автореферат диссертации по транспорту, 05.22.07, диссертация на тему:Совершенствование методики оптимального проектирования несущей конструкции кузова вагона

Брянский ордена „Знак Почета" институт транспортного машиностроения

На правах рукописи

\

ЛОЗБИНЕВ Федор Юрьевич УДК 629. 463. 1. 001.24:519. 6

Совершенствование методики оптимального проектирования несущей конструкции кузова вагона

05.22. 07—Подвижной состав железных дорог и тяга поездов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Брянск—1989

Рабата выполнена на кафедре „Вагоны" Брянского ордена „Знак Почета" института транспортного машиностроения.

Научный руководитель—заслуженный деятель науки и

техники РСФСР, доктор технических наук, профессор Е. Н. НИКОЛЬСКИЙ'

Официальные оппоненты—доктор технических наук,

профессор В. И. САКАЛО

—кандидат технических наук, старший научный сотрудник В. М. МАКУХИН

Ведущее предприятие—Всесоюзный научно-исследовательский институт вагоностроения.

Защита состоится „£У - Ш/тяЬря 1989 г. в ¡0 часов в аудитории № 220 на заседании специализированного совета К 063. 28. 02 Брянского ордена „Знак Почета" института транспортного машиностроения по адресу: 241035, г. