмогших сочетания факторов, возюасакцнх '»¿а яребкпфоэашш и приобретенных при изготовлении к б эксплуатация.

Предложенные кетодакя вдеадогацве Еагоннкх конструкция позволлат производить расчзишз исследования прочности и устойчивости с учзтои оскоз;йК геометрических особенностей. падания соединения дзтшкЗ с неяшзйясЯ характеристикой взаимодействия. учетом смршк сос&шоика. зон пластических депортаций. погибов н наличия обоей п селозоп коррозии.

Созданные алгоритм и аппаратно-программные комплексы проведения статических, ударных и ресурсных испытаний дают возможность автоматизировать все основные этапы проведения экспериментальных исследований и объединить их в единый комплекс с проектированием и расчетом.

Полученные зависимости влияния' коррозионного износа на прочность и устойчивость, результаты исследований напряженного состояния узлов соединений балок ран и кузовов обеспечивают проведение модернизации существующих и создание новых конструкций грузовых вагонов.

Рсатза^т рабсжи. Созданные с результате • проведенных исследований систега автоматизированного проектирования п испытания вагонов внедрены на слеяуюда предприятиях: Государственном научно-исследовательском 1ШСтптуто вагоностроения (ГосНИИВ), Всероссийском научно-исследовательском институте яелезнодороетого транспорта (ВНИШГГ). Кременчугском производственном объединении вагоностроения (КПОВ), Производственном объединении ЯНЕПРОВАГОКМЛШ (ПО ДЕН). концерне ЛЗОБМАШ, Стахановском производственно!! объединении вагоностроения (СПОВ).

Разработаянпз в диссертации рекомендации по создании новых и модернизации существукдта конструкций грузовых вагонов внедрены на следусгцих предприятиях: в Проектно Конструкторском бэро Главного Управления вагонного хозяйства (ГИБ ЦВ МПС) -при переоборудовании вагонов дня торфа, полувагонов, крытых вагонсз, штстерн-цеиентовозов, нефтебеизияовых цистерн с заменой ржа!, ка КПОВ - при созд"-полувагонов поделей 12-753 и 12-757, на ПО ДБМ - при создан".! хопперов для перевозки угля и модернизации универсальная , платформ и вагонов для перевозки

окатышей, на СЛОВ - при создании хоппера для перевозки минеральных удобрений, на Великолукском локомопгаоремонтном вагоностроительном заводе <ВЛРВЗ) - при создании хопперов - дозаторов для метро.

Ряд основных положений, результатов диссертационной работа и созданных программных-средств используется в учебном процессе на кафедре "Вагоны и вагонное хозяйство" ПГУПС при чтении лекций по дисциплинам "Вагоны и контейнеры", "Проектирование вагонов", "САПР вагоностроения", "Строительная механика п надежность вагонов", а. такие в курсовом и дипломном проектировании.

Апробация работы. Основные положения'диссертации были доложены на; Всесоюзном научно-техническом симпозиуме с участием специалистов стран - членов СЭВ "Нормирование прочности и ресурса высоконагрукеншвс какин". Владимир, 1987 г.: Всесоюзной конференции "Проблемы механик: лгелезнодорожного транспорта, повышение нядстости и совершенствование конструкций подвитого состав', Днепропетровск. 1983 г.; Всесоюзной научно-технической конференции "Перспективы развития вагоностроения", Москва, 1988 г.; Всесоюзной научно-технической конференции "Интегрированные систем-автоматизированного проектирования". Вологда. 19В9 г.; Иеащународной конференции "Проблемы механики гелезнодорохного транспорта. Динамяка, прочность и надежность подв;шого состава", Днепропетровск. 1992 г.; Научно-практической конференции с кегсукародним участикг -"Проблема хелезно-дороаного транспорта реааэт ученые". с.Петербург. 1934 г.; заседаниях кафедра "Вагоны и вагонное хозлйство" -ПГУПС. С. Петербург, 1992 - 1994 г. . . .

- б -

Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 печатных работ. ,

агругзпура и объел диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Диссертация содеротт 227 страниц текстовой части, 135 рисунков, 17 таблиц и приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

ВВЕДЕНИЕ. АНАЛИЗ МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ. РАСЧЕТА И ИСПЫТАНИЯ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ. ФОРМУЛИРОВКА ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ. Проведенный анализ зарубежного опыта вагоностроения показал, что во всем мире постоянно совершенствуются метода проектирования, расчета и испытания вагонов. Основы современных методов проектирования, расчета и испытания перспективного подвижного состава залогсили исследования отечественных ученых: И.Ф.Вериго, С.В.ВерЕшского. В. 1!. Винокурова, А.И.Годыцкого-Цзирко, В.Н.Данилова, О.П.Ериковз, И.П.Исаева. Н.А.Ковалева, А.А.Канаева, Л.А.Кальницкого, Н. Н. Кудрявце-вв. С.Н.Куценко, В.А.Лазаряна. А.А.Львова, В.Б.Неделя, Е.Н.Никольского, Л.Н.Никольского, П. П.Пахомова. Н.П.Петрова, А.А.Попова, И. И.Челнокова, Л.А.Шадура. - П. В. Шевченко, В.Ф.Яковлева, работы ведущих исследовательских организаций вагоностроения ВНИИЯТ. ГосНИИВ. ПГУПС, МГУЛС, ДКИТ. БИТМ.- а таю-се зврубеяикх ученых Н.Боммеля. Ю.Л.Кофмана. Г. Марье, Е.Шперлинга.

• Существенный вклад в развитие келезнодорожной науки внесли П. С. Анисимоз, Е.П.Блохин. Ю.П.Бороненко, Г. И. Богомаз. В. М. Бубнов. Н. С. Бачурин, В. И. Варава. Л. О. Грачева, И. И. Галиев.

Ю.В.Демин. В. Д. Данович. В. Л.Камаев. Б.Г.Кеглин. А. Я. Коган, И.Г.Киселев, М.Л.Коротенко. Н.А.Костенко, В.Н.Котуранов, М.Б.Кельрих, В.П.Лозбинев. В.В.Лукин. А.С.Лисовский. Л.А.Ма-нашкин. В. К. Окишев. Н.А.Панькин. А. П. Приходько, Ю.С.Ромен. А.А.Радзиховский, Л.Н.Савоськин. М.И.Соколов/ О.Н.Савчук. А.В.Смольянинов, Т.А.Тнбилов, А.К.Турков. В.Ф.Ушсалов, В.Н.Филиппов, А. А. Хохлов. В.Д.Хусидов, Н. А.Шашков. •

Благодаря работам вышеназванных ученых и организаций вагоностроения в значительной мере решена основные вопросы выбора приемов проектирования, расчета динамической нагрукенности, прочности и устойчивости большинства типов вагонов.

В последние два десятилетия развитие методов проектирования в нашей стране и за рубеком активно ведется по пути автоматизации процесса создания машиностроительных конструкций и разработки снстен автоматизированного проектирования (САПР). Эти работы,в первую очередь, требуют формализации процесса "ие-машинного" проектирования и создания методического обеспечения САПР.

Обзор работ по созданию методического обеспечения проектирования машиностроительных конструкции показал, что наиболее эффективными приемшгл, используемыми при автоматизированном проектировании являются: принцип декомпозиции создаваемой конструкции и разделение процесса проектирования на этапы, в процессе реализации которых конструкция как бы проявляется, начиная от предварительных эскизных проработок до реальной подели, позволяющей формиропать чертеагув документацию.

Развитию этих двух приемов в вагоностроении посвящены работы ученых МГУИС, Гос.ВИИВ, Ом.ИЙТ, БЙТКа. проводимые под ру-

ководством Шадура Л.А.. Лукина В. В., Лозбинева В.П., Радзи-ховского А.А.. Однако^ в этих работах рассматривается этап предпроектных исследований до разработки технических предложений и эскизной проработки конструкции.

Созданию методического обеспечения системы автоматизированного проектирования котлов аелезнодороаных цистерн, элементов ударно - тяговых устройств, деталей ходовых частей и тормозов грузовых вагонов посвящены.работы Котуранова В. Н., Кама-ева В. Л.,'Яеглина Б. Г., Нанашкина Л. А., Савосытна А. II., Хуси-доваВ.Д., Ряд эффективных подсистем САПР транспортных конструкция создан в. исследованиях, проводимых под руководством Н.Н.Шапошникова. Однако, в этих работах рассматривается конкретная задача выбора параметров отдельных узлов вагона на различных стадиях проектирования или модернизации и особое внимание уделено расчетным проектирую^!!! подсистемам.

Проведенное обследование состояния разработки и внедрения систем автоматизированного проектирования на вагоностроительных предприятиях: ГПО УРАЛВАГОНЗАЕОД. АО НЕТРОВАГОКИАШ, КПОва-гоностроешш, СПОвагоностроения. ПО ДНЕПР08АГ01МАИ, концерне АЗОЕШУ. которые проводят эти работа уге более 15 лет. показало; что этики предприятиями накоплен больной методический материал. Однако, как правило. попользуется вычислительные . средства различных стандартов, а проектирующие подсистемы соз-даш на базе различного методического подхода, что, в итоге, значительно затрудняет внедрение комплексных САПР.

Енедрешпо современных методов расчета, в частности метода конечных элементов (ККЭ) для рвения задач статической и динамической прочности вагонных конструкций,способствовали работа

Е.Н.Никольского, Н.Н. Шапошникова. В.П.Лозбпнева. Применение этого метода и развитие на его основе метода сулерэлемеитоз (МСЭ) позволило проводить расчетные исследования конструкций сложной формы с высокой точностью. Однако, этап подготовки расчетных схем, генерации исходных данных для сложных конструкция по-прежнему требует проведения большого объема трудоемких операций.

При оценке конструкции вагона в период всего жизненного цикла возникает большой круг задач по исследованию влияния различных технологических приемов, используемых при производстве, а также изучения процессов износа и повреждении в эксплуатации. Проблеме исследования влияния различных сварных соединений на основе современных методов расчета посвящены работы МГУПС под руководством С.Н.Киселева и института электросвары; им. Е.О.Патона. Большой вклад в изучение влияния на прочность вагона различных дефектов, приобретенных при изготовлении, внесли ВНИИКТ и УО ВНЙ1ШТ.

Исследованию износа конструкций грузовых вагонов в эксплуатации посвящены многолетние /исследования ученых БШПЕТ, Гос. НИИБ, КГУПС, ПГУГ1С. Однако, не в полной мерз исследовано влияние начальных погибов элементов вагона, приобретенных при изготовлении, не изучено влияние общей коррозш1 ка устойчивость элементов, явление «целевой коррозии при использоескл! точечных сварных соединений, погибов к разрусенкй элементов вагона, приобретенных в эксплуатации.

Развитии методов испытаний конструкций грузовое испжоз посвящены работы ВКИИЖТ, ГосШШЗ. МГУПС. ПГУ11С. Дй!ГГ. 11X11. концерна АЗОВМАШ. ГПО УРАЛВАГ0КЗАВ0Д. Б этих работяг. езз-

даны различные стенды для имитации эксплуатационных нагрузок на вагон, сформированы комплекты аппаратуры для регистрации данных при испытаниях. Однако, испытания рассматриваются как отдельный этап создания вагонов. Кроме этого, проведение более уточненных экспериментальных исследований потребовало увеличения числа используемых датчиков, что привело к значительному увеличению трудоемкости обработки и анализа результатов.

Ознакомление с работами отечественных и зарубежных исследователей показало, что наиболее эффективным приемом создания автоматизированной- системы является использование единой информационной модели вагона, сформированной на основе общих подходов на каждом этапе проектирования. В свою очередь, применение такой единой модели требует проведения модернизации используемых. методических приемоз по идеализации проектируемых конструкций вагонов и их расчете. Не решенной остается проблема разработки специальной методики расчетной оценки прочности и устойчивости конструкций грузов&ч вагонов,- находягдихся определенный срок в эксплуатации, с учетом возмолмых сочетаний дефектов, приобретении?; при лреектлровагош, изготовлении и эксплуатации. • Лля подтверзкеши достоверности уточненных расчет-пюс исследований и 01ссперш:е:гтапьпоа оценки большего числа параметре:; • необходимо создание более производительных непитательных ::о;шлэксоз на основе применения современных ЭЕМ, узя-газ пепатгти в одппкй.алгоркти проектирования вагона. Таким сорг:зсм. для достигешм постсглсшюа цеп з диссертации Сил поставлен и решен следувкгй кс'шлгкс задач.

i. СбоС!-1Ть результата paw* проведенных исследований л пролод^пъ. работы по создали™ автоматизированных систем проек-

тирования, комплексных методов расчета и испытания конструкций грузовых вагонов.

2. Создать единую информационную модель проектируемого или модернизируемого вагона и на ее основе общий алгоритм проектирования. позволяющие объединить в единый комплекс оценку вагонных конструкций па трех основных этапах их жизненного цикла: проектной, с учетом технологий изготовления и с учетом эксплуатационных факторов..

3. Разработать комплекс расчетных методик, реализующих их алгоритмов и программных средств для обеспечения проведения расчетных исследований динамической нагруаенности. прочности и устойчивости на основе современных методов и с учетом всех основных конструктивных особенностей грузовых вагонов.

4. Сформировать методики для проведения исследований влияния технологии изготовления и- эксплуатационных факторов на прочность и устойчивость конструкций грузовых вагонов.

5. Создать на основе современных технических средств ап-паратно - программный комплекс проведения основных видов испытаний конструкций грузовых вагонов, объединив' при этом расчетные и экспериментальные исследования.

6. Провести с целью апробации разработанного комплексного метода расчетные и экспериментальные исследования по совершенствованию конструкции кузовов вагонов типа хоппер, универсальных полувагонов и платформ, модернизации цистерн.

РАЗВИТИЕ КОМПЛЕКСНОГО АЛГОРИТМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ. При ренении задачи создания комплексного алгоритма проектирования конструкций грузовых вагонов бил обобщен опыт разработки САПР., накопанный

в вагоностроении, созданное методическое обеспечение, результаты опытной эксплуатации различных САПР на вагоностроительных предприятиях.

На первом этапе било создано информационное обеспечение автоматизированного проектирования и определены интерфейсы прсектнрухлцих подсистем. Основу созданного информационного обеспечения составила разработанная модель проектируемого вагона. на основе модульного подхода и использования единой структуры данных для всех модулей.

Для создания информационней модели был проведен анализ технической документации более трех десятков конструкций грузовых вагонов производства различных заводов. В результате было предложено использовать иерархическую информационную модель проектируемого.вагона с пятью, уровням! иерархии, показанными на рис.1. Для модулей на любом из уровней била'разработана единая информационная структура показанная на рис.2.

1 уровень

2 уровень

3 уровень

4 уровень

5 уровень

Рис.1. Принятые уровня иерархии информационной модели проектируемого вагона.

Конструкция вагона в целом. •

I

Рис.2. Структура описания элементов иерархической модели конструкции грузового вагона.

В общем случае информационная модель модуля каждого уровня 1ЫОд была описана выражением

IllOJl " Ммод U ТМ0Д U Квод U Диод. Ш

где Мя0* - геометрическая модель модуля;

Тнол - текстовые константы модуля;

КМОд ~ параметры модуля;

Дяод - опытно-экспериментальные данные модуля.

При объединении ¡ модулей на этапе проектирования модуля более высокого уровня его информационная модель 1НОд Формировалась путем объединения информационных моделей, объединяемых

модулей 1j .

код вод иод

1*«Д - I" и IB и ... I/ (3)

На следующем этапе был сформирован комплексный алгоритм автоматизированного проектирования, который объединил в единую систему вср основные этапы проектирования и модернизации конструкций грузовых вагонов. Созданный алгоритм и установленная п:<лим'.ч'внг>ь проектирующих подсистем позволили производить

- 14 -

оценку вагонных конструкций на трех основных этапах их жизненного цикла: проектной, с учетом технологии изготовления, с учетом эксплуатационных факторов и автоматизировать конструкторские работы до этапа создания рабочего проекта, включая проведение испытаний опытного образца.

В качестве'базовых элементов общего алгоритма были созданы семь баз данных: технических параметров вагонов-аналогов, объемных графических моделей, каркасных расчетных моделей, профилей несущих и подкрепляющих элементов, ' технологе» изготовления и эксплуатационных поврездений. габаритов, текстовых конструкторских документов.

При создании алгоритма был применен генератор геометрических моделей, который позволил использовать двуедонул геометрическую модель, являющуюся одновременно каркасной и объемней. Каркасная геометрическая модель использовалась для расчетных оценок и являлась пластинчато - стержневой идеализацией проектируемого вагона. " Объемная геометрическая модель использовалась для 'чертежах работ "и являлась подробной пространственной идеализацией проектируемого вагона.

На заключительном этзле бала создана программная реализация разработанной система 'автоматизированного проектирования. Созданные па основе разработанных методик и алгоритмов прог-рздгдшв средства успешно прошли опытную эксплуатация н находятся в промышленной эксплуатации в ГосНИИВ, ВЛРВЗ, ПГУПС. споз. глоз. по лен. .

РАЗРАБОТКА УТОЧНЕННОЙ ГьКЦПКИ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ И УСТОЙ-'ПШОСГЛ КОНСТРУКЦИЙ ГРУЗОПЫХ ВАГОНОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ. При разработке комплексного, метода расчета вагонных конструкций

при проектировании бал обобщен накопленный опыт в вагоностроении по расчетам конструкций, и для решения целого ряда задач развиты, либо разработаны новые методики и реализующие их алгоритмы и программа. В качестве единой методической основы была принята ориентация на использование МКЭ и ЫСЭ.

Для обеспечения расчетов прочности резервуаров вагонных конструкций была создана методика аппроксимации резервуаров ККЭ: обосновано применение изопараметрических КЭ, разработаны методика использования сзязанной системы координат к исключения ограничения на деформации г.!:»¿речного сдвига при расчете оболочек, сделана оценка точности разработанной методики.

Были сформированы функции формы изопараметрпчаских 4-х угольных КЭ с 8-ю и 9-ю узлами, ииеврде третий порядок для описания деформаций в плоскости и седьмой - для описания деформации изгиба, разработана процедура формирования их матриц жесткости с применением численного,интегрирования на осЯове подхода ; \са-Лекандра.

Для использования при расчете оболочек -1-х узлового четырехугольного я 3-х узлового треугольного симплекс КЭ были разработаны: процедура введения локальной декартовой система координат, связанной с к&здая узлом сети! КЭ таким образом, чтобы условие равновесия-изгибавцях моментов в.новой системе координат позволили приравнять нудз проекции их секторов на ось, касательную к поверхности оболочки, и кс-тодй-л исключения ограничения на деформации поперечного сдвига з;а основе первой (кинематической)' . гипотезы КирхгоСа путем преобразования гкобаяь-::ой млтрмцы жесткости. .

Для выбора наиболее адеояпввогб способа идеализации обо-

лочек при расчете их ККЭ была проведена серия численных экспериментов и получены зависимости точности'результатов и времени выполнения расчета для цилиндрической и сферической оболочек, с геометрическими параметрами, соответствующими резервуарам вагонных конструкций, приведенные на рис.3.

Применительно к вагонам типа хоппер обобщен опыт расчетов ккэ, систематизированы используемые расчетные схемы, предложены обобщенная расчетная схема кузовов вагонов типа хоппер и алгоритм ое формирования. С использованием разработанных уточненных расчетных «сел выполнены расчеты кузовов вагонов хопперов, позволившие более чем в 1,5 раза снизить погрешность вычисления напряжений и установить уровень взаимного влияния на прзчностнкэ характеристики модулей второго уровня кузова при действия основных эксплуатационных нагрузок.

Для обеспечения автоматического преобразования единой ге-омэтрпческой" модели проектируемого вагона с использованием различных ндеализэщШ. и проведения расчета геометрических характеристик несудих и подкрепляющих элементов его кузова была создана уточненная методики описания и расчета сечений. Создано г, -етодигл оказывалась нз щхжепегши ?2СЭ и теории крупе-п:л применением тюкбрашой алаяопга. Пршадтля и теоремы Еред-та с ¡иркугяшз! гасательтгс напрягений по замкнутому контуру селения. Проведена» члсленные эксперимента показал!!, что раз-рй&"т-ллг!йя оЗгспеч?!га?т' рас*огдв?шо с расчетно-экспо-

д-шагп не белее "•зпельзогглпо огней • гесл-гграческой подели потребовало сы:и-ля спешкгы-^й :!етог„'п;;?.лпярсвсюжгп: соединений деталей груз-'внх гзгонор. поторке передевт нагрузки от одной детали к

со I

■ЙУ-

Юа-

яиагдэзн значении де$ормац>» в узлах;

<Л - погреш-остъ среднего;

время расчета:

й - коткчесгео узлов О.

-- без учета

---- с учется

- со сгязаню! система* кврятет.

де^орнацл* сяЕига

—1—. - - .

Рис.3. Результаты численных экспериментов для цилиндрической (а) и сферической оболочки (б).

другой с учетом конструктивной жесткости, имеющей нелинейную характеристику. К таким соединениям относятся заклепочные соединения. пятниковые опоры рам, леяневые опоры и хомуты крепления котла цистерны на раме, навесные и запорные устройства крышек ликов и дверей кузовов. Были разработаны специальный конечный элемент, показанный на рис.4 и итерационная процедура учета нелинейных соединений при расчете ПО. позволившие получать результаты уже на втором шаге итерации. Основными пара-

Рис. 4. Геометрическая аналогия и диаграмма "сила-деформация" КЭ для аппроксимации нелинейной связи.

метрами этого КЭ в соответствии с обозначениями, принята«» на рис. 1., бнди: допускаемый зазор при растяжении и скатии - соответствию 5Р и 5С: нормальная сила - N и сила трения в соединении - FIP.

Для обеспечения автоматизации процессов Формирования расчетных схем на осисво геометрической модели были сформированы мзтодяха автоматической генерации сетки конечных элементов, основанная на применении операций с множествами и безитераци-окного Фронтального алгоритма перенумерации сетки 113,1) метод»• гл задания распределенных нал ••лок на конструкцию кузова грузового вагенз.

с цель» проведения уточненных расчетов устойчивости несущих элементов вагонных конструкций были разработаны специальные КЭ. алгоритм формирования и решения системы уравнения устойчивости для расчетной модели в целом, проведены численные эксперименты по оценке точности расчетов, которые показали, что разработанная методика обеспечивает проведение расчетов обечаек котла цистерн различной толщины с точностью на 1^-35* большей, по сравнению с нормативной.

Для сокращения трудоемкости подготовки исходных данных и времени проведения расчетов, повышения эффективности использования МСЭ был развит алгоритм расчета конструкций грузовых вагонов на основе применения МСЭ на основе реализации аффинных преобразований расчетных схем суперэлементов и соответствующих им матриц, применение которого позволило сократить объем работ по подготовке данных и времз формирования матриц кесткостп. масс и демпфирования на 70 - 75*.

Весь вышеперечисленный комплекс работ -был доведен до программной реализации и интегрирован в единый алгоритм проектирования вагонных конструкций па основе общей информационной модели. Опытная и промышленная эксплуатация разработанных методов, алгоритме® и программ показала эффективность их использования и достоверность полученных результатов.

СОЗДАНИЕ МЕТОДИКИ УЧЕТА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА V, ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ. К числу рассмотренных технологических Факторов, влияющих на прочность и устойчивость, были отнесены: высокий уровень напряжения к возможные начальные разрушения, возникшие при использовании клепочных, болтовых и сварочнь": '.-•единений, пластические деформации после механической обработки, остаточные деформации. возникшие при изготовления.

- го -

На первом этапо била разработана методика учета соединения деталей вагонных конструкций сваркой на основе способа их идеализации с применением специального , конечного элемента-стержня для аппроксимации жесткостных и геометрических характеристик сварных швов и учета остаточных сварочных напряае-ний. В результате расчетно - экспериментальных исследований были выбраны зависимости для определения геометрических характеристик , сечения КЗ- стерхшя для - аппроксимации сварного шва, позволяющие примерно в 2 раза сократить погрешость расчета сварных конструкций в зоне соединений;

При производстве, ремонте и эксплуатации вагонов детали, узлы и кузова в целом, как правило, не имеют идеальной формы. Заготовки металлопроката имейт местные погибы полок, обшивка кузовов и котлы цистерн имеют допуски на несимметричность и местную погнутость. При сборке металлоконструкции вагонов подвергается значительным предварительным поджатияи в технологических кондукторах.

Для учета локальных погибов была предложена методика оценки влияния геометрических несовершенств на прочность и устойчивость конструкций вагонов, представляемых как специальные ишематические граничные условия при расчете, на осноие процедуры преобразования матриц, предложенной Р.Галлагерои.

Для расчета формирования и развития зон пластических деформаций в конструкциях вагонов была создана методика применения кусочно - линейкой функция изменения лх-ст:состных парамэт-рсв материала. алпрсксикирукцей реальнуа диаграмму деформирования и гф-фекти=:^1 алгоритм итерационного расчета, путей поиска энергетического баланса. Достоверность результатов расчета проверена на численных экспериментах.

Для оценки влияния целевой коррозии и общего коррозионного износа при расчетах вагонных конструкций на прочность и устойчивость была создана методика, основанная на использовании расчетно - экспериментальных зависимостей изменения при [долевой коррозии давления и толщин соединенных деталей от срока ' службы вагона. Показано, что уже через 5 лет эксплуатации вагона уровень напряжений, вызванных щелевой коррозией, достигает примерно 40% допускаемых напряжений.

ФОРМИРОВАНИЕ АППАРАТНО - ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ ВАГОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ. Для проведения исследований в рамках настоящей работы бы:; сформирован комплекс технических и программных средств, структурная.схема которого показана на рис.5. Сформированный комплекс бьш интегрирован в единую систему. автоматизированного проектароьания с применением специально разработанного программного интерфейса с базой данных САПР (БД САПР)и позволил,для каждого этапа жизненного цикла вагонной конструкции,давать экспериментальную оценку параметров, знг',",;тельно усовершенствовав технологии проведения испытаний, повысив достоверность, сократив трудоемкость и общее время их проведения.

Рис. 5. Состав поишгхса пронедежя экспериментальных исследований вагонни:: конструкций.

Для оценкн собственных частот в блоке 4 были использованы методика и средства измерения динамических характеристик ударным методом при параллельном возбуждении, разработанные ЦНИИ имени акад. А.Н. Крылова, для измерения погибов элементов в блоке 5 было использовано устройство и программное обеспечение для идентификации профиля контролируемой поверхности, разработанные в Тверском НИйвагоностроения, для оценки коррозионного износа в блоке 6 была использована методика НИИ мостов ПГУПС с применением ультразвукового толщиномера.

Для проведения статических испытаний был разработан аппа-ратно - программный комплекс, состоящий нз цифровых тензомет-рических мостов СКИТ, персональной ЭВМ стандарта IBM PC и специально созданного блока интерфейса. Комплекс позволил автоматизировать все основные этапы проведения испытаний, повысить их достоверность, з 3...5 раз сократить время обработки испытаний и на 30% общее время их проведения. Для проведения ходовых и ударных испытаний с применением современных средств регистрации данных, акалогово-цифровых преобразователей и персональной ЭВМ стандарта IBM PC. сформированы комплексы технических средств, разработаны алгоритмы и реализующее их программное обеспечение, позволяющие в автоматическом режиме производить экспериментальную оценку прочностных, динамических характеристик и остаточного ресурса вагонных конструкции.

Для всех показанных на рис.5 блоков был разработан программный интерфейс с базой данных (БД) САПР, позволивший при проектировании и расчете оперативно оценивать результаты экспериментальных исследований, а при подготовке и проведении испытаний использовать данные расчетов.

На основе классификации несущих конструкций кузозоз грузовых вагонов по трем типам: стерлшееыз. пластинчато - стержневые л оболочечв заключительных трех главах прн:?з-=ад

результаты апробации разработанного комплексного метода применительно к вагонам каждого из перечисленных типов, на различных стадиях их гашенного цикла.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ БУНКЕРНОГО ТИПА. Применительно к вагонам бункерного типа бйли проведены расчетно-экс-периментальные исследования наиболее повреждаемого в эксплуатации узла соединения хребтовой и цхворневой балок рамы вагона для минеральных удобрений. .

Исследования проводились в несколько - этапов и включали расчетные исследования кузова вагона в целом п различных конструкций узлов соединений,' экспериментальные исследования прочности и долговечности с применением натурных макетов. По результатам расчетных исследований были выявлены зоны наибольшей концентр*"';; .¡апряаенкй. исследован процесс появления и развития зон пластической деформации. произведено прогнозирование характера разрушения узла, оценена .нагрухенность сварных и заклепочных соединений. .

В результате был предлолел вариант конструкции с массой на 140. С кг кеньсей .серийного, более раьнонерыш распределением кацряшяВ. с кадете на 302 уровнем напряши!: в 'опасная: зок'^ч л дэлгозэчлостыз на 15-205 вшз сер;1.шой. Погрешность кроБййЭййЫХ шуздоьгнпй . по результатам сраБшшв расчета к сдспоршсата на катдаьг; гнетах составила огхлэ 9;.'.

"С Ь7сЛ2 В5 оскоЕи !.:СЗ битг,; Щ.ЭЕвДЬТЛ исслэдо-

сслу-. соСэтшшж чйгтот'куззЕг вагона хоппере 'псрззозкЕ ::ека*7&. Вт® кслйЯЬЗОЕгаа че?ц?е::уро5кеьс»п Со расчэтааг. ::о-хла. здгвояшая оавнйть пергие 72 собстьеклые частоты кузова.

- £•'«• -

Проведенные экспериментальные исследования методом "сбрасывания с клиньев" подтвердили достоверность величин первых шести частот с точностью до 6,5%. В результате были даны рекомендации по конструкции крепления на бункерной части вибратора, элементов механизма загрузки- выгрузки.

На заключительном этапе была сделана оценка прочности но>-сувдх )1 подкреплягцих элементов металлоконструкции кузова па-гона хоппера для минеральных удобрений, установлен характер рас;:редаяапия вдоль хребтовой балки динамической добавки о к 7'".сч';'П!ьл статическим напряжения бс' при соударении вагонов, показанный на рис. 5.

Рис.6.Распределение расчетных яаърягений, бу при ударе 3 га.

¡ЩЩМАКИЕ прочности • И_сщщ1;шшшкне_лмстру1шпя ж'Сгхелльных грузорых загонов, было лсслелозано напряженно -дсч-зрсфорзнное состопш'.'з узлов соединения несущих балок раш ътьыоП платформы и заделок стоек четырехосного полука-гсчг. Ргсчеткн® исследования г^г.« платформы проводились с ис-гельзсЕанисм трехуровневой расчетной схемы: стергневсй - на

первом уровне для платформы в целом, пластинчатой - на втором для узлов соединения балок (рис.7). объемной - на третьем для исследования несущих элементов.

Рис.7. Расчетная схема соединения хребтовой и шкворневой балок ракы платфети.

В ре^льтате были разработаны предложения по совершено» . твованкв конструкций соединений балок ракы платформы, позволяющие снизить уровень максимальных напряжений в зонах концентрации не менее чем'на 40? и обосновано применение в хребтовой балке сварных двутавров 70 ВС взамен горячекатаннкх.

Для заделок стоек полувагона были получены зависимости влияния гсометрпчеозгх параметров усиливают:« элементов на прочность заделки, на основании которых били разработаны рекомендации по совершенствований конструкции, позволяйте снизить уровень расчетных напрягекнй на 9.53. массу узлов на 202 и одновременно увеличить его долговечность на 3.2«. Проведенные сте.чдовко испытания натурная. пакетов подтвердили полученные

результаты.

ПРОВЕДЕНИЕ КОМПЛЕКСА РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИИЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО МОДЕРНИЗАЦИИ ЦИСТЕРН.' Разработанный комплексный метод был апробирован при проведении работ по модернизации цистерн. Были исследованы конструкции нефтебензиновых цистерн и цистер-ны-цементовозов. бывшие в эксплуатации 5, 15 и более лет, с наличием коррозионного износа и погибов, прошедшие капитально - восстановительный ремонт. Целью исследований являлась оценка возможности модернизации цементовозов для перевозки светлых нефтепродуктов и оценка целесообразности дальнейшей эксплуатации цистерн с котлами калибров 53, 53-а. 62 и 25 после замены рамы и проведения ремонта котлов, имеющих локальные повреждения и деформации.

Для проведения расчетных исследований прочности была разработана единая для котлов всех калибров конечно - элементная расчетная схема. В качестве модулей второго уровня иерархии быт выделены: листы обечайки - верхний, средний и броневой; дниш и рама. При изменении, геометрических размеров элементов котла для различных калибров производилась соответствующая трансформация расчетной схемы.

В результате расчетных исследований было установлено, что максимальные эквивалентные напряжения при всех нормативных расчетных регимах не превышают допускаете. Для котлов калибра 53 имеется в наиболее нагруженных зонах запас прочности до 5 -102; для котлов калибра 53-а и 25 имеется двухкратный запас прочности всех элементов; для котлов калибра 62 - имеется двухкратный запас прочности всех элементов кроме днкг,а. Р днищах запас прочности составляет 3-5?.

Результаты статических испытаний котлов дардонгсм тдт-

- 27 -

вердили данные расчетов, а- проведенное сравнение позволило определить погрешность расчетных исследования, которая, не превышала 8 - 12%. В зоне сварных соединений ремонтных вставок, имеющих неравномерные погибы, - с погрешностью 10-13?=.

Расчетнш.! путем были получены зависимости изменения устойчивости котлов переоборудованных цистерн-цементовозов при неравномерном коррозионном износе различию: элементов (рис.8.): днища (1), верхнего (2) и нижнего (3) листов обечайки, а таите равномерном износе (верхнего и нижнего листов (4,5,6).

В результате проведенных исследований цистерн разработаны рекомендации по усиления котлов, бывших в эксплуатации более 15 лет путем установки впангоутов с сечением в форме швеллеров к конструкция крепления стяикх хомутов на раке при модернизации цистерн с заменой рамы, а такта обоснована возможность переоборудования цистерн цементовозов для перевозки светлых нефтепродуктов с верхним сливок.

Рис.8. Изменение устойчивости котла цистерны-цементовоза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные в диссертационной работе теоретические и экспериментальные исследования обеспечили решение проблемы разработки комплексного метода проектирования,. расчета, испытания и создания на его основе автоматизированной системы, позволяющей исследовать вагонные конструкции на основных этапах их жизненного цикла с учетом технологических и эксплуатационных факторов.

Решение проблемы создания комплексного метода обеспечило получение научно-обоснованных технических: решений, внедрение которых вносит значительней вклад в научно-технический прогресс в вагоностроении. Ншпеследувщие вывода и рекомендации являются основными составными частями решенной проблемы.

1. Создана с использованием иерархического описания, модульного принципами общей структуры информации для модулей всех уровней единая информационная модель проектируемого грузового вагона и на ее основе сформирован общий алгоритм автоматизированного проектирования, . поззолякцнй объединить в единый комплекс оценку вагонных конструкций на основных этапах их кизненного цикла с учетом технологических и эксплуатационных факторов и автоматизировать конструкторские работы до этапа создания рабочего проекта;.

2. Разработан комплекс расчетных методик и реализующих их алгоритмов и программных средств, даю™к.-с возможность в автоматизированном рекиме проводить уточненные расчетные исследования динамической нагругенности, прочности и устойчивости грузовых вагонов с учете:; основных конструктивных особенностей на основе современных методов - метода конечных элементов и метода суперэлементов:

- предложен специальный конечный элемент, позволяющий

аппроксимировать соединения деталей грузовых вагонов, которые передают нагрузки от одной детали к другой с учетом конструктивной жесткости, имеющей нелинейную характеристику;

- сформированы, на основе операций с множества!.!!! методика, алгоритм и программное обеспечение, дающие возможность создавать конечно-элементную расчетную схему на основе каркасной геометрической модели с генерацией сетки в автоматическом режиме;

- разработана методика задания распределенных нагрузок, позволяющая, на основе обобщенной зависимости давления сыпучего груза на ограздение. автоматически формировать модель распределенных нагрузок, соответствующую конечно-элементной расчетной схеме;

- развит алгоритм расчета вагонных конструкций методом суперэлементов, обеспечивающий реализацию аффинных преобразований расчетных схем суперэлементов и соответствующих им матриц жесткости, касс и демпфирования.

3. Разработана методика'аппроксимации и расчета геометрических ха^. еристик'сечений, несущих элементов на основе, контурного описания, учитывающая основные геометрические'особенности и дающая возможность автоматизировать трансформацию единой геометрической модели проектируемого вагона из пластинча-то-стерзновоЯ в объемную идеализацию. Разработанная методика уточняет'расчет .параметров кручения сечений стерзшей с использованием метода конечных ояахонтоз и теории кручения на основе применения мембранной аналогии Праадтля.

•1. ездхзфогзна матодпгл аппрешкзцил резервуаров вагои-шх кокотрукцаЛ • при.расчете кетодсм копзчшк элементов с ас-поАъзозаписм нзопаракетричешр: комочки." элементов. применением связанной с уалака расчетиой схе:и система координат и кск-дачекяеи ограничений на деформации поперечного сдвига по тео-

-УО

рии Кирхгофа, обеспечивающая проведение уточненного расчета котлов цистерн, контейнеров цистерн, емкостей специализированных вагонов.

5. Получены зависимости точности результатов и времени выполнения расчета методом конечных элементов для цилиндрической и сферической ободочек, с геометрическими параметрами, соответствующими резервуарам вагонных конструкций, в зависимости от типа применяемого КЭ и густоты сетки, позволяющие выбирать рациональный способ аппроксимации при расчете.

В результате численных экспериментов установлено что:

- применение для аппроксимации резервуаров вагонных конструкций четырехугольных изопараметрических конечных элементов с 8-ю и ' 9-ю узлами дает возможность при минимальной густоте сетки (аппроксимация окружности 24. - гранником) достигать результатов с точностьв в пределах 102:

- использование связанной с узлами расчетной схемы системы координат за счет введения специальных кинематических граничных условий обеспечивает повышение точности расчета цилиндрических частей з 2,5 - 4 рада, сферических частей в 3,5 - 5.5 раза;

- исключение ограничения на деформации поперечного сдвига на основе первой (кинематической) гипотезы Кирхгофа при расчете оболочек с использованием плоских симплекс конечных элементов позволяет -уточнить результаты расчета для цилиндрической часта.в 1,5-2 раза, для сферической части - в 1.1 - 1,6 раза.

6. Составлен алгоритм и разработана методика расчета устойчивости несущих элементов вагонных конструкций, позБоллзз;цие производить уточненный расчет на осноЕе метода конечных элементов. 3 результате серии численных экспериментов показано, что применение разработанной методики дает возможность оценивать устойчивость кузовов, емкостей л отдельных элементен гру- 51 -

зовых вагонов с увеличенной на 15-35% точность» и исследовать влияние на устойчивость конструкции изменения основных геометрических параметров.

7. Предложена методика, обеспечивающая исследование влияния технологии изготовления на прочность и устойчивость конструкций грузовых вагонов: . •'

- разработана методика, позволяющая учитывать соединения деталей вагонных конструкций сваркой на основе способа их идеализации с применением специального конечного элемента стер:кня для аппроксимации весткостных и геометрических характеристик сварных швов и учета остаточлых сварочных напряжений:

- предложена методика, дающая, возможность оценивать влияние геометрических несовершенств на основе учета локальных погибов как заданных кинематических граничных условий при расчете.

8. Сформирована методика, обеспечивающая, исследование влияния накопленных в эксплуатации повреждений на прочность и устойчиво".'- конструкций, грузовых вагонов: .

- разработана методика, позволяющая производить расчет с учетом зон пластических'деформаций на основе применения кусочно - линейной функции изменения кесткостных параметров материала. ашфоксииф'увщей реальную диаграмму его деформирования:

- обоснован способ,дающий возможность учитывать взаимодействие разрушенных соединений деталей на основе применения в узлах расчетной схемы комбинации из конечных элементов, яоде-лирухтх нелинейное взаимодействие;.

- г.редлошв, на основе исследования коррозионного износа кузовов грузовых вагонов в, эксплуатации, методика,' обеспечивающая проведение оценки вагонны}:: конструкций с учетом щелевой коррозии и обцэго коррозионного износа. . ■

9. Обобщен опыт создания средств испытаний и на его осно-

ве сформирован комплекс современных технических и программных средств, позволяющий проводить, статические, ходовые . ударные и ресурсные испытания, оценку собственных частот, измерение геометрических несовершенств и коррозионный износ конструкций грузовых вагонов.

Разработан аппаратко - программный комплекс проведения испытаний конструкций грузовых вагонов статическими нагрузками на основе использования цифровых тензометрических мостов СКИТ, персональной ЭВМ стандарта 1ЕМ РС и специально созданного блока интерфейса, автоматизируйся все основные этапы проведения испытаний, повышающий их достоверность, в 3... 5 раз сокращающий время обработки испытаний и на ЗОЯ общее время их проведения.

Сформированы комплексы технических средств для проведения ходовых и ударных испытаний на основе использования современ-. ных средств регистрации данных на магнитных носителях, анало-говоцифровых преобразователей и Персональной ЭВМ стандарта 1ВМ РС, разработаны алгоритмы и реализующее их программное обеспечение, позволяющие в автоматическом регшме производить экспериментальную оценку прочностных, динамических характеристик и остаточного ресурса конструкции вагона.

10. Проведен комплекс расчетио - экспериментальных исследований вагонов хопперов для цемента и минеральных удобрений. На основе расчетных исследований и экспериментов.с натурными макетам предложена конструкция узла соединения скворневой и хребтовой балок вагона минераловоза с меньшими: массой - на 140.5 кг. уровнем напряжений, в зонах концентрации - на 30%. и долговечностью на 15-20% вызе серийной. В результате проведенных исследований.установлен характер распределения вдоль хребтовой балки динамической добавки к расчетом-! статическим напряжения при соударении вагонов. Получены 72 низшие формы собственных частот кузова порожнего вагона хоппера для цемента.

на основс которых даны рекомендации по конструкции крепления вибратора, элементов механизма загрузки - выгрузки.

11. Исследовано напряженно - деформированное состояние узлов соединения несущих балок рамы универсальной платформы и заделок стоек четырехосного полувагона. В результате изучены поля напряжений в их конструкциях, характер и причины формирования зон концентрации. Разработаны предложения по совершенствовании конструкций соединений балок рамы платформы, снижающие уровень максимальных напряненин в зонах концентрации не менее чем на 4.0%. Получены зависимости слияния геометрических параметров усиливающих элементов на прочность заделки стоек полувагона, на основании которых были разработаны рекомендации по совершенствования конструкции, давшие возможность снизить уровень расчетных напряжений на 9,555, массу узлов на 20% и одновременно увеличить его долговечность на 8.2%.

12. Проведена расчетно экспериментальная оценка прочности котлов цистерн калибров 25. 53. 53-а и 62. находящихся в эксплуатации более 15 лет и цистерн цементовозов после переоборудования их для перевозки светлых нефтепродуктов. Получены зависимости, обеспечивающие оценку изменения устойчивости котлов переоборудованных цистерн-^цементовозов при коррозионном износе различных элементов: верхнего и нижнего листов обечайки и днищ,и определены допускаемые величины коррозионного износа.

В результате проведенных исследований цистерн разработаны рекомендации по усилению котлов, бывших в эксплуатации более 15 лет путем установки шпангоутов с сечением в форме швеллеров и конструкция крепления стягшых'хомутов на ракз при модернизации цистерн с заменой рамы и обоснована возможность переоборудования цистерн цементовозов в цистерны для перевози; светла; нефтепродуктов с верхним сливом.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.

1. Битюцкий А.А., Петров О.Н. Применение метода суперэлементов для расчета сварных элементов кузовов полувагонов. Транспортное оборудование. И.: ЦНИИТЭИтяжмащ, сер.5, вып.14, 1903 г. с. 11-13.

2. Битюцкий.А.А. Исследование напряженно-деформированного состояния сварных коробчатых конструкций с применением метода конечных элементов. Ленинград, ин-т инк. к.-д. трансп. Каф. Е'дгонн и вагонное хозяйство. Л.: 1983 г. - 17 с. Деп.в ЦНИИТЗИ !.ШС - 1983, N 2096 ж. д. - Д 83.

3. Соколов М.М., Битюцкий A.A. Исследование напряженного состояния узла заделки стоек кузова полувагона. Сб. научн. тр.. И.: ВНИИвагоностроения, - 1983 г. Вып. 50. с. 41-50.

4. Битюцкий"А. А. Совершенствование конструкции заделки промежуточной стойки боковой стенки полувагона. Лениягр. ин-т пил. ж.-д. трансп. Каф. Вагоны п вагонное хозяйство. Л.: 1983 Г. - И с. Деп.в ЦНИИТЗИ .МПС - 10.10.83. II 2411 п.д. - Д 83.

5. Битюцкий A.A. Исследование напряженно-деформированного состояния заделки промежуточной стойки боковой стены полувагона: Ленинг. ин-т шп. к. -д. трансп. Ксф. Вагоны и вагонное хозяйство. Л.: 1903 Г. - 12 с. Деп.в ЦНИИТЗИ ГЛС - 10.10.83. N 2412 к. д. - Д 03. • .

' 6. Битюцкий A.A.. Петров О.Н., Павлов С. В. Применение метода суперэдемеитов к расчету конструкций вагонов. Динамика взгспов: Сб. научн. тр.. Л.: ЛШШ\ 1984 г. с. 46-55.

7. Соколов. IL U., Битюцкий A.A. Проектирование конструкций соединений несущих элементов кузовов полувагонов с применением метола суперэлементов. Иезвузоз. сб. науч. тр. Хабаровск: Ха-6ИИНТ. 1984 Г. Вып. 51. С. 27-34.

S. Битюцкий Л.А.. Третьяков A.B. Эффективный метод построения суперэлементных' расчетных схем. - Конструирование и эксплуатация оборудования, сер. 5. Транспортное оборудование; И.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, - 1986 г. вып. 33. с. 5-7. '

9. Радзиховский А. А.. Битюцкий А.Л. Систематизация прочностных расчетов кузовов вагонов хопперов. Конструирование'и эксплуатация оборудования, сер. 5. Транспортное оборудование; Н.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ. 1S86 г. вып. 3. с. 6-10.

10. Бороненко Ю.П., Битюцкий A.A., Третьяков A.B., Петров О.Н. Комплекс програта для статистических расчетов конструкций вагонов с применением метода суперэлементов. Алгоритмы и программы. М.: Информац. бал. ВНТИ Центр, 1986 г. N 2. - с. 5-1. (KHB.N 50860000655).

И. Бороненко В.П., Битюцкий A.A.. Сорокин Г.Е.. Третьяков A.B. Динамические расчеты конструкций вагонов с применением метода суперэлементов. Алгоритмы и программы. И.: Информац. бал. ВНТИ Центр, 1986 г. К 5. - с. 77. (Инв.И 5086000U. *.

12. Битюцкий A.A.. -Пашкевич С.Ф. Применение кетода масок при расчете развития дефектов в элементах конструкций. Нормирование прочности и ресурса васоконагрухенньк машш: Тез. докл. Всесоюзн. научно-техн. симпозиума' с участием специалистов стран - членов СЭВ. г. Владимир, 18-20.11.87 г. - с. 12-14.

13. БитвцюЯ А. Л.. Татарином В. С.. Пора Е. Т. Коррозийный износ точечных соединения np:j циклическом нагругении. Там sa. С. 190-191. '

14. Соколов И.К., Бороненко D.П.. БптацгаШ A.A.. Третьяков Д. В.. Сорокин Г.Е. Расчет соединений элементов вагонов ка ЭВМ. Учебное пособие Лешшгр. институт инженеров в. -д. тр-та, Д.: 1S8Ö г. 57 с.

15. БнтвцкиЛ A.A., Третьяков A.B. Применение численных

методов для анализа динамической нагруяенности элементов оборудования четырехосных цистерн. Конструирование к эксплуатация оборудования, сер. 5. Транспортное оборудование; Ii: ЦШИТЭИ-таша. 1987 г. был. з. с. 1-з.

16. Битпцкий A.A.. ¡¡аяхевич С.Ф. Соверпенствование методов прочностного расчета вагонш« конструкция на основе применения теории нелинейного деформирования материала. Там :ге. с. 3-5.

17. Битвцкий Д.Д.. Трубачез Ю. А Оценка взаимного слияния особенностей конструкции рачн и котла на прочность вагона-цистерны бункерного типа. Проблемы механики ззлегиодорогяого транспорта. поБшеиио цадеаюсти и совершенствование конструкций подвязного состава. Тез. докл. Scecosr.n. коифер. Днепропетровск, май 1988. Г. с. 153-154.

10. ЕитацкиП A.A.. Нясседопа Е.А., Третьяков A.B. Лрике-I!einte тех-шческих я программных средств катиной графики при оценка пэдегности конструкции вагонов. Там ие с. 154-155.

19. БптацклЯ А.А.,_Трубачез S.A. Исследование напряженного состояния кузова вагона - цистерны бункерного типа. Системы управления. надежность п прочность конструкций. Сб. нэучн. тр. !i.: ЕШЙвагсносгрое$П!Я. J9Q3 г. с. 77-82.

20. Бнтгпгагй A.A., РадзжмвскпП A.A.. Третьяков A.B. Оценка собстсеня!« частот ползпкгого состава типа подкрепленная обо лота с применение-* метода сугерэленентов. Обеспечение :С5гктивиоста и работоспособности нолзгсэюго состава. Ferraуз. тейатич. сб. маги., тр. Л.: ЯИ1ГГГ. 1957 - с. 93 100.

21. Еятгдггнп A.A., Сарычев 3. В., Забзроса Г. В. Оптошза-цяя ü рзечет геопетрп'пскнх характеристик вагонных пройдой. 7раяспертаоо оборудозение. вагояоетрогние. "!.: ЦНИИТЗИтякмаа. серия 5, гсп.' -!. 1983 г.. с. 5-7.

22. Гнтсцтай A.A., сор'г, - « р., Забчрова Г. В. Анализ точлости расчетной сценки протеста вагонов-хопперов по обоб-

ценной расчетной схеме. Исследование прочности и надежности вагонов. М.: ЩШТЭИтяжмап. серия 5, вып. 2. 1988 г. с. 5-7.

23. Радзиховский.А. А.. Битюцкий A.A.. Карлпн Г.А. Опыт создания САПР - грузовых специализированных вагонов типа хоппер. Перспективы развития вагоностроения. Тез. докл. Всесоюзн. :Науч.-технич. конф. (Москва, ноябрь 1988) М.: ВНИИВ с. 13-15.

24. Бороненко Ю.П., Битюцкий A.A., Третьяков A.B.. Сорокин Г.Е., Программный комплекс СУПЕР-Д для решения задач динамики транспортных конструкций. Транспортное оборудование. Вагоностроение. И.: ЦНИИТЭИтязмаи. сер.5. вып. 1. 1S88 г. с. 4-7.

25. Радзиховский A.A., Битюцкий A.A.. Мажевич С.С1., Кар-лин Г. А. Система автоматизированного проектирования грузовых специализированных вагонов типа хоппер. Передовой производственный опыт и научно-технические достикения в тяжелом, энергетическом и транспортном машиностроении. М.: ЦНИИТЭИтяжмаш. серия 9,. вып. 5,' 1989 г. С. 37-40.

26. <¿дзиховский A.A.. Битюцкий A.A.. Карлин Г.А. О создании САПР-K грузовых специализированных вагонов типа хоппер. Развитие грузового подвижного состава железных дорог: Сб; на-учн. тр. ВШИ вагоностроения, !>!.:. 1939, с. .89-92. ' ■

27. Соколов H.H.. Бороненко Ю.П., Битоцкий■ А.А., Третьяков A.B.. Сорокин Г.Е.. Белгородцев A.B. Автоматизация подготовки исходных данных для проведения расчетов конструкций ва-. гоноа с использованием кетода суперэлементов и средств машинной графики.' Алгоритмы и прографи. Н И, И.: ВНТИ Центр,. 1989 Г. . с. 19.' (Инв.Н 50890000051).

28. битецкий A.A.. Рабинович А.б.. Яловой А.И. Оценка прочности платформа для горячей слябовой заготовки (модель 23-4027),. Передовой производственный опыт и научно-технические достизения в тяаелоа. энергетаческом и транспортном мзыаност-роешш. Iii: ЦНИИТЭИташш, сер.Э. вып.7, 1989 г., с. 31-33.

29. 5ИТГДЩН.Й A.A.. Капкевич С.Ф.. Карлин Г.A. Шформад-онное обеспече-ние САПР конструкций грузов!« специализированных вагонов. Интегрированные системы автоматизированного проектирования: Тез. докл. Всесоюзн. науч.-техн. конф.. г.Вологда 17-19 сентября 1989, С.110-111.

30.■Битацкнй A.A.. Иори Е.Т., Маекевич С.Ф.. Павлов C.B. Выбор схемы нагрузения пятников грузовых вагонов для проведения стендовых испытаний на усталость. - Ленинград, кн-т инк. s.-д. трансп. Каф. Вагоны и вагонное хозяйство Л.: 19В9 г. - 6 с. Деп.з ЦНКИТЭИ îfflC 30.11.89 Ii 4768.31. Бнтюцкий A.A.. Каккевич С.Ф. Оценка прочности элементов конструкций с учетом пластичности материала. Ленинград, кк-т ühs.s.-д. трансп. Каф. Вагоны и вагонное хозяйство. Л.: 1939 Г. - 8 С. Деп.в ЦННИТЭИ МПС 30.11.89 II 4767.

32. ЕлтгцккЯ A.A. Наакевич С.Ф.. Павлов C.B. Расчетная оценка вариантов конструкции пятников ö-осных цистерн. Ленинград. иц-т кнг.к.-д. трансп. Каф. Вагоны и вагонное хозяйство. Л.: 198Э г. - 12 с. Деп.в ЦНИИТЭИ КПС 30.11.89 И 4769.

33. Еитюцкий A.A. Каикерич С.Ф. Применение ЭВМ для формирования и расчета поперечных сечений кесуцнх элементов вагонов. Передовой производственный опыт и научно-технические достижения в тякелом машиностроении. Si : ЦНКИТЭИ тягмзз. серия 9, ,вкп. 1. 1990 г. с. 49-51.

34. Ептацшгй А. А., Каолин Г. А. Автоматизация подготовки данных при расчете вагонных конструкций методом конечных элементов. Передовой производственный опыт и научно-технические достикигкя в •шэдок какжостроеиии. : 1ЩИИТЗЙ тяжиаи, серия 9. въ<п. 3. 1930 г. - с. 31-39.

35. йпсикг.Я A.A.. Карлин Т.к., Литвннчук Л.В.. Нога Г.Н. Исследо';,г:;;е динамической нагругснности рачи г.згона для минеральных удобр?ш'.й при продольной "."паническом воздействии. -

Проблемы механики железнодорожного транспорта. Динамика, проч- • ностъ и надежность подвижного.состава: Тез. докл. кеадун, конф. (Днепропетровск май 1992 г.) с.5-6.

36. Битоцкий A.A., KapjuiHТ.Л. Совершенствование узла установки вибратора вагона хоппера иа основе исследования его. динамической нагрушшости. Там se. с. 87-88.

37. Битоцкий A.A.. Третьяков A.B. Соколов А.И. Кетод исследования иапряшшо-деформированного состояния экипажа с резервуаром для перевозки кидких- грузов. Серия 73.43.61: 81.09.81. вып. N 397-93 С.Петербургский ЦИТИ, 1993 Г.. 2 с.

38. Битоцкий A.A. Модернизация конструкций аелезнодороа-ный цистерн с использованием современных средств проектирования грузовых вагонов, Проблекы келезнодорокного транспорта решают ученые. Тез. докл. научно-практич. конференции с международным участием. (С.Петербург 2-3 ноября 1994 г.) 2 с.

Подписано к печии; ÍÍ.4,S3 г. Усл.п.л. £.5 Почать o^ssimn. Бтпага для uuexut. опп. Форнзь 5QxO!> 1/16 Ti'.pnt 100 экз. 5зказ ->

Т:'п, ПГУКС 190031, С-Петербург, Яесвояокмй пр.,9

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, РАСЧЕТА И ИСПЫТАНИЯ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ.

1.1. Обзор работ по созданию автоматизированных систем проектирования, расчетов, средств и методов проведения испытаний грузовых вагонов.

1.2. Формулировка проблемы и постановка задач.

2. РАЗВИТИЕ КОМПЛЕКСНОГО АЛГОРИТМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ.

2.1. Создание единой информационной модели проектируемого грузового вагона.

2.2. Формирование общего алгоритма автоматизированного проектирования конструкции грузового вагона.

2.3. Разработка методического и программного обеспечения проектирующих подсистем.

2.4. Выводы.,.

3. РАЗРАБОТКА УТОЧНЕННОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ

ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ.

3.1. Разработка методики аппроксимации резервуаров вагонных конструкций при расчете МКЭ.

3.1.1. Применение изопараметрических конечных элементов для расчета резервуаров вагонных конструкций.

3.1.2. Использование связанной системы координат для оасчета юезеювуаоов.

3.1.3. Исключение ограничения на деформации поперечного сдвига при расчете оболочек.

3.1.4. Оценка точности разработанной методики аппроксимации резервуаров вагонных конструкций.

3.2. Систематизация прочностных расчетов кузовов вагонов типа хоппер.

3.3. Разработка методики контурного описания и расчета геометрических характеристик сечений несущих элементов.

3.4. Формирование методики аппроксимации нелинейных соединений элементов вагонных конструкций при расчете МКЭ.

3.5. Автоматизация генерации сетки конечных элементов на основе каркасной модели.

3.6. Создание методики задания распределенных нагрузок на конструкцию кузова грузового вагона при расчете МКЭ.

3.7. Разработка методики расчета устойчивости несущих элементов вагонных конструкций.

3.7.1. Выбор конечных элементов для расчета устойчивости вагонных конструкций.

3.7.2. Формирование алгоритма составления и решения системы уравнений устойчивости для расчетной модели в целом.

3.7.3. Проведение численных экспериментов с использованием разработанной методики сасчета устойчивости несущих элементов.

3.8. Развитие алгоритма расчета конструкций грузовых вагонов на основе метода суперэлементов.

3.9. Выводы.

4. СОЗДАНИЕ МЕТОДИКИ УЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ДЕФЕКТОВ

И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ ВАГОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ.

4.1. Разработка методики учета соединений деталей сваркой.

4.2. Методика оценки влияния геометрических несовершенств на прочность и устойчивость.

4.3. Разработка методики расчета конструкций вагонов с учетом зон пластических деформаций.

4.4. Формирование методики оценки коррозионного износа и влияния щелевой коррозии.

4. 5. Выводы.

5. ФОРМИРОВАНИЕ АППАРАТНО - ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ ВАГОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ.

5.1. Разработка аппаратно - программного комплекса проведения испытаний статическими нагрузками.

5.2. Создание и комплекса программно-технических средств проведения поездных и ударных испытаний.

5.3. Выводы.

6. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ БУНКЕРНОГО ТИПА.

6.1. Расчетно-экспериментальное исследование прочности и совершенствование конструкции соединения хребтовой и шкворневой балок рамы вагона для минеральных удобрений.

6. 2. Исследование собственных частот и форм колебаний кузова вагона хоппера для цемента.

6.3. Расчетная оценка прочности кузова вагона для минеральных удобрений при продольном ударном воздействии.

6.5. Выводы.

7. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ.

7.1. Расчетное исследование напряженного состояния рамы универсальной железнодорожной платформы.

7.2. Анализ напряженного состояния и совершенствование конструкции соединения несущих элементов кузова полувагона.

7.3. Выводы.

8. ПРОВЕДЕНИЕ КОМПЛЕКСА РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО МОДЕРНИЗАЦИИ ЦИСТЕРН.

8.1. Модернизация специализированных цистерн, бывших в эксплуатации более 15 лет.

8.2. Переоборудование цистерн цементовозов для перевозки светлых нефтепродуктов.

8.3. Выводы.

Современные условия работы железнодорожного транспорта характеризуются оперативным изменением структуры грузооборота и расширением спектра эксплуатационных нагрузок, воздействующих на подвижной состав. При этом возрастает число владельцев и арендаторов грузовых вагонов, увеличивается количество предприятий - производителей.

Все эти факторы обусловили необходимость сокращения сроков создания новых вагонов, проведения переоборудования или модернизации существующих вагонов эксплуатационного парка. Это, в свою очередь, требует исследования возможности использования вагонов для перевозки грузов, которые не предусматривались при его проектировании, проведения уточненной оценки конструктивных параметров проектируемых конструкций и прогнозирования их живучести в период всего жизненного цикла.

Качественное выполнение этих работ невозможно без развития методов проектирования, расчета и испытания, на основе применения современных средств вычислительной техники, проведения большого числа расчетных экспериментов, использования баз данных, в которых сосредоточены опыт и статистические данные, накопленные при создании и эксплуатации вагонов.

На основании проведенного обзора и анализа, актуальной является проблема разработки комплексного метода проектирования, расчета и испытания, объединяющего в единую систему методическое обеспечение основных этапов создания или модернизации грузовых вагонов, позволяющего производить оценку вагонных конструкций на трех основных этапах их жизненного цикла: идеального (без дефектов и повреждений): с наличием в его констоукпии оазличного оода дефектов: с накопленными в эксплуатации повреждениями. Решение этой проблемы составляет основную цель диссертации.

Выполнение исследований, проведенных в диссертации позволило решить проблему создания комплексного метода проектирования, расчета и испытания грузовых вагонов, обеспечивающего получение научно-обоснованных технических решений, внедрение которых вносит значительный вклад в научно-технический прогресс в вагоностроении.

Общая методика исследования. Теоретическую основу работы составили современные представления теории упругости, пластичности, механика сыпучих тел. Методологической основой расчетных исследований работы являются современные методы строительной механики - метод конечных элементов, метод суперэлементов. Созданные методы проектирования, расчета и испытания вагонов ориентированы на использование современных ЭВМ. Проверка достоверности предложенных идеали-заций и результатов теоретических исследований проводилась на натурных макетах конструкций вагонов и их узлов.

Научную новизну диссертации составляют.

1. Разработан комплексный метод, позволяющий на основе использования единой информационной модели создаваемого или модернизируемого вагона, современных методов расчета, средств вычислительной техники и баз данных, объединить в единую систему методическое обеспечение проектирования, расчета и испытания грузовых вагонов и производить оценку его конструкции на трех этапах: идеального, с наличием дефектов и накопленными повреждениями.

2. Разработана методика аппроксимации и расчета геометрических характеристик несущих элементов на основе контурного описания, учитывающая основные геометрические особенности и позволяющая производить уточненный иасчет паоаметоов коучения методом конечных элементов и теории кручения на основе применения аналогии Прандтля.

3. Предложен специальный конечный элемент, сформированы алгоритмы и методика расчета прочности с учетом соединений деталей грузовых вагонов с нелинейной характеристикой взаимодействия и нелинейными жесткостными характеристиками материала.

4. Сформирована и обоснована методика аппроксимации резервуаров вагонных конструкций при расчете методом конечных элементов с использованием изопараметрических конечных элементов, применением связанной системы координат и исключением ограничений на деформации поперечного сдвига по теории Кирхгофа, позволяющая производить уточненный расчет котлов цистерн, контейнеров цистерн, емкостей специализированных вагонов.

5. Составлен алгоритм и разработана методика расчета устойчивости несущих элементов вагонных конструкций, позволяющая производить уточненный расчет и давать оценку устойчивости кузовов, емкостей на основе метода конечных элементов.

6. Исследован коррозионный износ кузовов грузовых вагонов в эксплуатации и предложена методика оценки прочности и устойчивости конструкций несущих элементов с учетом щелевой коррозии и общего коррозионного износа.

7. Предложена общая блок схема и разработан комплексный алгоритм программных средств для автоматизации геометрического моделирования и подготовки данных для расчета конструкций грузовых вагонов методом конечных элементов с составе системы автоматизированного проектирования.

8. Сформирован комплекс аппаратных средств и составлены алгоритмы функционирования аппаратно-программного комплекса для автома-тизиоованного пооведения экспеоиментальных исследований поочности кузовов и отдельных деталей вагонов от воздействия статических и динамических нагрузок.

Практическая значимость работы.

Сформированные информационная модель и общий алгоритм системы автоматизированного проектирования позволяют на основе блочно - модульного подхода, специальных приемов геометрического моделирования автоматизировать процесс создания или модернизации кузовов грузовых вагонов до этапа создания технического проекта.

Разработанный комплексный -метод проектирования, расчета и испытания объединяет в единую систему методическое обеспечение основных этапов создания или модернизации грузовых вагонов, позволяет производить оценку вагонных конструкций на основных этапах их жизненного цикла с учетом возможных сочетаний дефектов, приобретенных при проектировании, изготовлении и эксплуатации.

Предложенные методики идеализации вагонных конструкций позволяют производить расчетные исследования прочности и устойчивости с учетом основных геометрических особенностей, наличия соединений деталей с нелинейной характеристикой взаимодействия, учетом сварных соединений, зон пластических деформаций, погибов и наличия общей и щелевой коррозии.

Созданные алгоритмы и аппаратно-программные комплексы проведения статических, ударных и ресурсных испытаний позволяют автоматизировать все основные этапы проведения экспериментальных исследований и объединить их в единый комплекс с проектированием и расчетом.

Полученные зависимости влияния коррозионного износа на прочность и устойчивость, результаты исследований напряженного состояния узлов соединений балок рам и кузовов позволяют производить мо-девнизапию существующих и создавать новые конствукиий гоузовых вагонов.

Реализация работы. Созданные в результате проведенных исследований системы автоматизированного проектирования и испытания вагонов внедрены на следующих предприятиях: Государственном научно исследовательском институте вагоностроения (ГосНИИВ), Всесоюзном-науч-но исследовательском институте железнодорожного транспорта (ВНИ-ИЖТ), Кременчугском производственном объединении вагоностроения (КПОВ), Производственном объединении ДНЕПРОВАГОНМАШ (ПО ДВМ), Концерне АЗОВМАШ, Стахановском производственном объединении вагоностроения (СПОВ).

Разработанные в диссертации рекомендации по созданию новых и модернизации существующих конструкций грузовых вагонов внедрены на следующих предприятиях: Проектно Конструкторское бюро Главного Управления , вагонного хозяйства (ПКБ ЦВ МПС) - при переоборудовании вагонов для торфа, цистерн цементовозов, нефтебензиновых цистерн с заменой рамы, КПОВ - при создании полувагонов моделей 12-753 и 12-757, ПО ДВМ - при создании хопперов для перевозки угля и модернизации универсальных платформ и вагонов для перевозки окатышей, СПОВ - при создании хоппера для перевозки минеральных удобрений, Великолукском локомотиворемонтном вагоностроительном заводе (ВЛРВЗ) - при создании хопперов дозаторов для метро.

Ряд основных положений, результатов диссертационной работы и созданных программных средств используется в учебном процессе на кафедре "Вагоны и вагонное хозяйство" ПГУПС при чтении лекций по дисциплинам "Вагоны и контейнеры", "Проектирование вагонов", "САПР вагоностроения", "Строительная механика и надежность вагонов", а также курсовом и дипломном проектировании.

