автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Разработка расчетных моделей и методов оценки работоспособности цистерн несущей конструкции

На правах $ сописи

0034Вьаио

МЯСНИЦКИЙ Роман Николаевич

РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНЫХ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЦИСТЕРН НЕСУЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ

(05.05.04 - Дорожные, строительные и подъемно-транспортные

машины)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 0ДПР2С:Э

МОСКВА 2009

003468305

Работа выполнена на кафедре «Детали машин и теория механизмов» Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета).

Научный Гриб Владимир Васильевич,

руководитель доктор технических наук, профессор

Официальные Демьянушко Ирина Вадимовна

оппоненты: доктор технических наук, профессор

Густов Юрий Иванович

доктор технических наук, профессор

Ведущая ЗАО «ВНИИстройдормаш»

организация:

Защита состоится «21» мая 2009 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д.212.126.02 ВАК РФ при Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125319, г. Москва, А-319, Ленинградский проспект, 64 ауд. 42.

Телефон для справок (499) 155-93-24

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ (ГТУ).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета. Копию отзыва просим прислать на е-таП uchsovet@madi.ru.

Автореферат разослан «20» апреля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор/^ / Н.В. Борисюк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Выход России на мировые рынки, напрямую связанный с жесткой конкуренцией, требует совершенствования научных основ проектирования современных специализированных машин, с целью создания новых и совершенствования существующих конструкций. Жизнедеятельность дорожно-транспортного комплекса обеспечивается своевременной доставкой продукции нефтехимического и газового сектора. Для сокращения сроков поставки и увеличения объемов перевозимого груза необходимо создание новых более емких автоцистерн несущей конструкции с применением легких сплавов. В связи с этим развитие методов расчетного моделирования конструкций цистерн для оценки прочности и прогнозирования их поведения, как на стадии проектирования, так и в условиях эксплуатации с целью обеспечения безопасной работы является актуальным.

Внедрение в практику проектирования новых, мощных вычислительных средств и конечно-элементных комплексов позволяет создавать адекватные расчетные модели, достаточно полно описывающие конструкцию цистерны и учитывающие все действующие на нее нагрузки, свойства материала, влияние эксплуатационных повреждений, и в кратчайшие сроки проводить численный эксперимент, заменяющий во многом длительную, дорогостоящую экспериментальную доводку. Разработка таких моделей и методов анализа работоспособности автоцистерн актуальна и в связи с тем, что при необходимости скорейшего выхода на рынок новые конструкции внедряются практически без экспериментальных и доводочных работ, «с листа».

Цель работы. Целью диссертации является обеспечение работоспособности и безопасной эксплуатации автомобильных транспортно-заправочных средств путем совершенствования методов их расчета и анализа напряженно-деформированного состояния при разных эксплуатационных нагрузках, разработки рекомендаций по совершенствованию конструкций, применению новых конструкционных материалов и оценки прочности корпусов цистерн при наличии повреждений.

В соответствии с указанной целью в диссертации были поставлены и решены следующие основные задачи.

1. Провести анализ состояния парка цистерн, их типовых конструкций, применяемых материалов, нагруженности корпусов, выявить основные виды повреждений.

2. Уточнить и дополнить существующие расчетные схемы корпусов цистерн и выбрать систему параметров, отражающих особенности работы цистерны несущей конструкции.

3. Разработать расчетные модели на базе современных конечно элементных комплексов, учитывающие особенности цистерны несущей конструкции.

4. Провести оценку прочности корпуса цистерны несущей конструкции при разных видах нагружения с целью разработки рекомендаций по рациональному проектированию новых конструкций.

5. Исследовать работоспособность корпуса цистерны несущей конструкции с учетом основных эксплуатационных повреждений (вмятин) с целью разработки мероприятий по их контролю и диагностированию.

6. С помощью разработанных расчетных моделей провести анализ прочности корпуса цистерны несущей конструкции из алюминиево-магниевого сплава с целью разработки рекомендаций по обеспечению работоспособности конструкции.

Научная новизна работы

1. Уточнена и дополнена система расчетных нагрузок действующих на корпус полуприцепа-цистерны несущей конструкции, путем замены коэффициента перегрузки на переднее днище при режиме экстренного торможения с п=2 на n=a/g и введения дополнительных (проверочных) расчетных режимов нагружения таких как кручение и изгиб.

2. На базе конечно-элементных комплексов разработаны новые расчетные модели цистерн несущей конструкции с применением конечных элементов высокого порядка shell 93, более точно описывающих напряженно-деформированного состояния корпуса цистерны при эксплуатационных нагрузках.

3. С помощью новых расчетных моделей обосновано применение легких сплавов для производства цистерн несущей

конструкции. Результаты численного анализа показали, что при рациональном конструировании цистерн из алюминиево-магниевого сплава их прочностные показатели удовлетворяют нормативным требованиям при эксплуатационных нагрузках с коэффициентом запаса прочности пт=2.2.

4. Исследовано влияние повреждений (вмятин) на работоспособность корпуса автомобильной цистерны в эксплуатации и предложена методика, позволяющая оценить способность металла работать в упруго-пластической области с учетом образовавшейся пластической деформации.

Достоверность полученных результатов подтверждается сравнением результатов численных исследований с результатами экспериментальных исследований, напряженно-деформированного состояния корпуса цистерны несущей конструкции завода ЦемМаш и положительной экспертной оценкой результатов расчета исследуемых цистерн специалистами ЗАО «БЕЦЕМА».

Практическая ценность

1. Предложена методика оценки прочности цистерн несущей конструкции, позволяющая в короткие сроки оценивать работоспособность новых конструкций на стадии проектирования.

2. Даны рекомендации по конструктивным изменениям цистерны несущей конструкции БЦМ 42.1, в соответствии с которыми рекомендовано использовать при производстве данного типа цистерн толщину стенки обечайки 4 мм, днища 5 мм.

3. Даны рекомендации по конструктивным изменениям цистерн несущей конструкции из алюминиево-магниевого сплава БЦМ 110.1, в соответствии с которыми рекомендовано увеличить радиус закругления в области стыка днища и обечайки с 60 до 100 мм и использовать при изготовлении толщину листа обечайки 5 мм, днища -6 мм.

4. Даны рекомендации по изменению ГОСТ Р 50913-96 в части эксплуатационных нагрузок при оценке работоспособности цистерны несущей конструкции. Предложено заменить коэффициент перегрузки на переднее днище при режиме экстренного торможения с п=2 на п=а/д, что позволит получить более точное представление о

напряженно-деформированном состоянии в области днища в момент экстренного торможения.

Реализация результатов работы. Основные результаты исследований и рекомендации использованы в ЗАО «БЕЦЕМА», 751-м ремонтном заводе (г. Ростов, Ярославская область) и 25-м Гос. НИИ (г. Москва).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на семинаре Научно технического центра автоматизированного расчета и проектирования в машиностроении, на 59-й, 60-й, 61-й, 62-й научно-методических конференциях МАДИ (ГТУ), на июньской выставке научных достижений МАДИ (ГТУ) в 2004 году, на Всероссийской научно-практической конференции «Российский автопром: теоретические и прикладные проблемы машиноведения» в ИМАШ РАН, 2007 год, на Научно-методической конференции МАДИ (ГТУ) в 2008 году. Диссертационная работа заслушана и одобрена на расширенном заседании кафедры «Детали машин и теория механизмов» с привлечением специалистов кафедр «Строительная механика», «Производство и ремонт автомобилей и дорожных машин» и «Дорожно-строительные машины» МАДИ (ГТУ).

На защиту выносятся:

1) методика оценки работоспособности цистерны несущей конструкции при эксплуатационных нагрузках с помощью расчетных моделей МКЭ на этапах проектирования;

2) методика диагностирования повреждений типа вмятин, образовавшихся в процессе эксплуатации;

3) влияние конструкционных и эксплуатационных факторов на работоспособность цистерн несущей конструкции и рекомендации по совершенствованию цистерн такого типа.

Публикации. По материалам диссертации написано семь статей, из них 2 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, приложения и списка литературы из 146 наименований. Работа изложена на 172 страницах, включая 91 рисунок и 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, даны характеристики состояния проблемы, сформулированы цель и задачи работы, научная новизна и практическая значимость.

В главе 1 представлен аналитический обзор отечественных и зарубежных источников, посвященных вопросам конструктивных и эксплуатационных особенностей автоцистерн. Анализируя состав парка автомобильных средств для транспортирования и заправки нефтепродуктов в России по результатам наблюдений в городах Москва, Красногорск {Московская обл.), Ростов (Ярославская обл.), Новомосковск (Тульская обл.) за 2004-2007 год, можно сделать вывод, что основную часть парка составляют автомобипи-цистерны. Прицепы-цистерны (ПЦ) и полуприцепы (ППЦ) составляют меньший, но существенный процент от всего парка. Из рис. 1 видно, что ППЦ -наиболее перспективный тип автоцистерн в России и за рубежом. Их разовая вместимость (до 40 000 л) позволяет снизить загруженность

В последнее время для транспортировки нефтепродуктов все чаще стали использовать

крупнотоннажные алюминиевые ППЦ,

обеспечивающие высокую экономичность перевозок.

Многотоннажные ППЦ, как правило, имеют корпуса несущей

конструкции, которые в эксплуатации воспринимают широкий спектр нагрузок: конструкционные, монтажные, эксплуатационные, ремонтные, аварийные. В работе внимание уделено систематизации и дополнению расчетных режимов нагружения в части эксплуатационных нагрузок для перспективного типа автоцистерн несущей конструкции.

дорог и сократить сроки доставки.

О автомобипи-цистерны Я прицепы-цистерны □ полуприцепы-цистерны_

1998 2000 2002 2004 2006

Рис. 1. Распределение объема выпуска автомобильных средств заправки по годам еыпусха (100%-весь парк специализированных автотранспортных средств)

В эксплуатации, корпуса цистерн несущей конструкции подвержены повреждениям различного рода. В связи с этим, проведен анализ причин потери работоспособности корпусов автоцистерн, рассмотрены основные типы дефектов и повреждений, которые существенно снижают прочность, приводят к течи корпуса и запорной арматуры. Наличие таких дефектов, появившихся в процессе эксплуатации, влечет за собой существенные потери перевозимого груза, приводит к финансовым издержкам, загрязнению окружающей среды и снижению безопасности перевозок. Рассмотренные дефекты, такие как усталостные разрушения, течь топлива ло люкам и фланцам, коррозионный износ и др., достаточно исследованы, в то же время повреждения типа вмятин и изменение геометрии элементов конструкции, которые часто встречаются в эксплуатации (более 40%), рис. 2, недостаточно изучены На практике часто встает вопрос о возможности дальнейшей эксплуатации цистерн с такими повреждениями.

□ Вмятины на корпусе П Вмят инь? на днище

□ Усталостные разрушения □Деформация волнорезов ■Течь топлива по люкам и фланцам В Коррозионный износ ■ Мелкие дефекты сливной арматуры

Рис. 2. Сооткоиение дефектов по типам (рекламации 751 рем. завода за год)

Рассмотрены имеющиеся в литературе данные по вопросам эксплуатации, контроля технического состояния и ремонта автомобильных цистерн. Значительный вклад в области технической эксплуатации и обеспечения работоспособности подвижного состава автомобильной техники внесли такие ученые, как Афанасьев Л.П., Бурков М.Е., Безверхий C.B., Коваленко В.Г., Кузнецов Е.С., Мирошникоа Л.В., Рыбаков К.В., Сыроедов H. Е., Фаробин Я.Е., Якобашвили A.M., Яценко В.В., Mockel S., Pertzsch R. и др. Расчетам сложных тонкостенных металлоконструкций и машин, к которым относятся и корпуса автоцистерн, при различных видах нагружения посвящены классические работы Власова В.З., Ржаницына А.Р., Тимошенко С. П., Болотина В.В , Бидермана В.Л., Демьянушко И.В. и других авторов. Вопросам технической диагностики сложных

механических систем посвящены работы Клюева В.В., Алешина Н.П., Зорина В.А., Гриба В В. и др.

В настоящее время в России действует разработанная еще до 1990 г. система технического обслуживания и ремонта подвижного состава автомобильного транспорта, которая является результатом теоретических и экспериментальных исследований, выполненных специалистами ОАО «НИИАТ», ФГУП «НАМИ», МАДИ (ГТУ), МВТУ им. Баумана, ГОУ МГИУ, «ВНИИСТРОЙДОРМАШ» и других организаций. Требования по соблюдению прочности корпуса автоцистерны, указанные в ГОСТ Р 50913-96, направлены на проектирование автоцистерны и основаны на рекомендациях европейского соглашения о перевозке опасных грузов ДОПОГ. Данные рекомендации не отражают специфику современных большегрузных цистерн и описывают лишь общие предельные границы их расчета на прочность. Однако сложность конструкции, технологические и эксплуатационные повреждения современных автоцистерн заставляют искать подходы к оценке прочностных характеристик их корпуса с учетом большего количества влияющих факторов, чем это позвопяют существующие методы. В связи с этим одной из задач данной работы является исследование работоспособности современных цистерн несущей конструкции в части прочности, не останавливаясь на сопутствующих проектировочному расчету вопросах устойчивости оболочки и устойчивости цистерны к опрокидыванию, которые достаточно полно изложены в работах указанных авторов.

В главе 2 обоснован выбор метода расчета и программного комплекса ANSIS для решения поставленных задач. Изложена методика оценки работоспособности цистерн несущей конструкции.

Метод конечных элементов (МКЭ) является универсальным численным методом для решения различных задач механики. Моделируемый объект, представляющий собой твердое тело, аппроксимируется совокупностью конечных элементов. Поведение каждого из них описывается соотношениями, связывающими величины внешней нагрузки с перемещениями точек элемента. В работе при создании конечно-элементных моделей были использованы конечные элементы (КЭ) shell - это двумерные четырехугольные поверхностные (плоские) элементы. Из большого

многообразия данного типа элементов, для прочностного расчета корпуса автомобильной цистерны был выбран оболочечный изопараметрический конечный элемент с шестью степенями свободы в узле и параболической интерполяцией по перемещениям типа shell 93, который позволяет достаточно полно описать мембранную и изгибную составляющие деформации оболочки.

При формулировке соотношений конечных элементов, которые применялись в расчетах, использован вариационный подход, основанный на принципе минимума потенциальной энергии.

5П = 5(V + W) = 0. (1)

где V - потенциальная энергия деформации пластины, W - потенциал внешних сил.

Предложенная методика оценки работоспособности корпуса цистерны состоит из следующих этапов: 1) создание КЭ модели на основании конструкторской документации {создание КЭ моделей отдельных зон, при необходимости детального анализа); 2) задание нагрузок: а) учет режимов нагружения (основные, проверочные), б) учет коэффициентов динамичности; 3) задание граничных условий; 4) расчет; 5) анализ полученных результатов.

Для проведения исследований была выбрана полуприцеп-цистерна несущей конструкции БЦМ 42.1 фирмы ЗАО «БЕЦЕМА». Данная конструкция за счет переменного сечения и большого спектра воспринимаемых нагрузок представляет особый интерес, к тому же у завода-изготовителя есть предпосылки снизить её металлоемкость. При построении модели корпуса использовались размеры в соответствии с конструкторской документацией (рис. 3). Номинальная вместимость цистерны 33 ООО п; толщина стенки обечайки - 4 мм, днища - 5 мм; масса груженой цистерны - 38 ООО кг; материал обечайки - сталь 09Г2С: а*=456 МПа; от=268 МПа; [стт]=178.5 МПа.

опоры опорной тележки

»_?.

Рис. 3. Конечно-элементная модель полуприцепа - цистерны БЦМ 42,1 несущей конструкции на опорах

Динамические нагрузки, возникающие при взаимодействии цистерны, через подвеску опорной тележки, с дорогой в расчетах учитывалась в соответствии с рекомендациями ГОСТ Р 50913-96, где цистерна и средства ее крепления на шасси АТС при номинальной загрузке нефтепродуктом должны выдерживать нагрузки, равные:

• удвоенной массе цистерны и нефтепродукта - в направлении движения и в вертикальном направлении сверху вниз;

• одной массе цистерны и нефтепродукта - в направлении, перпендикулярном направлению движения и в вертикальном направлении снизу вверх.

Коэффициенты динамичности, указанные в ГОСТе уточнены. Выбраны основные режимы нагружения, описывающие поведение цистерны несущей конструкции в эксплуатации (рис. 4, 5):

• одновременное действие внутреннего давления и нагрузок от силы тяжести цистерны с топливом и с учетом вертикальной перегрузки пу;

P=PBH+nypgh, (2)

где Рвн - внутреннее давление предохранительного клапана, пу=2 - коэффициент вертикальной перегрузки согласно ГОСТ Р 50913 - 96, р - плотность нефтепродукта, h - высота, соответствующая уровню заполнения цистерны;

• одновременное действие внутреннего давления и нагрузок от силы тяжести цистерны с топливом, с учетом горизонтальной перегрузки пх, возникающих при торможении цистерны, коэффициент сцепления колес с грунтом ф = 0.8.

P=PBH+pgh+Pfl, (3)

где Pfl=T/S - динамическая нагрузка на днище, где S - площадь днища, h - длина первого отсека, Т = MTgnx - нагрузка на днище при гидроударе, Мт - масса перевозимого топлива в отсеке, nx = a/g -предложенный коэффициент осевой перегрузки при торможении, который позволит получить более точное представление о НДС в области днища в момент экстренного торможения, чем коэффициент динамичности п=2, рекомендованный ГОСТ.

_____^___________г_ ^ _ .— п, _ __

- Ч V- -Ry ^

iiLW::1'-'1- у.у' ' '" " ...............

mg • mg

Рис. 4. Схема нагружения цистерны Рис. 5. Схема нагружения цистерны несущей конструкции при равномерном несущей конструкции при экстренном

движении торможении

- -у-Хх .-у- : 'дк;;!-- ",'Ry •M.-R*? +

Удвоенная сила тяжести самой цистерны задается как перегрузка, действующая на каждый элемент с ускорением 2д (опция А^УБ).

Предложены проверочные режимы нагружения (рис 6, 7):

• одновременное действие внутреннего давления и нагрузок от силы тяжести цистерны с топливом и с учетом действия крутящих нагрузок;

• одновременное действие внутреннего давления и нагрузок от силы тяжести цистерны с топливом и с учетом действия изгибающих нагрузок.

л

/ 'иг I1! I Рм^Р'-ст \ '

I С :1 .....

:Ь

Рис. 7. Схема нагружения цистерны несущей конструкции при действии дополнительных изгибающих нагрузок

Рис. 6. Схема нагружения цистерны несущей конструкции при действии дополнительных крутящих нагрузок

Точность расчета по предложенной методике зависит от корректности созданной КЭ модели, адекватности выбранных нагрузок, граничных условий и проверялась путем сравнения результатов расчета с экспериментальными данными исследований, проведенных ранее в МАДИ (ГТУ) на кафедре «Детали машин и теория механизмов».

Экспериментальные исследования прочности корпуса проводились для автомобильной цистерны несущей конструкции АРУП - 8. Испытания, результаты которых использованы при сравнении, проводились на гладком асфальтовом покрытии и при движении по синусоидальной неровности. Контроль напряжений производился с помощью тензометрических датчиков, наклеенных в соответствии со схемой (рис. 8). Результаты экспериментальных и численных исследований корпуса цистерны АРУП-8 при равномерном движении по гладкому асфальту представлены на графике (рис. 9).

л

С 20

2 15

§ 10

1 5 § О

-Экспери

Рис. 8. Схема расположения тензодатчиков по корпусу автоцистерны АРУП - 8

<5?

область контроля

Рис. 9. Сравнение эквивалентных напряжений в области тензодатчиков Д1-Д10

Разница между результатами численного расчета и эксперимента составляют 10 -13% и является удовлетворительной при оценке точности расчета по программному комплексу АЫЗУЭ.

Глава 3 посвящена исследованию влияния эксплуатационных режимов нагружения на прочность корпуса цистерны несущей конструкции БЦМ 42.1.

При одновременном действии внутреннего давления и нагрузок от силы тяжести цистерны с топливом и с учетом вертикальной перегрузки пу-2 (см. рис. 4) суммарное давление в корпусе цистерны БЦМ 42.1 составит р^м= пурдЬ + ран = 49.5x103 Па. При наличии рессоры в опорах и граничных условий, которые задавались в соответствии с таблицей 1, в корпусе цистерны выявлена следующая картина напряженного состояния: в области перехода диаметров напряжения достигают оэш=40 МПа и сосредоточены преимущественно в местах сопряжения (рис. 10, 11). Из опор, наиболее нагруженной является первая опора (стЭ1В=15 МПа), напряжения в области остальных опор не превышают аэкв-10 МПа.

4619 .941Е+ОТ .ИЙЕН5В .282Е+08 .376Е+08

.471Е+СП . 1Й1Е+О0 .235Е-Ю8 .329Е+03 .«23Е+08

Рис. 10. Распределение эквивалентных напряжений в корпусе цистерны БЦМ 42.1 при равномерном движении. Па

Таблица 1

Степень свободы в опоре (Ох - ось цистерны) Опорная плита Опор, тел., ось 1 Опор, тел., ось 2 Опор, тел., ось 3

х,у,2 (перемещение) +

Ф*, Ф/ (угол поворота)

При данном режиме нагружения расчетные напряжения соответствуют нормативным требованиям с коэффициентом запаса

ПРОЧНОСТИ Пт-6.7.

В соответствии с описанной во второй главе схемой нагружения (см. рис. 5), при торможении корпус цистерны должен выдерживать

нагрузку равную Р=Рвн+рдЬ+Рд=67.94х103Па=0.07 МПа. При задании граничных условий во всех опорах исключены перемещения и повороты вокруг осей. При данных условиях закрепления эквивалентные напряжения в корпусе цистерны БЦМ-42.1 (рис. 11) в области опор опорной тележки составляют аэкв = 25...30 МПа. В области опор опорной плиты напряжения достигают оЭКв=70 МПа и распределены по линиям перпендикулярным оси цистерны. В областях сопряжения переднего днища с обечайкой напряжения составляют аэкв = 60 МПа. При условии, что для материала корпуса (сталь 09Г2С) цистерны [от]=178.5 МПа, наибольшее расчетное напряжение соответствует нормативным требованиям с коэффициентом запаса прочности пт=3.8.

При действии крутящего момента на корпус цистерны БЦМ 42.1 (см. рис. 6), нагрузка включает три компонента: весовое давлением груза (и элементов конструкции), рабочее предохранительного клапана и дополнительные крутящие нагрузки, возникающие при перераспределении массы груженой цистерны вследствие потери сцепления с дорогой колеса или ряда колес. В результате попадания левого ряда колес опорной тележки в яму они теряют сцепление с дорогой и цистерна заваливается на бок. Суммарное давление в нижней части корпуса составит рсум=34.8х103 Па. Крутящие нагрузки задавались с помощью граничных условий в соответствии с табл. 2.

Таблица 2

Степень свободы в опоре (Ох -ось цистерны) Опорная плита Опор, тел., ось 1 Опор, тел., ось 2 Опор, тел., ось 3

\,у,х (перемещение) нет/ -,-,- нет/ -,-,- нет/ -,-,-

<р„, Ф-„ фг (угол поворота) нет/ + ,-,- нет/ +,-,- нет/ +,-,-

длина корпуса цистерны, м

Рис. 11. Распределение эквивалентных напряжений в корпусе цистерны БЦМ 42.1 при разных режимах нагружения, Па

При действии крутящего момента, напряжения в корпусе цистерны достигают максимальных значений в средней части корпуса и составляют аэкв = "120 МПа (рис. 11). В данном случае рассмотрена критическая ситуация, при которой возможен переворот цистерны, однако максимальные напряжения и в этом случае не достигают предельно допустимых значений (пт=2.2).

При преодолении неровностей дороги (действие изгибающих нагрузок), передняя часть цистерны поднимается, в результате из трех задних пар рессор работает только последняя (см. рис. 7). Суммарное давление в нижней части корпуса в данном случае составит рсум= 34.8x103 Па. Изгибающие нагрузки задавались с помощью граничных условий в соответствии с таблицей 3.

Таблица 3

Степень своб. в опоре (Ох -ось цистерны) Опорная плита Опор, тел., ось 1 Опор, тел., ось 2 Опор, тел., ось 3

х.у.г (перемещение) нет нет

фх, Фу, Фг (угол пов.) нет нет

При данном режиме нагружения напряжения перераспределились относительно ранее рассмотренных случаев и, в связи со спецификой конструкции ступенчато-переменного сечения, наибольшие'напряжения приходятся на область перехода диаметров и их величина составляет аЭКв. = 70 МПа (пт=3.8).

Проведенные исследования позволяют сделать вывод, что конструкция цистерны и применяемый для ее изготовления материал (сталь 09Г2С) соответствуют целевым назначениям и предполагаемым условиям эксплуатации с запасом прочности пт = 3.8 при нормативном нагружении и запасом прочности пт = 2.2 при расчетах на проверочные в данном случае аварийные нагрузки. При этом в эксплуатации, при плановых осмотрах и ТО, следует уделять внимание областям сопряжений днищ и обечайки, области перехода диаметров и опор. Следует отметить, что эксплуатационные нагрузки, такие как кручение и изгиб, существенно меняют картину напряженно-деформированного состояния цилиндрического корпуса автомобильной цистерны несущей конструкции и поэтому со временем повреждения могут появиться в таких областях, как нижняя часть корпуса между опорами и области заливной горловины.

Наряду с конструкционными факторами, в данной главе рассмотрено влияние эксплуатационных дефектов, типа вмятины на прочность корпуса.

Результаты расчетов показали, что напряжения в области вмятин зависят от большого числа геометрических и физико-механических факторов (геометрии конструкции, толщины стенки, глубины и диаметра вмятины, материала цистерны и т.д.). При наличии незначительных вмятин (глубиной не более 3 мм) для их устранения можно воспользоваться рекомендациями нормативных документов по среднему ремонту специализированного оборудования или ОСТ 26-291-94. В других случаях, для определения предепьного состояния материала в области вмятины, можно рекомендовать использовать следующую методику. Рассчитав с помощью моделей МКЭ максимальное напряжение в области вмятины (рис. 12), следует сопоставить его с допускаемым значением. Если наибольшие значения эквивалентных напряжений не больше допускаемых Оэквгшх < М. то автоцистерна признается годной к дальнейшей эксплуатации. В том случае, когда максимальное эквивалентное напряжение оказывается больше допускаемого оЭКв.та* - [о], производится приближенный расчет по остаточным деформациям с учетом параметров упругопластического деформирования в местах концентрации напряжений, предложенный И.В. Демьянушко. Для этого на кривую деформирования (а-е) проецируется процесс нагружения и разгрузки в точке корпуса цистерны при образовании вмятины, что позволяет оценивать способность материала работать в упругопластической области с учетом образовавшейся пластической деформации (рис. 13).

а)

, 144Е+08 .214Е+Ш .2№tIM ___.^95*08_.249ET&S_

.215L+M .3I9E+OÍ ,423MB

. E64E-SS .2S7E+C8 ,371Е«Ж

Рис. 12. Результаты конечно-элементного расчета в области вмятины: а) круглая вмятина; б) эллиптическая вмятина

Например, для вмятины глубиной 4 см и диаметром 20 см пластическая деформация составляет е = 10%. На кривой деформирования материала 09Г2С (см. рис. 13) данной пластической деформации соответствует напряжение в точке 1'. Построив из этой точки гиперболу е*а*=сопз1 (формула Нейбера), где в" и о* деформации и напряжения в конце фазы нагружения, известные из упругого расчета, путем пересечения кривой деформирования и

линии нагрузки, получим напряжение ое в точке 1, соответствующее моменту образования вмятины.

Упругой разгрузке, при изменении

напряжений на величину ое=оетах и деформации на 8е=£етах соответствует точка 2. Так как точка 2 лежит на линии разгрузки и не выходит за пределы от", то материал в области вмятины работает в упругой области и не представляет опасности при дальнейшей

эксплуатации.

Глава 4 посвящена исследованиям прочности корпуса цистерны несущей конструкции из алюминиево-магниевого сплава.

Использование цистерн из алюминия в целом экономически выгоднее и удобнее, чем использование стальных цистерн и существенно повышает эффективность транспортировки нефтепродуктов. Однако, если экономическая сторона вопроса достаточно хорошо обоснована, то техническая нуждается в обосновании. С этой целью были проведены исследования напряженно-деформированного состояния корпуса автомобильной цистерны БЦМ-110.1 из алюминиево-магниевого сплава.

о.МПа

Рис. 13. Кривая деформирования стали 09Г2С

Для анализа прочности корпуса цистерны из легкого сплава в данной главе, в соответствии с конструкторской документации ЗАО «БЕЦЕМА», была разработана расчетная модель полуприцепа цистерны несущей конструкции, которая состоит из 52768 элементов с 158292 узлами. В качестве опор использовалась рессора. Вместимость цистерны 32 ООО л; масса груженой цистерны - 31 ООО кг; допускаемое расчетное давления от паров перевозимого нефтепродукта - рвн= 0.02 МПа. Толщина стенки обечайки и днища 6 мм; материал обечайки алюминиево-магниевый сплав АМг5М: ов=275 МПа; стт=130 МПа; [от]=74 МПа. Корпус цистерны имеет 4 отсека. Сечение корпуса - эллипс.

Расчет корпуса цистерны при равномерном движении (см. рис.4) проводился в соответствии с граничными условиями, приведенными в таблице 1 (Ог-ось цистерны). Суммарное давление в нижней части корпуса рсуи= Рг.ст+ рВн = 42.8 х 103 Па. Были рассмотрены два варианта: материал цистерны - алюминиево-магниевый сплав АМг5М; материал цистерны - сталь 09Г2С.

Результаты расчета напряженного состояния корпуса цистерны, изготовленного из материала АМг5М (рис. 14), показали, что в области опорной плиты, напряжения составляют аЭКв=10 МПа, в области опор опорной тележки - аэкв=Ю...ЗО МПа. Внимание следует обратить на область стыка днища и обечайки, где напряжения достигают стЭКв=71 МПа, что является предельно допустимым значением [от]=74 МПа.

100 -1

ш 90

§ 80

ф 70

? 60 <и

1 50 40

2 30 1! 20 1 ю

05

о

рмож ение

\

\ %

\ изг л \ /

ч \

1 к )учен 5е" \ к V

/ \ У, V

рг вьГОЙ ДВ. и

-1

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

длина корпуса цистерны, м

Рис. 14. Распределение эквивалентных напряжений по длине корпуса при разных режимах нагружения

Расчеты показали, что в корпусе цистерны эллиптической формы эквивалентные напряжения при разных режимах нагружения распределяются более равномерно, чем в цилиндрической конструкции ступенчато-переменного сечения. Наиболее опасным режимом нагружения является экстренное торможение (рис. 14). При давлении жидкого груза на переднее днище Рсум=0.06 МПа, напряжения в области стыка днища и обечайки при данном режиме нагружения составляют оЭКв=88 МПа, что превышает допускаемое значение для применяемого материала. В остальных областях корпуса напряжения составляют аЭКв=30...50 МПа, что соответствует запасу прочности пт=2.6.

Расчеты напряженно-деформированного состояния при изгибе и кручении также указывают на недопустимую концентрацию напряжений в области стыка днища и обечайки <тЭкв.тах-69...76 МПа и достаточно низкий рабочий диапазон напряжений в других областях корпуса сЭкв.тах=10...35 МПа. В связи с этим были проведены дополнительные расчеты корпуса цистерны при увеличенном радиусе закругления в области стыка днища и обечайки с 60 до 100 мм, толщине днища 6 мм и толщине обечайки 5 мм (рис. 15), режим торможения 2.

0} ^

х Ф

X о;

со I—

со т сз

80 60 40 20 О

^то змои ение 1

т )рмо ¡^Ци ;2 /

А 1,

г

- -л

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

длина корпуса цистерны, м

Рис. 15. Распределение эквивалентных напряжений подлине корпуса при режимах торможения: торможение 1 - при Я=60 мм, толщина листа днища и обечайки 6 мм; торможение 2 - Р=100 мм, толщина листа днища 6 мм и обечайки 5 мм

Результаты дополнительных расчетов показали, что при указанных конструктивных изменениях корпуса цистерны БЦМ 110.1 из алюминиево-магниевого сплава уровень максимальных

напряжений в области стыка днища и обечайки снизился до аэко.тзх = 60 МПа, при этом напряжения в других областях корпуса увеличились незначительно (на 10%) и составили оэкв.тах= 25...50 МПа (рис. 15). В данном исполнении корпуса коэффициент запаса прочности составляет пт=2.2.

Цистерна, изготовленная из стали 09Г2С тяжелее почти в три раза (без топлива) своего алюминиевого аналога. При равномерном движении наибольшие напряжения отмечены в области стыка днища и обечайки и составляют 75 МПа, при этом коэффициент запаса прочности Пт = 3.6 (с учетом концентрации напряжений в области днища). Результаты проведенных исследований показывают, что при рациональном конструировании цистерн из алюминиево-магниевого сплава их прочностные показатели являются более предпочтительными с точки зрения оптимальной конструкции. Низкий вес цистерны и, как следствие, способность перевозить больший объем груза за один рейс позволят получить в течение всего срока службы цистерны значительно большую экономическую выгоду, чем разница в цене между стальной и алюминиевой цистерной. При этом следует отметить необходимость предусматривать надежное защитное ограждение при проектировании цистерн из легких сплавов.

Полученные результаты расчетов позволяют рекомендовать при изготовлении цистерны несущей конструкции БЦМ 42.1 из стали 09Г2С использовать толщину обечайки 4 мм, днища 5 мм. Для корпуса цистерны несущей конструкции БЦМ 110.1 из алюминиево-магниевого сплава рекомендуется в области стыка днища и обечайки увеличить радиус закругления с 60 до 100 мм и использовать при изготовлении толщину листа обечайки 5 мм, днища - 6 мм. Представленные рекомендации рассмотрены и одобрены специалистами ЗАО «БЕЦЕМА».

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Сформулированы и дополнены расчетные режимы нагружения для цистерн несущей конструкции:

• при расчете на прочность от действия нагрузок, возникающих при режиме экстренного торможения, коэффициент из ГОСТ Р 50913-96 п=2 предложено заменить на n = a/g, что позволит

получить более точное представление об НДС в области днища в момент экстренного торможения; • для цистерн несущей конструкции, в рекомендации ГОСТ Р 50913-96, предложено добавить расчеты на прочность при проверочных режимах нагружения (кручение и изгиб), что позволит определить дополнительные области, которым нужно уделять внимание при проектировании, так как области концентрации напряжений свойственные основным режимам нагружения в данном случае перераспределяются.

2. Созданы новые расчетные конечно-элементные модели, учитывающие особенности нагружения цистерн несущей конструкции, и предложены варианты граничных условий, отражающие поведение данного типа цистерн в эксплуатации. Предложенный подход к построению модели МКЭ может быть использован при создании расчетных моделей для анализа работоспособности цистерн различного типа на этапах проектирования и эксплуатации.

3. На основе собранной информации, внесенных дополнений и изменений предложена методика для оценки работоспособности корпусов цистерн несущей конструкции, которая позволяет достаточно быстро провести численный эксперимент с целью определения их оптимальных конструктивных и эксплуатационных параметров.

4. На основе предложенной методики проведена оценка работоспособности корпуса цистерны несущей конструкции из стали 09Г2С. На основании полученных результатов рекомендовано использовать при производстве данного типа цистерн толщину стенки обечайки 4 мм, днища 5 мм.

5. На основе предложенной методики проведена оценка работоспособности корпуса цистерны несущей конструкции из алюминиево-магниевого сплава АМг5М. На основании полученных результатов расчета рекомендовано увеличить радиус закругления в области стыка днища и обечайки с 60 мм до 100 мм и использовать при изготовлении толщину листа обечайки 5 мм, днища - 6 мм.

6. Предложена методика диагностирования повреждений типа вмятин, образовавшихся в процессе эксплуатации, позволяющая оценить способность металла работать в упруго-пластической области с учетом образовавшейся пластической деформации.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гриб, В.В. Состояние парка автомобильных цистерн для перевозки жидких нефтепродуктов и оценка их надежности / В.В. Гриб, А.И. Попов, Р.Н. Мясницкий // Автотранспортное предприятие - №1, 2003. -С. 32-34.

2. Гриб, В.В. Исследование напряженно-деформированного состояния автоцистерн посредством математического моделирования / В.В. Гриб, В.В. Шелофаст, Р.Н. Мясницкий II Математическое моделирование и информационные технологии в автомобильно-дорожном комплексе: сб. науч. тр. ч.1-М.: МАДИ (ГТУ), 2002.-С. 71-76.

3. Гриб, В.В. Исследование напряженно-деформированного состояния автоцистерн с эксплуатационными повреждениями с помощью компьютерного моделирования / В.В. Гриб, В.В. Шелофаст, Р.Н. Мясницкий//Автотранспортное предприятие-№3. 2003.-С. 21-25.

4. Гриб, В.В. Диагностика напряженно-деформированного состояния автоцистерн с эксплуатационными повреждениями с помощью компьютерного моделирования / В.В. Гриб, Р.Н. Мясницкий, В.В. Шелофаст // Контроль. Диагностика.-№6; Изд. «Машиностроение» -М.: 2003.-С. 42-45.

5. Гриб, В.В. Исследование напряженно-деформированного состояния корпусов автомобильных цистерн с эксплуатационными повреждениями / В.В. Гриб, Р.Н. Мясницкий // Строительные и дорожные машины-№9 - М.: 2004.-С. 38-41.

6. Мясницкий, Р.Н. Перевозка нефтепродуктов автомобильным транспортом I Р.Н. Мясницкий II Инженерная механика, материаловедение и надежность оборудования: сб. науч. тр. ч.5-Новомосковск: НИИ РХТУ, 2004.-С. 42-47.

Заказ № 91/04/09 Подписано в печать 10.04.2009 Тираж 100 экз. Усл. п.л. 1,2

ООО "Цифровичок", тел. (495) 797-75-76; (495) 649-83-30 * ); www.cfr.ru ; е-таИ:т/о@с/г.ги

Введение.

Глава 1. Современное состояние проблемы безопасной эксплуатации парка автоцистерн.

1.1. Современное состояние парка автоцистерн.

1.2. Причины возникновения и развития повреждений.

1.3. Обзор методов расчета и выполненных исследований прочности оболочечных конструкций.

Глава 2. Выбор метода расчета. Математическое моделирование корпусов автоцистерн.^

2.1. Определение напряженно-деформированного состояния корпусов цистерн. Методы расчета.

2.2. Методика проведения исследований прочности корпуса автоцистерны. Математическое моделирование.

2.3. Оценка точности результатов расчета по разработанной методике с использованием программного комплекса АЫБУБ.со

Глава 3. Влияние режимов эксплуатации и эксплуатационных повреждений на прочность корпуса цистерны.^

3.1. Влияние нагрузок, возникающих при равномерном движении цистерны БЦМ 42.1, на прочность корпуса.

3.2. Прочность корпуса цистерны при разгоне и торможении. у^

3.3. Прочность корпуса цистерны несущей конструкции при действии крутящих нагрузок.

3.4. Влияние изгибающих нагрузок на прочность корпуса цистерны несущей конструкции.

3.5. Исследование напряженно-деформированного состояния корпуса автоцистерны с учетом эксплуатационных повреждений типа вмятины.

Глава 4. Оценка работоспособности цистерн из легких сплавов.

4.1. Влияние основных режимов нагружения на прочность корпуса цистерны БЦМ 110.1.

4.2. Влияние дополнительных (проверочных) режимов нагружения на прочность корпуса цистерны БЦМ 110.1.

4.3. Исследование напряженно-деформированного состояния корпуса цистерны БЦМ 110.1 из стали.

4.4. Сравнение результатов расчета цистерны из разных материалов и рекомендации для производства.

Актуальность работы. Выход России на мировые рынки, напрямую связанный с жесткой конкуренцией, требует совершенствования научных основ проектирования современных специализированных машин, с целью создания новых и совершенствования существующих конструкций. Жизнедеятельность дорожно-транспортного комплекса обеспечивается своевременной доставкой продукции нефтехимического и газового сектора. Для сокращения сроков поставки и увеличения объемов перевозимого груза необходимо создание новых более емких автоцистерн несущей конструкции с применением легких сплавов. В связи с этим развитие методов расчетного моделирования конструкций цистерн для оценки прочности и прогнозирования их поведения, как на стадии проектирования, так и в условиях эксплуатации с целью обеспечения безопасной работы является актуальным.

Внедрение в практику проектирования новых, мощных вычислительных средств и конечно-элементных комплексов позволяет создавать адекватные расчетные модели, достаточно полно описывающие конструкцию цистерны и учитывающие все действующие на нее нагрузки, свойства материала, влияние эксплуатационных повреждений, и в кратчайшие сроки проводить численный эксперимент, заменяющий во многом длительную, дорогостоящую экспериментальную доводку. Разработка таких моделей и методов анализа работоспособности автоцистерн актуальна и в связи с тем, что при необходимости скорейшего выхода на рынок новые конструкции внедряются практически без экспериментальных и доводочных работ, «с листа».

Цель работы. Целью диссертации является обеспечение работоспособности и безопасной эксплуатации автомобильных транспортно-заправочных средств путем совершенствования методов их расчета и анализа напряженно-деформированного состояния при разных эксплуатационных нагрузках, разработки рекомендаций по совершенствованию конструкций, применению новых конструкционных материалов и оценки прочности корпусов цистерн при наличии повреждений.

В соответствии с указанной целью в диссертации были поставлены и решены следующие основные задачи.

1. Провести анализ состояния парка цистерн, их типовых конструкций, применяемых материалов, нагруженности корпусов, выявить основные виды повреждений.

2. Уточнить и дополнить существующие расчетные схемы корпусов цистерн и выбрать систему параметров, отражающих особенности работы цистерны несущей конструкции.

3. Разработать расчетные модели на базе современных конечно элементных комплексов, учитывающие особенности цистерны несущей конструкции.

4. Провести оценку прочности корпуса цистерны несущей конструкции при разных видах нагружения с целью разработки рекомендаций по рациональному проектированию новых конструкций.

5. Исследовать работоспособность корпуса цистерны несущей конструкции с учетом основных эксплуатационных повреждений (вмятин) с целью разработки мероприятий по их контролю и диагностированию.

6. С помощью разработанных расчетных моделей провести анализ прочности корпуса цистерны несущей конструкции из алюминиево-магниевого сплава с целью разработки рекомендаций по обеспечению работоспособности конструкции.

Научная новизна работы

1. Уточнена и дополнена система расчетных нагрузок действующих на корпус полуприцепа-цистерны несущей конструкции, путем замены коэффициента перегрузки на переднее днище при режиме экстренного торможения с п=2 на n=a/g и введения дополнительных (проверочных) расчетных режимов нагружения таких как кручение и изгиб.

2. На базе конечно-элементных комплексов разработаны новые расчетные модели цистерн несущей конструкции с применением конечных элементов высокого порядка shell 93, более точно описывающих напряженно-деформированного состояния корпуса цистерны при эксплуатационных нагрузках.

3. С помощью новых расчетных моделей обосновано применение легких сплавов для производства цистерн несущей конструкции. Результаты численного анализа показали, что при рациональном конструировании цистерн из алюминиево-магниевого сплава их прочностные показатели удовлетворяют нормативным требованиям при эксплуатационных нагрузках с коэффициентом запаса прочности п-^=2.2.

4. Исследовано влияние повреждений (вмятин) на работоспособность корпуса автомобильной цистерны в эксплуатации и предложена методика, позволяющая оценить способность металла работать в упруго-пластической области с учетом образовавшейся пластической деформации.

Достоверность полученныхрезультатов подтверждается сравнением результатов численных исследований с результатами экспериментальных исследований, напряженно-деформированного состояния корпуса цистерны несущей конструкции завода ЦемМаш и положительной экспертной оценкой результатов расчета исследуемых цистерн специалистами ЗАО «БЕЦЕМА».

Практическая ценность

1. Предложена методика оценки прочности цистерн несущей конструкции, позволяющая в короткие сроки оценивать работоспособность новых конструкций на стадии проектирования.

2. Даны рекомендации по конструктивным изменениям цистерны несущей конструкции БЦМ 42.1, в соответствии с которыми рекомендовано использовать при производстве данного типа цистерн толщину стенки обечайки 4 мм, днища 5 мм.

3. Даны рекомендации по конструктивным изменениям цистерн несущей конструкции из алюминиево-магниевого сплава БЦМ 110.1, в соответствии с которыми рекомендовано увеличить радиус закругления в области стыка днища и обечайки с 60 до 100 мм и использовать при изготовлении толщину листа обечайки 5 мм, днища - 6 мм.

4. Даны рекомендации по изменению ГОСТ Р 50913-96 в части эксплуатационных нагрузок при оценке работоспособности цистерны несущей конструкции. Предложено заменить коэффициент перегрузки на переднее днище при режиме экстренного торможения с п=2 на n=a/g, что позволит получить более точное представление о напряженно-деформированном состоянии в области днища в момент экстренного торможения.

Реализация результатов работы. Основные результаты исследований и рекомендации использованы в ЗАО «БЕЦЕМА», 751-мремонтном заводе (г. Ростов, Ярославская область) и 25-м Гос. НИИ (г. Москва).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на семинаре Научно технического центра автоматизированного расчета и проектирования в машиностроении, на 59-й, 60-й, 61-й, 62-й научно-методических конференциях МАДИ (ГТУ), на июньской выставке научных достижений МАДИ (ГТУ) в 2004 году, на Всероссийской научно-практической конференции «Российский автопром: теоретические и прикладные проблемы машиноведения» в ИМАШ РАН, 2007 год, на Научно-методической конференции МАДИ (ГТУ) в 2008 году. Диссертационная работа заслушана и одобрена на расширенном заседании кафедры «Детали машин и теория механизмов» с привлечением специалистов кафедр «Строительная механика», «Производство и ремонт автомобилей и дорожных машин» и «Дорожно-строительные машины» МАДИ (ГТУ).

На защиту выносятся:

1. методика оценки работоспособности цистерны несущей конструкции при эксплуатационных нагрузках с помощью расчетных моделей МКЭ на этапах проектирования;

2. методика диагностирования повреждений типа вмятин, образовавшихся в процессе эксплуатации;

3. влияние конструкционных и эксплуатационных факторов на работоспособность цистерн несущей конструкции и рекомендации по совершенствованию цистерн такого типа.

Публикации. По материалам диссертации написано семь статей, из них 2 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, приложения и списка литературы из 146 наименований. Работа изложена на 172 страницах, включая 91 рисунок и 14 таблиц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Сформулированы и дополнены расчетные режимы нагружения для цистерн несущей конструкции:

• при расчете на прочность от действия нагрузок, возникающих при режиме экстренного торможения, коэффициент из ГОСТ Р 50913-96 п—2 предложено заменить на n = a/g, что позволит получить более точное представление об НДС в области днища в момент экстренного торможения;

• для цистерн несущей конструкции, в рекомендации ГОСТ Р 50913-96, предложено добавить расчеты на прочность при проверочных режимах нагружения (кручение и изгиб), что позволит определить дополнительные области, которым нужно уделять внимание при проектировании, так как области концентрации напряжений свойственные основным режимам нагружения в данном случае перераспределяются.

2. Созданы новые расчетные конечно-элементные модели, учитывающие особенности нагружения цистерн несущей конструкции, и предложены варианты граничных условий, отражающие поведение данного типа цистерн в эксплуатации. Предложенный подход к построению модели МКЭ может быть использован при создании расчетных моделей для анализа работоспособности цистерн различного типа на этапах проектирования и эксплуатации.

3. На основе собранной информации, внесенных дополнений и изменений предложена методика для оценки работоспособности корпусов цистерн несущей конструкции, которая позволяет достаточно быстро провести численный эксперимент с целью определения их оптимальных конструктивных и эксплуатационных параметров.

4. На основе предложенной методики проведена оценка работоспособности корпуса цистерны несущей конструкции из стали 09Г2С. На основании полученных результатов рекомендовано использовать при производстве данного типа цистерн толщину стенки обечайки 4 мм, днища 5 мм.

5. На основе предложенной методики проведена оценка работоспособности корпуса цистерны несущей конструкции из алюминиево-магниевого сплава АМг5М. На основании полученных результатов расчета рекомендовано увеличить радиус закругления в области стыка днища и обечайки с 60 мм до 100 мм и использовать при изготовлении толщину листа обечайки 5 мм, днища - 6 мм.

6. Предложена методика диагностирования повреждений типа вмятин, образовавшихся в процессе эксплуатации, позволяющая оценить способность металла работать в упруго-пластической области с учетом образовавшейся пластической деформации.

1. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов: Справочник / В.И. Мяченков, В.П. Мальцев, В.П. Майборода и др.; Под общ. ред. В.И. Мяченкова.-М.: Машиностроение, 1989.-520 с.

2. Супер ел ементный расчет подкрепленных оболочек / З.И. Бурман, О.М. Аксенов, В.И. Лукашенко, М.Т. Тимофеев.-М.: Машиностроение, 1982.256 с.

3. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ.-М.: Мир, 1984.-428 с.

4. Норри Д., де Фриз Ж. Введение в метод конечных элементов: Пер. с англ.-М.: Мир, 1981, 304 е.,ил.

5. Шелофаст В.В. Основы проектирования машин. М.: Изд. АПМ, 2000. 472 с.

6. Гордон Л. А., Розин Л.А. Метод конечных элементов в теории пластин и оболочек. «Известия ВНИИГ», 1971, т. 95, с. 85-97.

7. Зарубаев В.П., Корнеев В.Г. Квазидвумерные схемы метода конечных элементов для расчета пластин и оболочек и некоторые вопросы их исследования. — В кн.: Метод конечных элементов и строительная механика. Л., Изд. ЛПИ, 1974, с. 16 35.

8. Корнев В.Г. Сопоставление метода конечных элементов с вариационно-разностным методом решения задач теории упругости. «Известия ВНИИГ», 1967, т. 83, с. 287 307.

9. Корнев В.Г. Некоторые вопросы построения и исследования схем метода конечных элементов. В кн.: Численные методы механики сплошной среды. Новосибирск, 1974, т. 5, № 1, с. 59 - 87.

10. Коупер Г., Коско Р., Лимбер Г., Ослон М. Применение высокоточных треугольных элементов изгибаемых пластин в статических идинамических задачах. «Ракетная техника и космонавтика». 1969, № 10, с. 74 -81.

11. Постнов В. А., Хархурим И .Я. Метод конечных элементов в расчетах судовых конструкций. М., Судостроение, 1974. 341 с.

12. Розин JI.A. Основы метода конечных элементов в теории упругости. Л., Изд. ЛИИ, 1972, с.

13. Розин Л.А. О связи метода конечных элементов с методами Бубнова Галеркина и Ритца. — В кн.: Строительная механика сооружений. Л., Изд. ЛИИ, 1971, с. 6 - 27.

14. Розин Л.А. Задачи теории упругости и численные методы их решения. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1998. 532с.

15. Анализ состояния парка транспортных средств для перевозки моторного топлива. — М.: ЗАО «Мосавтопрогресс», 1998. 10с.

16. Баловнев В. И., Завадский Ю.В., Майнулов В. Ю. Обработка и планирование эксперимента при исследовании дорожных машин: Учебное пособие. М.: МАДИ, 1983. - 59с.