Агтообаиия иаботы. Основные положения лиссеотаиии были доложены на: Всесоюзном научно-техническом симпозиуме с участием специалистов стран - членов СЭВ "Нормирование прочности и ресурса высоконаг-руженных машин", Владимир, 1987 г, Всесоюзной конференции "Проблемы механики железнодорожного транспорта, повышение надежности и совершенствование конструкций подвижного состава", Днепропетровск, 1988 г, Всесоюзной научно-технической конференции "Перспективы развития вагоностроения", Москва, 1988 г., Всесоюзной научно-технической конференции "Интегрированные системы автоматизированного проектирования", Вологда, 1989 г., Международной конференции "Проблемы механики железнодорожного транспорта. Динамика, прочность и надежность подвижного состава", Днепропетровск, 1992 г, Научно-практической конференции с международным участием "Проблемы железнодорожного транспорта решают ученые", С.Петербург, 1994 г, заседаниях кафедры "Вагоны и вагонное хозяйство" ПГУПС, С.Петербург, 1992 - 1994 г.

Публикации. По теме диссертации опубликована 41 печатная работа.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Текстовая часть работы составляет 357 страниц и содержит /^рисунка и /7 таблиц.

8.4. Выводы.

1. Проведена расчетно - экспериментальная оценка прочности котлов цистерн калибров 25, 53, 53-а и 62, находящихся в эксплуатации более 15 лет. В Безультате установлено, что максимальные эквивалентные напряжения при всех нормативных расчетных режимах не превышают допускаемые.

- для котлов калибра 53 имеется в наиболее нагруженных зонах запас прочности до 5 - 10%;

- для котлов калибра 53-а и 25 имеется двухкратный запас прочности всех элементов;

- для котлов калибра 62 - имеется двухкратный запас прочности всех элементов кроме днища. В днищах запас прочности составляет 3-5%.

2. Установлено, что расчетные исследования по разработанной методике позволяют оценивать напряженное состояние котлов цистерн с погрешностью не превышающей 8-12%. В зоне сварных соединений ремонтных вставок, имеющих неравномерные погиби, - с погрешностью 10-18%

3. Исследована устойчивость оболочек котлов от нагрузки внешним давлением при равномерном коррозионном износе, В результате установлено, что котлы цистерн калибров 25, 53, 53-а и 62 при коррозионном износе 0,002 не удовлетворяют требованиям "Норм.".

4. Разработаны рекомендации по усилению котлов, бывших в эксплуатации более 15 лет путем установки шпангоутов с сечением в форме швеллеров и конструкция крепления стяжных хомутов на раме при модернизации цистерн с заменой рамы.

5. На основе комплекса расчетно - экспериментальных исследований обоснована возможность переоборудования цистерн цементовозов в цистерны для перевозки светлых нефтепродуктов с верхним сливом.

6. Получены зависимости изменения устойчивости котлов переоборудованных цистерн цементовозов при коррозионном износе различных элементов: верхнего и среднего листов обечайки и днищ и определены допускаемые величины коооозионного износа.

9. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Проведенные в диссертационной работе теоретические и экспериментальные исследования позволили сделать следующие выводы и рекомендации.

1. Создана с использованием иерархического описания, модульного принципа и общей структуры информации для модулей всех уровней единая информационнаю модель проектируемого грузового вагона и на ее основе сформирован общий алгоритм автоматизированного проектирования, позволяющий объединить в единый комплекс оценку вагонных конструкций на трех основных этапах их жизненного цикла: идеального (без дефектов и повреждений); с наличием в его конструкции различного рода дефектов; с накопленными в эксплуатации повреждениями и автоматизировать конструкторские работы до этапа создания рабочего проекта.

2. Разработан комплекс расчетных методик и реализующих их алгоритмов и программных средств для проведения в автоматизированном режиме расчетных исследований динамической нагруженности, прочности и устойчивости грузовых вагонов с учетом основных конструктивных особенностей на основе современных методов - метода конечных элементов и метода суперэлементов:

- предложен специальный конечный элемент для аппроксимации соединений деталей грузовых вагонов, которые передают нагрузки от одной детали к другой с учетом конструктивной жесткости, имеющей нелинейную характеристику;

- сформированы на основе операций с множествами методика, алгоритм и программное обеспечение для создания конечно-элементной расчетной схемы на основе каркасной геометрической модели с генерацией сетки в автоматическом режиме;

- разработана методика задания распределенных нагрузок, позволяющая на основе обобщенной зависимости давления сыпучего груза на ограждение^ автоматически формировать модель распределенных нагрузок, соответствующую конечно-элементной расчетной модели;

- развит алгоритм расчета вагонных конструкций методом суперэ-лёментов на основе реализации афинных преобразований расчетных схем суперэлементов и соответствующих им матриц жесткости, масс и демпфирования.

3. Разработана методика аппроксимации и расчета геометрических характеристик несущих элементов на основе контурного описания, учитывающая основные геометрические особенности и позволяющая автоматизировать трансформацию единой геометрической модели проектируемого вагона из пластинчато - стержневой в объемную идеализацию и уточняющая расчет параметров кручения сечений стержней с использованием метода конечных элементов и теории кручения на основе применения мембранной аналогии Прандтля.

4. Сформирована методика аппроксимации резервуаров вагонных конструкций при расчете методом конечных элементов с использованием изопараметрических конечных элементов, применением связанной системы координат и исключением ограничений на деформации поперечного сдвига по теории Кирхгофа, позволяющая производить уточненный расчет котлов цистерн, контейнеров цистерн, емкостей специализированных вагонов.

5. Получены зависимости точности результатов и времени выполнения расчета методом конечных элементов для цилиндрической и сферической оболочек, с геометрическими параметрами, соответствующими резервуарам вагонных конструкций, в зависимости от типа применяемого КЭ и густоты сетки.

В оезультате численных экспеоиментов установлено что:

- применение для аппроксимации резервуаров вагонных конструкций четырехугольных изопараметрических конечных элементов с 8-ю и 9-ю узлами позволяет при минимальной густоте сетки (аппроксимация окружности 24 - гранником) достигать результатов с точностью в пределах 10%;

- использование связанной системы за счет введения специальных кинематических граничных условий позволяет повысить точность расчета цилиндрических частей в 2,5 - 4 раза, сферических частей в 3,5 -5,5 раза;

- исключение ограничения на деформации поперечного сдвига на основе первой (кинематической) гипотезы Кирхгофа при расчете оболочек с использованием традиционных плоских конечных элементов , позволяет уточнить результаты расчета для цилиндрической части в 1,5 -2 раза, для сферической части - в 1,4 - 1.6 раза.

5. Составлен алгоритм и разработана методика расчета устойчивости несущих элементов вагонных конструкций, позволяющие производить уточненный расчет на основе метода конечных элементов. В результате серии численных экспериментов показано, что применение разработанной методики позволяет давать оценку устойчивости кузовов, емкостей и отдельных элементов грузовых вагонов с увеличенно на 15-35% точностью и дает возможность исследовать влияние на устойчивость конструкции изменения основных геометрических параметров.

6. Предложена методика для исследования влияния технологии изготовления на прочность и устойчивость конструкций грузовых вагонов:

- разработана методика учета соединений деталей вагонных конс-тоукшй сваокой на основе способа их идеализации с пшменением специального конечного элемента стержня для аппроксимации жесткостных и геометрических характеристик сварных швов и учета остаточных сварочных напряжений;

- предложена методика оценки влияния геометрических несовершенств на основе учета локальных погибов как заданных кинематических граничных условий при расчете.

7. Сформирована методика исследований влияния накопленных в эксплуатации повреждений на прочность и устойчивость конструкций грузовых вагонов:

- разработана методика расчета с учетом зон пластических деформаций на основе применения кусочно - линейной функции изменения жесткостных параметров материала, аппроксимирующей реальную диаграмму деформирования;

- обоснован способ учета взаимодействия разрушенных соединений деталей на основе применения в узлах расчетной схемы комбинации из конечных элементов моделирующих нелинейное взаимодействие;

- исследован коррозионный износ кузовов грузовых вагонов в эксплуатации и предложена методика оценки с учетом щелевой коррозии и общего коррозионного износа.

8. Обобщен опыт создания средств испытаний и на его основе сформирован комплекс современных технических и программных средств, позволяющий проводить статические, ходовые , ударные и ресурсные испытания, оценку собственных частот, измерение геометрических несовершенств и коррозионный износ конструкций грузовых вагонов.

Разработан аппаратно - программный комплекс проведения испытаний конструкций грузовых вагонов статическими нагрузками на основе использования цифровых тензометрических мостов СМИТ и персональной ЭВМ стандаота IBM PC и специально созданного блока интеоФейса. позволяющий автоматизировать все основные этапы проведения испытаний, повысить их достоверность, в 8,5 раза сократить время обработки испытаний и на 30% общее время их проведения.

Сформированы комплексы технических средств для проведения ходовых и ударных испытаний на основе использования современных средств регистрации данных на магнитных носителях, аналогоцифровых преобразователей и персональной ЭВМ стандарта IBM PC, разработаны алгоритмы и реализующее их программное обеспечение для комплекса ходовых и ударных испытаний, позволяющие в автоматическом режиме, производить экспериментальную оценку прочностных, динамических характеристик и остаточного ресурса конструкции вагона.

9. Проведен комплекс расчетно - экспериментальных исследований вагонов хопперов для цемента и минеральных удобрений. На основе расчетных исследований и экспериментов с натурными макетами предложена конструкция узла соединения шкворневой и хребтовой балок вагона минераловоза с меньшими: массой - на 140,5 кг, уровнем напряжений в зонах концентрации - на 30%, и долговечностью на 15-20% выше серийной, установлен характер распределения вдоль хребтовой балки динамической добавки к расчетным статическим напряжения при соударении вагонов. Получены 72 низшие формы собственных частот кузова порожнего вагона хоппера для цемента, позволившие дать рекомендации по конструкции крепления вибратора, элементов механизма загрузки -выгрузки.

10. Исследовано напряженно - деформированное состояние узлов соединения несущих балок рамы универсальной платформы и заделок стоек четырехосного полувагона. В результате изучены поля напряжений в их конструкциях, характер и причины формирования зон концентрации. Разработаны предложения по совершенствованию конструкций соединений балок рамы платформы, позволяющие снизить уровень максимальных напряжений в зонах концентрации не менее чем на 40%. Получены зависимости влияния геометрических параметров усиливающих элементов на прочность заделки стоек полувагона, на основании которых были разработаны рекомендации по совершенствованию конструкции, позволяющие снизить уровень расчетных напряжений на 9,5%, массу узлов на 20% и одновременно увеличить его долговечность на 8,2%.

И. Проведена расчетно - экспериментальная оценка прочности котлов цистерн калибров 25, 53, 53-а и 62, находящихся в эксплуатации более 15 лет и цистерн цементовозов после переоборудования их для перевозки светлых нефтепродуктов. Получены зависимости изменения устойчивости котлов переоборудованных цистерн цементовозов при коррозионном износе различных элементов: верхнего и среднего листов обечайки и днищ и определены допускаемые величины коррозионного износа.

В результате проведенных исследований цистерн разработаны рекомендации по усилению котлов, бывших в эксплуатации более 15 лет путем установки шпангоутов с сечением в форме швеллеров и конструкция крепления стяжных хомутов на раме при модернизации цистерн с заменой рамы и обоснована возможность переоборудования цистерн цементовозов в цистерны для перевозки светлых нефтепродуктов с верхним сливом.

12. Созданные в результате проведенных исследований системы автоматизированного проектирования и испытания вагонов внедрены на следующих предприятиях: Государственном научно исследовательском институте вагоностроения (ГосНИИВ), Всесоюзном-научно исследовательском институте железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ), Кременчугском пБоизводственном объединении вагоностБоения (КПОВ). Пооизводственном объединении ДНЕПРОВАГОНМАШ (ПО ДВМ), Концерне АЗОВМАШ, Стахановском производственном объединении вагоностроения (СПОВ).

Разработанные в диссертации рекомендации по созданию новых и модернизации существующих конструкций грузовых вагонов внедрены на следующих предприятиях: Проектно Конструкторское бюро Главного Управления вагонного хозяйства (ПКБ ЦВ МПС) - при переоборудовании вагонов для торфа, цистерн цементовозов, цистерн с заменой рамы, КПОВ - при создании полувагонов моделей 12-753 и 12-757, ПО ДВМ -при создании хопперов для перевозки угля и модернизации универсальных платформ и вагонов для перевозки окатышей, СПОВ - при создании хоппера для перевозки минеральных удобрений, Великолукском локомо-тиворемонтном вагоностроительном заводе (ВЛРВЗ) - при создании хопперов дозаторов с увеличенным объемом кузова и для работы в условиях метрополитена.

А25

1. Анализ теоретических проблем нормирования прочности вагонных конструкций, выявление путей совершенствования и методов их расчета и снижения металлоемкости. - Отчет о НИР, N ГР 01839963562, рк. работ Царапкин В.А., М. :ВНИИВ, 1985 г., 184 с.

2. Актуальные проблемы авиационной науки и техники. М.: Машиностроение, 1984 г., 278 с.

3. Афанасьев Е.В. оценка устойчивости элементов обшивки кузовов пассажирских вагонов с учетом начальной погиби. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., М.: 1988 г., 127 с.

4. Брук В.М., Петухов O.A. Методы многокритериальной оптимизации проектных решений. Л.:СЗПИ, 1990 г.-76 с.

5. Бурман З.И., Аксенов О.М., Лукашенко В.И., Тимофеев М.Т. Суперэлементный расчет подкрепленных оболочек. М.: Машиностроение, 1982 г., 256 с.

6. Бойчевкий О.Г., Пашарин С.И. повышение прочности и жесткости элементов кузова и рамы четырехосного универсального полувагона. Вестник ВНИИЖТ, N 7, 1978 г., с. 41-44.

7. Бороненко Ю.П., Кравченко Ю.П., Методика ускоренных испытаний на ресурс механической части тормозного оборудования железнодорожных цистерн. Сб. научн. тр. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1989 г., с. 29 -32.

8. Боооненко Ю.П. Битюцкий А.А. СооокинГ.Е. Тоетьяков A.B.-52G

9. Динамические расчеты конструкций вагонов с применением метода суперэлементов. Алгоритмы и программы. М.: Информац. бюл. ВНТИ Центр, 1986 г. N 5. с. 77. (Инв.N 50860000076).

10. Бороненко Ю.П., Битюцкий А.А., Третьяков A.B., Сорокин Г.Е. Программный комплекс СУПЕР-Д для решения задач динамики транспортных конструкций. Транспортное оборудование. Вагоностроение. М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, серия 5, вып. 1, 1988 г. с. 4-7.

11. Богомаз Г.И. и др. Способ определения эквивалентной нагру-женности 4-х осных цистерн по результатам ударных испытаний с водой. Сб. научн. тр. Брянск: БИТЫ, 1988 г., с. 58 64.

12. Биргер И.А., Пановко Я.Г. Прочность, устойчивость, колебания. В 3-х томах, Т-1, М.: Машиностроение, 1968 832 с.

13. Беляев Н.М. Сопротивление материалов, М.: Наука, 1965 г.

14. Битюцкий A.A. Анализ напряженного состояния и совершенствование конструкций соединений несущих элементов кузова полувагона диссертация на соискание ученой степени к.т.н., Л.:ЛИИЖТ - 1984 -154 с.

15. Битюцкий A.A., Петров О.Н. Применение метода суперэлементов для расчета сварных элементов кузовов полувагонов, сер. 5. Транспортное оборудование. М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1983 г. вып. 14, с. 11-13.

16. Битюцкий A.A. Совершенствование конструкции заделки промежуточной стойки боковой стенки полувагона. Ленинград, ин-т инж.ж.-д. трансп. Каф. Вагоны и вагонное хозяйство. Л.: 1983 г. 11 с. Деп.в ЦНИИТЭИ МПС - 10.10.83, N 2411 ж. д. - Д 83.

17. Битюцкий A.A., Петров О.Н., Павлов C.B. Применение метода суперэлементов к расчету конструкций вагонов. Динамика вагонов: Сб. научн. тр., Л.: ЛИИЖТ, 1984 г. с. 46-55.

18. Битюцкий A.A., Третьяков A.B. Эффективный метод построения суперэлементных расчетных схем. Конструирование и эксплуатация оборудования, сер. 5. Транспортное оборудование; М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1986 г. вып. 33, с. 5-7.

19. Битюцкий A.A., Татаринов B.C., Иорш Е.Т. Коррозийный износ точечных соединений при циклическом нагружении. Там же. с. 190-191.

20. Битюцкий А.А., Машкевич С.Ф. Совершенствование методов точностного оасчета вагонных констоукпий на основе поименения тео-32.Öрии нелинейного деформирования материала. Там же. с. 3-5.

21. Битюцкий A.A., Мясоедова Е.А., Третьяков A.B. Применение технических и программных средств машинной графики при оценке надежности конструкции вагонов. Там же с. 154-155.

22. Битюцкий A.A., Трубачев Ю.А. Исследование напряженного состояния кузова вагона-цистерны бункерного типа. Системы управления, надежность и прочность конструкций. Сб. научн. тр. М.: ВНИИва-гоностроения, 1988 г. с. 77-82.

23. Битюцкий А.А., Сарычев В.В., Забарова Г.В. Оптимизация и расчет геометрических характеристик вагонных профилей. Транспортное оборудование. Вагоностроение. М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, серия 5, вып. 4, 1988 г., с. 5-7.

24. Битюцкий А.А., Сарычев В.В., Забарова Г.В. Анализ точности расчетной оценки прочности вагонов-хопперов по обобщенной расчетной схеме. Исследование прочности и надежности вагонов. М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, серия 5, вып. 2, 1988 г. с. 5-7.

25. Битюцкий A.A., Машкевич С.Ф. Оценка прочности элементов конструкций с учетом пластичности материала. Ленинград. ин-т инж.ж.-д. трансп. Каф. Вагоны и вагонное хозяйство. Л.: 1989 г. 8 с. Деп. в ЦНИИТЭИ МПС 30.11.89 N 4767.

26. Битюцкий A.A. Машкевич С.Ф., Павлов C.B. Расчетная оценка вариантов конструкции пятников 8-осных цистерн. Ленинград, ин-т инж.ж.-д. трансп. Каф. Вагоны и вагонное хозяйство. Л.: 1989 г. -12 с. Деп.в ЦНИИТЭИ МПС 30.11.89 N 4769.

27. Битюцкий A.A., Карлин Г.А. Совершенствование узла установки вибратора вагона хоппера на основе исследования его динамической нагруженности. Там же. с.87-88.

28. Битюцкий А.А., Третьяков А.В. Соколов А.М. Метод исследования напряженно-деформированного состояния экипажа с резервуаром для перевозки жидких грузов. Серия 73.43.61; 81.09.81, вып. N 397-93 С.Петербургский ЦНТИ, 1993 г., 2с.

29. Битюцкий А.А., Сколотнева Н.Ю. Уточненная оценка прочности цельнокатанных колес подвижного состава. Там же с. .

30. Битюцкий A.A., Золотарев K.M., Третьяков A.B. Аппаратно -программный комплекс обработки результатов ходовых испытаний вагонов. Там же, с. .

31. Битюцкий A.A. Третьяков A.B. Чеюников С.Ю. Оценка пооч-шности и устойчивости котлов железнодорожных цистерн, находящихся в эксплуатации более 10 лет, с применением программного комплекса Космос/М. Там же, с .

32. Власов В.3. Общая теория оболочек и ее приложение в технике. М.:Гостехиздат, 1949 8 784 с.

33. Власов В. 3. Тонкостенные упругие стержни. М.: Физматиздат, 1959 г.

34. Вольмир A.C. Устойчивость упругих систем. М.: Фиматгиз, 1963 - 312 с.1. Ь У

35. Винокуров М.Б. Основные динамические характеристики вагонов. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, М.: МИИТ, 1945 г., 271 с.

36. Водянников Ю. Я. Оценка динамической нагруженности элементов вагонов цистерн при воздействии случайных колебаний со стороны рельсового пути на колесные пары. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М.: МИИТ, 1988 г., 122 с.

37. Г.Шпур, Ф.-Л.Краузе "Автоматизированное проектирование в машиностроении", М.:, Машиностроение, 1988.

38. Гольденвейзер А.Л. Теория упругих тонких оболочек. М.: Наука - 1976 - 512 с.

39. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы., М.: Мир, 1984 г., 428 с.

40. Гусев A.C., Светлицкий В.А. Расчет конструкций при случайных воздействиях. М.: Машиностроение, 1984, 240 с.

41. Гост 2.102-81 "Виды и комплектность конструкторских документов".

42. Гост 2.106-81 "Текстовые документы".

43. Гост 2.109-81 "Основные требования к чеотежам".

44. Гост 2.110-81 "Патентный формуляр".

45. Гост 2.119-73 "Эскизный проект".

46. Гост 2.119-73 "Технический проект".

47. Гост 15.001-73 "Разработка и постановка продукции на производство. Основные положения".

48. Дж.Фоли, А.Дэм "Основы интерактивной машинной графики", в 2-х томах, М.:, Мир, 1985 г.

49. Дмитриченко С.С., Хазанов Х.И., Филатов Э.Я., Давыдов А.П. Стендовые испытания сварных рам на усталость. Вестник машиностроения, 1973 г., N 2, с. 7 11.

50. Двухглавов В.А., Гейлер М.П. Опыт создания тележек с радиальной установкой колесных пар. Сб. научн. трудов., Днепропетровск: ДИИТ, 1983 г., с. 65 69.

51. Дж.Фоли, А.Дэм "Основы интерактивной машинной графики", в 2-х томах, М.:, Мир, 1985 г.

52. Зенкевич 0., Морган К. Конечные элементы и их аппроксимация. М.: Мир, 1986 - 318 с.

53. Зенкевич 0. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975 - 541 с.

54. Исследование сопротивления усталости литых пятников опоры котла восьмиосных цистерн. Отчет о НИР (заключительный) рук. работ Иорш Е.Т., М.:, ВНИИВ, 1987 г.

55. Исследование по применению в конструкциях грузовых специализированных вагонов для перевозки сыпучих грузов производства КРВЗ экономичных видов металлопродукции. Отчет о НИР (заключительный) рук. работ Бокач В.В., М.:, ВНИИВ, 1989 г.

56. Исследования по повышению надежности вагонов для минеральных удобрений: Отчет о НИР (заключительный) /ВНИИВ Рук. работ Кухто

57. А. С. -88.89.1.143/1 ШТ 01880015128; Инв. N 02890052292. Кременчуг, 1989. - 139 с.: ил.

58. Исследование напряженного состояния конструкции заделки шкворневой стойки кузова 4-х осного полувагона. Отчет о НИР (заключительный) , N ГР 01840040850, Рук. работ Битюцкий А.А., Л.: ЛИИЖТ, 1984 г., 99 с.

59. Исследование долговечности вагона модели 19-923 при продольном динамическом нагружении: Отчет о НИР (заключительный)/ ВНИИВ; Рук. работ Стеринзат Я.М. 89.89.1.201; N ГР 01890020051; Инв. N 02900008382. - Кременчуг, 1989 г. - 1989. - ИЗ с.: ил.

60. Кеглин Б. Г. Оптимизация межвагонных амортизационных устройств. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Л.: ЛИИЖТ, 1981 г., 267 с.

61. Камаев В. А. Оптимизация параметров ходовых частей, определяющих динамические качества железнодорожных экипажей. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Брянск: БИТМ, 1974 г., 327 с.

62. Котуранов В. Н. Методы исследования напряженно деформированного состояния котла железнодорожных цистерн. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, М.: МИИТ, 1973 г., 273 с.

63. Котуранов В.Н. Об определении напряженного состояния котла цистерны от опорного и гидростатического давления//Сб. научн. тр. -М.: МИИТ 1964 - Вып. 185. Вопоосы вагоностооения и вагонного хозяйства. с. 5-11.

64. Котуранов В.Н., Чугунов Г.Ф. Алгоритмы прочностных расчетов котлов цистерн, подкрепленных шпангоутами.// Сб. научн. тр. -М.: МИИТ 1971 - Вып. 368. Колебания и прочность большегрузных вагонов. - с. 102-107.

65. Котуранов В.Н., Пашарин С.И. Исследование напряжений в котлах железнодорожных цистерн с учетом ступенчатого изменения толщины их оболочек. //Сб. научн. тр., м.: МИИТ 1971 - Вып. 368. Колебания и прочность большегрузных вагонов. - с.128-142.

66. Кан С.Н. Строительная механика оболочек М.: Машиностроение, 1966 - 508 с.

67. Когаев В.П., Махутов H.A., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность. М.: Машиностроение, 1985, 223 с.

68. Киселев С.Н., Воронин H.H., Смирнов В.В., Круглов В.В. Прогнозирование ресурса сварных конструкций на основе теории распознавания образов. Техническая диагностика и неразрушающий контроль, 1991 г., N 3, с. 48 51.

69. Кельрих М.Б. Научные основы совершенствования экспериментальных исследований и отработка конструкций железнодорожных цистерн. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Днепропетровск: ДИИТ, 1992 г., 227 с.

70. Кшлов В. И. Пшближенные вычисления интегоалов. М.: Наука.1967 340 с.

71. КовельХ.А., Эйзенштейн Г.К. Автоматизированное построение сетки в двух и трех мерных составных областях. Расчет упругих конструкций с использованием ЭВМ. Т. 2. Л.:Судостроение, 1974. -с. 21 - 35.

72. Конюхов А. Д. Снижение надежности технических средств в результате коррозии.в В кн.: Методы защиты от коррозии подвижного состава и металлоконструкций железнодорожного транспорта: Сб. на-учн. тр. ВНИИЖТ-М.: Транспорт, 1988. С. 5-19.

73. Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ предсказание и предотвращение. М.: Мир, 1984 г., 624 с.

74. Лукин В. В. Влияние параметров вагонов на погонную нагрузку. Сб. научн. трудов, т. 100, Омск: ОМИИТ, 1970 г., с. 13 22.

75. Лукин В. В. Разработка методов оптимизации параметров и оценка эффективности использования грузовых вагонов габарита Т. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, М.: МИИТ, 1977 г., 303 с.

76. Лукин В. В. Выбор рациональных соотношений между длиной и базой цистерны. Исследования параметров и надежности узлов вагонов в эксплуатации. Сб. научн. трудов, т.148, Омск: ОмИИТ, 1973 г., с. 18 28.

77. Лукин В. В. Методика исследования габаритных возможностей в конструкциях большегрузных вагонов. Исследования параметров и надежности узлов вагонов в эксплуатации. Сб. научн. трудов, т.148, Омск: ОмИИТ, 1973 г., с. 3 17.

78. Лозбинев В. П. Методика параметрической оптимизации несущих элементов кузовов грузовых вагонов. Тула: Изд. тульского политехнического ин-та. 1978 г.с. 17 33.

79. Лозбинев В. П. Особенности построения расчетных схем кузовов вагонов при расчете МКЭ. В сб.: Повышение прочности узлов и и элементов вагонов., М.: ЦНИИТЭИ ТМ, 1982 г.,вып. 5, N 14, с. 12-14.

80. Лавров A.n., Дубровина О.Д. Влияние щелей и зазоров на коррозионную стойкость металла вагонных конструкций.- Вестник ВНИ-ИЖТ, 1974, N 4, с. 37-40.