17. Беляев Ю.К., Богатырев В.А., Болотин В.В. и др. Надежность технических систем: Справочник. М.: Радио и связь, 1985. - 608 с.

18. Бурков М.С. Специализированный подвижный состав автомобильного транспорта. М.: Транспорт, 1979. — 296 с.

19. ГОСТ 12105-74 Тягачи седельные и полуприцепы. Присоединительные размеры.

20. ГОСТ 25478-91. Автотранспортные средства. Требования к техническому состоянию по условиям безопасности движения. Методы проверки. — М.: Стандартиздат, 1991.

21. Mockel S.: Zulassung von Fahrzeugen zur Beförderung bestimmmter gefahrlicher Guter. //Kraftverkehr, Berlin (1987) 1, S. 4-9.

22. Ziel: Sichere Tanklastzuge. //Der Berufs-Kraftfahrer 7/8, Berlin (1995), s. 16.

23. Nutzfahrzeugtechnik zur Leipziger Herbmesse 1988. //Kraftfahrzeugtechnick, Berlin (1988) 11, s. 340-343.

24. ГОСТ 27.002. 83. Надежность в технике. Термины и определения.

25. Anlagen А und В zum Europaischen Abkommen über die intrnationale Baforderung gafahrlicher Guter auf der Strase (ADR) herausgegeben durch das Ministerium für Verkehrswesen der DDR.// Zentralinspektion für Arbeits-und Produktionssicherkeit, Berlin 1985.

26. Правила перевозки опасных грузов.// Автомобильный транспорт. Москва, 1997г., с. 43-45.

27. Правила перевози опасных грузов.// Автомобильный транспорт. Москва, 1998г., с. 35-37.30. к.т.н Попов А.И. Полуприцепы-цистерны большой и особо большой вместимости. //Автомобильный транспорт. Москва, 1998 г., с. 32-33.

28. ГОСТ 27.003 83. Надежность в технике. Выбор и нормирование показателей надежности. Основные положения.

29. ГОСТ 27.502 83. Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Планирование наблюдений.

30. ГОСТ 27.503 81. Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Методы оценки показателей надежности.

31. ГОСТ 17256-72. Надежность изделий машиностроения. Система сбора и обработки информации. Требования к содержанию форм учета наработки, повреждений, отказов.

32. ГОСТ 16468-79. Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Основные положения.

33. Европейское соглашение о международной дорожной перевозке опасных грузов (ДОПОГ) ООН Нью-Йорк и Женева, 1995.

34. Кузнецов Е.С. Направления научно-технического прогресса и перспективы развития технической эксплуатации автомобилей: Учебное пособие. М.: МАДИ, 1987. - 90 с.

35. Кузнецов Е.С. Управление технической эксплуатацией автомобилей. — 2 изд., реферат и доп. М.: Транспорт, 1990. — 272 с.

36. Кузнецов Е.С. Управление техническими системами: Учебное пособие. -М.: МАДИ, 1997. 177 с.

37. Коваленко В.Г., Темботов А.Б., Тугусов Е.В., Кубатов H.A. Техническое обслуживание и ремонт специализированного подвижного состава: Учебное пособие — М.: МАДИ, 1986. 82 с.

38. Коваленко В.Г., Тембатов А.Б. Определение эквивалента пробега двигателя базового автомобиля за единицу работы специального оборудования // Исследование конструкций и эксплуатационных свойств автомобиля: Сб. -М.: МАДИ, 1986, с. 97 100.

39. Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта / Министерство автомобильного транспорта РСФСР. М.: Транспорт, 1986. - 72 с.

40. Фаробин Я.Ф., Кравцова В.Я., Коваленко В.Г., Иванов A.M. Специализированный подвижный состав: Учебное пособие. — М.: МАДИ, 1989.- 109 с.

41. Нормы для расчета и проектирования вагонов железнодорожных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных) / ГосНИИВ-ВНИИЖТ, М., 1996. -319 с.

42. Красовский А.Я. Хрупкость металлов при низких температурах, Киев, Наукова Думка, 1980. 340 с.

43. Бубнов И.Г. Строительная механика коробля. Ч. 1-2, СПб., 1912-14.596 с.

44. Галеркин Б.Г. К теории упругих цилиндрических оболочек / Доклады АН СССР, т. 4, вып. 2, №5-6, 1934. с.135-164.

45. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластины и оболочки. М.: Физматгиз, 1963. 635 с.

46. Гольденвейзер A.JI. Теория упругих тонких оболочек. М.: ГТТИ, 1953.-544 с.

47. Новожилов В.В. Расчет цилиндрических оболочек / Изд. АН СССР, отд. технич. наук, №6, 1946. 803-816 с.

48. Новожилов В.В. Теория тонких оболочек. JL: СУДПРОМГИЗ, 1951.-344 с.

49. Власов В.З. Строительная механика тонкостенных пространственных систем. М.: Стройиздат, 1949. 435 с.

50. Власов В.З. Общая теория оболочек и ее приложения в технике. М.: Гостехиздат, 1949. — 435 с.

51. Александров A.B., Лащенников Б.Я. Шапошников H.H. Строительная механика тонкостенных пространственных систем. М.: Стройиздат, 1983.-488 с.

52. Филин А.П. Элементы теории оболочек. Л.: Судостроение, 1970. -205с.: ил.

53. Современные методы расчета сложных статически неопределимых систем: Пер. с англ. / Под. ред. А.П. Филина. — Л.: Судостроение, 1961.

54. Котуранов В.Н. Методы исследования напряженно-деформированного состояния котлов железнодорожных цистерн: Автореферат дис. доктора техн. наук: 05.05.02. /МПС СССР. МИИТ /. - М., 1973.-46 с.

55. Осипов Т.А. Исследование динамических характеристик котлов большегрузных цистерн и напряженного состояния их подкрепленных элементов: Автореферат дис. канд. техн. наук: 05.05.02. /МПС СССР. МИИТ/. -М 1968.-23 с.

56. Винокуров В.А., Куркин С.А., Николаев Г.А. Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности. М., Машиностроение, 1996. 576 с.

57. Механика разрушений и прочность материалов, т. 1-5 /Под. ред. Панасюка В.В., Киев, Наукова думка, 1988.

58. Николаев Г.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции, расчет и проектирование. М., Высшая школа, 1990. 446 с.

59. Панасюк В.В. Механика квазиупругого разрушения материалов. Киев, Наукова думка, 1991.- 409с.

60. Мешков Ю.Я., Пахаренко Г.А. Структура металла и хрупкость стальных изделий. Киев: Наук, думка, 1985. —268с.

61. Г.П. Иванов, С.А. Разбитной Метод оценки напряжений от вмятин на стенках сосудов, работающих под давлением. Химическое и нефтегазовое машиностроение, № 4, 2000 г., с. 18-19.

62. В.П. Стрельников, Ю.Н. Рыкунич Оценка остаточного ресурса и определение „назначенного ресурса" по результатам эксплуатации.: Тр. конф., 6-9 июня 2000г., Киев (Украина), Т.1. — 576 с.

63. ГОСТ 21561-76. Автоцистерны дла транспортирования сжиженных газов на давление до 1.8 МПа. Общие технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1976.

64. ГОСТ Р 50913-96. Автомобильные и транспортные средства для транспортирования и заправки нефтепродуктов. Типы, параметры и общие технические требования. М.: Изд-во стандартов, 1996.

65. ГОСТ Р 8.569-98. Автоцистерны для жидких нефтепродуктов. Методика поверки. Изд-во стандартов, 1998.

66. Бурков М.С. Специализированный подвижной состав автомобильного транспорта. — М.: Транспорт, 1979, 296 с.

67. Прочность, устойчивость, колебания. Справочник в трех томах. Том. 1-2. Под ред. д-ра техн. наук И.А. Биргера и чл. — корр АН Латвийской ССР Я.Г. Пановко, 1968г.

68. Статистическая прочность и механика разрушения сталей, сб. науч. тр., пер. с нем., (ред. Даль В., Антон В.), М., Металлургия, 1986.-566с.

69. Сварка в машиностроении. Справочник, т. 3, / под ред. Винокурова В.А., М., Машиностроение, 1979. 567с.

70. Руководство по среднему ремонту специального оборудования ТЗ-22 PC.

71. Роенко В.В. Исследование влияния подвижности жидкости на поперечную устойчивость автоцистерны. Диссертация, Москва 1980.

72. Мещанинов А.Ю. Совершенствование технического обслуживания сборочных единиц автомобильных цистерн для транспортирования нефтепродуктов: Автореферат дис. канд. техн. наук: 05.22.10. — МАДИ. — М., 1999.-20 с.

73. Биргер И.А. Круглые пластины и оболочки вращения. М., Оборонизд., 1961.

74. Ильюшин A.A. Пластичность. М., Гостехиздат, 1948.

75. Работнов Ю.Н. Приближенная техническая теория упруго-пластических оболочек. «Прикладная математика и механика», 1951, № 2.

76. Ходж Ф.Г. Применение кусочно-линейной изотропной теории пластичности к задаче о круговой цилиндрической оболочке при симметричном радиальном нагружении. «Механика», 1958, № 2

77. Ходж Ф.Г. Расчет конструкций с учетом пластических деформаций. М., Машгиз, 1963.

78. Прочность и безотказность подвижного состава железных дорог / А.Н. Савоськин, Г.П. Барчук, А.П. Матвеевич и др.; Под общ. ред. А.Н. Савосысина. — М.: Машиностроение, 990. — 288с.

79. П.Т. Павлов Разработка систем управления техническим обслуживанием и текущим ремонтом автоцистерн — заправщиков в автохозяйствах гражданской авиации: Автореферат дис. канд. техн. наук: 05.22.10. -МАДИ.-М., 1984.-19 с.

80. Болотин В.В. Методы теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений. М., Стройиздат, 1981.-351 с.

81. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М., Машиностроение, 1984.-312 с.

82. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях переменных во времени. М., Машиностроение, 1993.-364с.

83. Соколов М.М. Диагностирование вагонов. М., Транспорт, 1990.197с.

84. Сварка в вагоностроении. ТТ, ОСТ 24.050.34.75, М., Минтяжмаш, 1975.-24с.

85. Сварочные соединения / Технические требования к качеству сварочных соединений на сварочных конструкциях и правила приемки. М., МТЭТМ СССР, инструкция 62.001-87и.

86. Лукьянов В.Ф., Харченко В.Я., Черногоров А.Л. Статитический анализ размеров угловых швов в сварных узлах сельскохозяйственных машин. М., Автоматическая сварка, 1989, № 9, с. 15-17.

87. Панасюк В.В., Сушинский А.И., Кацов К.Б. Разрушение элементов конструкций с несквозными трещинами. Киев, Наукова думка, 1991.-170с.

88. Талыпов Г.Б. Сварочные напряжения и деформации. Л., Машиностроение, 1973. -225с.- 147101. Винокуров В.А. Использование двухпараметрического критерия для прогнозирования изменения механических свойств металлов // Проблемы прочности, 1988, № 5. -с. 3-7.

89. Винокуров В.А. Сварочные напряжения и деформации. М., Машиностроение, 1968.-33с.

90. Трощенко В.Т., Сосновский JI.A. Сопротивление усталости металлов и сплавов. Справочник т. 1, 2, Киев, Наукова Думка, 1987, т. 1-505с., т. 2-800 с.

91. Проектирование и изготовление стальных сварных конструкций вагонов. ОСТ 24.050.34-84, ТТ, МТТМ СССР, 1984.-163 с.

92. Отливки стальные для тепловозостроения. Инструкция на изготовление и приемку. 60.003.90И, МТТЭМ РФ, г. Коломна, Коломзавод, 1993.-16с.

93. Кудрявцев Ю.Ф. Влияние остаточных напряжений на долговечность сварных соединений. Киев, Автоматическая сварка, 1990, № 1. -с. 5-8.

94. Махненко В.И., Мосенкис Р.Ю. Расчетная оценка влияния остаточных напряжений на малоцикловую усталость сварных соединений. Киев, Автоматическая сварка, 1991, № 1, с. 17-22.

95. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение, 968. 400 с.

96. Решетов Д.Н. Работоспособность и надежность деталей машин. М., Высшая школа, 1974. -202с.

97. Карзов Г.П., Марголин Б.З., Швецова В.А. Фмзико-механическое моделирование процессов разрушения. СПб., Политехника, 1993. — 391с.

98. Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. М., Металлургия, 1984.- 280с.

99. Мешков Ю.Я., Сердитова Т.Н. Разрушение деформированной стали. Киев, Наукова Думка, 1989. — 160с.

100. Копельман JI. А. Сопротивление сварных узлов хрупкому разрушению. Л., Машиностроение, 1978.-232 с.

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

102. Махутов H.A. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. М., Машиностроение, 1981. —271 с.

103. Кудрявцев П.И. Нераспростроняющиеся усталостные трещины. М.: Машиностроение,. 1982.-171с.

104. Сиетоглу М., Сан В. Моделирование закрытия усталостной трещины при плоской деформации / Современное машиностроение, 1991, № 5.-с. 27-38.

105. Сиратори М., Миеси Т., Мацусита X. Вычислительная механика разрушения: Пер. с японск. М.: Мир, 1986.-334 е., ил.

106. Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость машин. М., Высшая школа, 1991. 319 с.

107. Усталость и вязкость разрушения металлов / Ред. B.C. Иванова, С.Е. Гуревич, М., Наука, 1974. 263 с.

108. Иванова B.C. Разрушение металлов. М., Металлургия, 1979. -168 с.

109. Сосновский Л.А. Механика усталостного разрушения. Словарь справочник, ч. 1-2, Гомель, НПО Трбофатика, 1994.-670 с.

110. Власов В.З., Волков Г.С., Науменко В.П. К определению трещиностойкости конструкционных материалов / Киев, Проблемы прочности, 1979, № 8. с. 64-67.

111. Богомаз Г.И., Рыжов A.B. Пуск в ход предварительно растянутых наливных поездов. Динамика и прочность высокоскоростного наземного транспорта, Киев, Наукова Думка, 1976.-е. 46-54.

112. Методика расчетной оценки циклической трещиностойкости сварных соединений с учетом влияния остаточных напряжений / В.И.

113. Труфяков, B.B. Кныш, П.П. Михеев, И.С. Коваленко. Киев, Автоматическая сварка, 1990, № 1.-е. 1-4.

114. Сопротивление развитию усталостных трещин в металлических сплавах, применяемых на железнодорожном транспорте / Ред. Буше H.A., Георгиев М.Н., М., ВНИИЖТ, 1984. 134 с.

115. Гусев A.C. Сопративление усталости и живучесть конструкций при случайных нагрузках. М., Машиностроение, 1989.-248 с.

116. Гребеник В.М., Цапко В.К. Надежность энергетического оборудования. Справочник. М., Металлургия, 1989. — 592 с.

117. Лехт Р.И. Расчет и конструирование сосудов. Учебное пособие. Новомосковск, 1973, 137 с.

118. Александров A.B., Лащенков Б.Я., Шапошников H.H. Строительная механика. Тонкостенные пространственные системы. М., Стройиздат, 1983.

119. Секулович М., Метод конечных элементов. М., Стройиздат, 1997.

120. Bator J.L., Bathe K.J., Но L.W. A study of three-node triangular plate bending elements. Int. J. Nummer. Meth. Engng, v. 15, 1771 - 1812, 1980.

121. Методические указания по проведению проверочных расчетов котлов и их элементов на прочность. М.: АОЗТ «ДИЭКС». 1996.

122. Зайнулин Р.Х. Безопасная эксплуатация сосудов с дефектами типа вмятина на обечайке. Автореферат дис. к.т.н.: Д 063.37.05. — Казанский государственный технологический университет. — К., 2000. — 17 с.

123. Neuber Н. Theory of Stress concentration for shear strains of prismatical bodies with arbitrary nonlinear stress-strain low. J. of appl. mech., 1961, vol. 28, №4, p. 544-550.

124. Masing G. Wissenschaftliche Veröffentlichungen aus dem SiemensKonzern. 1924, 3.231, 1926, 5.135.

125. Ильюшин A.A. Пластичность. M., ОГИЗ, ГИТТЛ, 1948, 376 c.

126. B.A. Зорин Основы работоспособности технических систем. — М.; ООО «Магистр-пресс», 2005, 536 с.

127. В.В. Гриб и др. Диагностические модели изменения технического состояния механических систем 4.1 и Ч.2/Под общ. ред. В.В. Гриба/ МАДИ (ГТУ).-М., 2008.-263 с.

128. В.В. Гриб, А.И. Попов, Р.Н. Мясницкий Состояние парка автомобильных цистерн для перевозки жидких нефтепродуктов и оценка их надежности. // Автотранспортное предприятие. Москва, 2002, с. 32-35.

129. ДемьянушкоИ.В., Юдин М.Н. Информационные технологии и создание автомобильных конструкций./Автомобильная промышленность, №9, 2003, с. 3-5.

130. Демьянушко И.В. Пластичность и ползучесть оболочек/м. «Наука»/ Изв. АН СССР, МТТ, №2, 1970.

131. Демьянушко И.В. Прогнозирование долговечности и ресурса машин и их элементов на этапах жизненного цикла. В сб. трудов МАДИ Прочность и ресурс автомобильных и дорожных конструкций» под ред. И.В.Демьянушко/М./1986г./с.14.