81. Манашкин Л. А. Динамика вагонов, сцепов и поездов при ударах. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Днепропетровск: ДИИТ, 1979 г., 426 с.

82. Модернизация цистерн цементовозов в нефтебензиновые цистерны с верхним сливом. Отчет о НИР (заключительный). Рук. работ Бороненко Ю.П., СПб.: ПГУПС, 1994 г. 172 с.

83. М.Грувер, Э.Зиммерс "Сапр и автоматизация производства", М.:, Мир, 1987.

84. Малков В.П., Угодников А.Г. Оптимизация упругих систем. М.: Наука, 1981 г.

85. Николаев В.И., Брук В.М. Системотехника: методы и приложения. , Л.: 1985 г. 199 с.102. "Научные исследования в САПР" (аннотиюованный тематический указатель литературы), НПО "Центрпрограммсистем", Калинин, 1988 г.

86. Новожилов В.В. Теория тонких оболочек. М.: Судпромиз-дат, 1962 - 344 с.

87. НИР по повышению качества и надежности выпускаемых изделий КРВЗ. Отчет о НИР (заключительный) рук. работ Царапкин В.А., М.:, ВНИИВ, 1989 г.

88. Научные исследования и ОКР по повышению качества и надежности изделий, выпускаемых ДВЗ. Отчет о НИР (заключительный) рук. работ Сороколат А.А., М.:, ВНИИВ, 1989 г.

89. Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных) /ВНИИВ-ВНИИЖТ. 1983 г.

90. Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов думпкаров /ВНИИВ-ВНИИЖТ, 1985 г.

91. Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов метрополитена /ВНИИВ-ВНИИЖТ, 1989 г.112. "Нормы времени на конструкторские работы (3-я переработанная и дополненная редакция)" НИИПТМАШ, Краматорск, 1985 г.

92. ИЗ. Николаев В.И., Брук В.М. Системотехника: методы и приложения. , JI.: 1985 г. 199 с.

93. Научные исследования в САПР, (аннотированный тематический указатель литературы), НПО "Центрпрограммсистем", Калинин, 1988 г.

94. Оценка напряженного состояния узла соединения хребтовой и шкворневой балок рамы вагона для минудобрений мод. 19-923: Отчет о НИР (заключительный) /ВНИИВ; Рук.работ Битюцкий A.A. 89.91.1.143/9, N ГР 01900017394; Инв. N Кременчуг, 1992 г. - 119 с.: ил.

95. Постнов В.А., Дмитриев С.А., Елтышев Б.К., Родионов A.A. Метод суперэлементов в расчетах инженерных сооружений. Л.: Судостроение, 1979 г., 288 с.

96. Проведение испытаний и разработка методики определения срока службы цистерн после модернизации с заменой базовых элементов. Отчет о НИР (заключительный). Рук. работ Бороненко Ю. П., СПб.: ПГУПС, 1994 г. 151 с.

97. Плоткин B.C., Дружинин С.С., Ченцов Е.И. Исследование усталостной прочности заделок стоек 4-х осных цельнометаллических полувагонов. Тр. Всес. научн. исслед. ин.-та вагоностроения, вып. 35, 1978 г., с. 21 26.

98. Петиков C.B. Основы инженерных расчетов усталости судовых конструкций. Л.: Судостроение, 1990 г., 260 с.

99. Прохоров Ю.В., Розанов Ю.А. Теория вероятностей. Основные понятия. Предельные теоремы. Случайные процессы, м. : Наука, 1987 г., 397 с.

100. Полувагон с уширенным дверным проемом мод. 12-757. Расчет прочности 12-757 00.000 PP. Разработчик Битюцкий A.A., Кременчуг: филиал ВНИИВ, 1988 г., 64 с.

101. РД 24.050.37-90 "Вагоны грузовые и пассажирские. Методы испытаний на прочность и ходовые качества." ВНИИВ ВНИИЖТ, 1990 г., 37 с.

102. Радзиховский A.A. Бл очно-модульный принцип конструирования грузовых специализированных вагонов. Вестник ВНИИЖТ, 1986, N 5. С. 41-43.

103. Радзиховский A.A. "Теория и методы проектирования грузовых специализированных вагонов". Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, Л. : ЛИИЖТ, 1985 г., 227 с.

104. Радзиховский A.A., Битюцкий A.A. Систематизация прочностных расчетов кузовов вагонов хопперов. Конструирование и эксплуатация обооудования. сео. 5. Тоанспоотное обоюудование: М. : ПНИИТЭИ

105. ТЯЖМАШ, 1986 г. вып. 3, с. 6-10.

106. Радзиховский A.A., Битюцкий A.A., Карлин Г.А. Опыт создания САПР грузовых специализированных вагонов типа хоппер. Перспективы развития вагоностроения. Тез. докл. Всесоюзн. научно-техническая конференция (Москва,ноябрь 1988) М.:ВНИИВ с.13-15.

107. Радзиховский A.A., Битюцкий A.A., Карлин Г.А. О создании САПР-K грузовых специализированных вагонов типа хоппер. Развитие грузового подвижного состава железных дорог: Сб. научн. тр. ВНИИ вагоностроения, М.:, 1989, с. 89-92.

108. Разработать структуру технического и программного обеспечения 1 очереди САПР-К на ДВЗ. Отчет о НИР (заключительный) рук. работ Битюцкий А.А., М.:, ВНИИВ, 1987 г.

109. Разработка методики представления вагона метро при автоматизированном проектировании в рамках 1 очереди САПР К MB. Отчет о НИР (заключительный) рук. работ Битюцкий A.A., М.:, ВНИИВ, 1989 г.

110. Разработка и внедрение подсистем структурной компоновки и ноомативной оценки ходовых качеств вагонов хоппеоов. Ввод в действие 1 очереди САПР-K на ДВЗ. Отчет о НИР (заключительный) рук. работ Битюцкий A.A., М.:, ВНИИВ, 1989 г.

111. Разработка и внедрение подсистем нормативных расчетов прочности САПР-K грузовых специализированных вагонов производства СТВЗ. Отчет о НИР (заключительный) рук. работ Битюцкий A.A., М.:, ВНИИВ, 1990г.

112. Разработка и внедрение подсистем САПР-K грузовых вагонов производства Кременчугского ПО вагоностроения. Отчет о НИР (заключительный) рук. работ Битюцкий A.A., М.:, ВНИИВ, 1990г.

113. Розэнфельд И.Л. Коррозия и защита металлов. М.: Металлургия, 1970, с. 203-231.

114. Расчет прочности кузова вагона для минеральных удобрений модели 19-923 от действия основных эксплуатационных нагрузок. ВНИИВ; Рук. работ Битюцкий A.A. Кременчуг, 1987 г. - 24 с.; ил.

115. Расчетная оценка динамических напряжений в конструкции вагона для минеральных удобрений при продольных динамических нагрузках. Отчет о НИР (заключительный), рук. работ Битюцкий A.A., Л.: ВИСТА, 1991 г., 145 с.

116. Разработка и исследование напряженно-деформированного состояния объемной модели вагона с рамой их сварных двутавров. Отчет о НИР (заключительный), рук. работ Битюцкий A.A., С.Пб.: МГП ТРАНСПОРТ, 1991 г., 78 с.

117. Савоськин А.Н. Об учете влияния характеристик экипажа и пути на возмущение, вызывающее вертикальные колебания рельсовых экипажей. Сб. научн. трудов., М.: МИИТ, вып. 329, 1970 г., с. 14 -32.

118. Смольянинов А. В. Нагруженность и методы защиты при аварийных ситуациях котлов цистерн для опасных грузов. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, М.: МИИТ, 1991 г., 330 с.

119. Стренг Г., Фикс. Дж. Теория метода конечных элементов. -М. : Мир, 1977 350 с.

120. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов, М.:Мир, 1979 г.

121. Сен Венан. Мемуар о кручении призм. Мемуар об изгибе призм. М.: Физматиздат, 1961 г.

122. Системы автоматизированного проектирования в машиностроении (аннотированный тематический указатель литературы), НПО "Цент-рпрограммсистем", Калинин, 1987 г.

123. Стреляев B.C., Никонов В.В., Уриновский Б.Д. Методические основы обеспечения работоспособности конструкций с допустимыми усталостными повоеждениями. М.: Машиностооение. 1986 г. 56 с.

124. Свешников Jl. А. Совершенствование конструкций кузовов вагонов метрополитена на основе анализа статической и динамической нагруженности. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., С.Пб.: 1992 г., 111 с.

125. A.A. М. : 1988. -112 с., ил.

126. Создать I очередь САПР-K ГСВ типа хоппер, Отчет о НИР (заключительный) 85.88.2.014., рук. работ Битюцкий А.А.; Цукерман

127. B. Д., М.:, ВНИИВ, 1988 г.

128. Система расчета методом конечных элементов "ИСПА". Инструкция по экплуатации системы. М.: 1988 г. 90 с.: ил.

129. Стулишайко И. Г. Усталостные испытания узлов крепления стоек кузова полувагона. Транспортное оборудование, сер. 5, вып. 18, М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1982 г., с. 18 19.

130. Соколов М.М., Битюцкий А. А. Проектирование конструкций соединений несущих элементов кузовов полувагонов с применением метода суперэлементов. Межвузов, сб. науч. тр. Хабаровск: ХабИИЖТ, 1984 г. Вып. 51. с. 27-34.

131. Соколов М.М., Битюцкий A.A. Исследование напряженного состояния узла заделки стоек кузова полувагона. Сб. научн. td. . М.:

132. ВНИИвагоностроения. 1983 г. Вып. 50. с. 41-50.

133. Соколов М.М., Бороненко Ю. П., Битюцкий А.А., Третьяков A.B., Сорокин Г.Е. Расчет соединений элементов вагонов на ЭВМ. Учебное пособие Ленингр. институт инженеров ж.-д. тр-та, Л.: 1986 г. 57 с.

134. ТПМ 001-90 Вагоны грузовые. Ресурсные испытания в режиме многократных соударений. Типовая методика и программа. ВНИИВ ДИ-ИТ, 1990 Г., 21 с.

135. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки М.: Физматиздат, 1963 - 635 с.

136. Тимошенко С. П., Дж.Гудьер. Теория упругости, М.-.Наука, 1975 г, с.

137. Татаринов B.C., Терещенко В.И., Иорш Е.Т., Ольгард Л.Ш. Сопротивление усталости нахлесточных соединений. Автоматическая сварка. 1986 г., N 7, с. 46 48.

138. Татаринов B.C., Юрченко И.А. Коррозионный износ металла точечных нахлесточных соединений в железнодорожных грузовых вагонах. Сварочное производство. 1983, N И, с. 27-28.

139. Универсальный полувагон мод. 12-753. Расчет прочности 12-757 00.000 PP. Разработчик Битюцкий A.A., Кременчуг: филиал ВНИИВ, 1986 г., 64 с.

140. Хусидов В.Л. и дб. Колебания механической системы с neDeменными упругими и инерционными параметрами. Сб. научн. трудов., М.: МИИТ, вып. 368, 1971 г., с. 17 29.

141. Хедли Д. Нелинейное и динамическое программирование. -М. : Мир, 1967 г. 507 с.

142. Хусидов В.Д., Филиппов В.Н., Козлов И.В., Смольянинов A.B. Методика исследования динамических качеств четырехосных вагонов с гасителями колебаний различной мощности. Межвузовский сб. научн. трудов., М.: МИИТ, 1980 г., вып. 677, с. 70-77.

143. Цыбенко A.C., Ващенко Н.Г. Автоматизированная система обслуживания конечно-элементных расчетов, К. :Вища школа, 1986 г.

144. Цытович H.A. Механика грунтов. М.: Высшая школа, 1983, 228 с.

145. Чернова Т.Г. Оценка фреттинг усталостных повреждений опорных зон оболочек котлов цистерн. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М.: МИИТ, 1994 г., 114 с.

146. Шадур Л. А. Методика проектирования грузовых вагонов. Железные дороги мира. N 12, М.: Транспорт, 1977 г., с. 11 24.

147. Шалую Л.А. Голубева Р.В. О пелесообюазных осевых нагюуз-34Gках грузовых вагонов. Межвузовский сб. научн. трудов, М.: МИИТ, вып. 728, 1983 г., с. 96 103.

148. Шапошников H.H. Краткое описание овтоматизированной системы расчета пространственных конструкций по методу конечных элементов. Сб. научн. трудов., М.: МИИТ, вып. 677, 1980 г., с. 158 -163.

149. Шапошников H.H. и др. Инструкция к программе расчета комбинированных систем методом конечного элемента. (СПРИНТ), М.: ЦНИ-Ипроект, 1982 г., 140 с.

150. Caverdish D.X. Automatic triangulation of arbitrary domain for finite element method. Int. J. Numer. Meth. Eng. - 1974.-Vol.8. - p.679 - 696.

151. Cuthill E., Mc. Kee T. Reducing the Bandwidth jf cpace Symmetric Matrices. ACM, Nat.Conf.- San.Francisco, 1969.-p.157-172.

152. E.Paller, E.Dreisel. Betrashtungen zum Einsatz rosttragen Stahle fur Bahn Von Schienenfahrzeugen. "Deutsche Eisenbahn Technik", 1968, N 1, S. 13-16.;

153. Suhara J., Zukuda F. Automatic mesh generation for finite element analysis. Advances in Computational Methods in Structural Mechanics and design. - 1972, - p. 520.

154. Wempner G., Oden J.Т., Kross D. Finite-Element Analysis of Thin Shells. Proc. ASCE, J. Eng. Mech. Div., 1968, 94, No. EM6. D. 1273-1294.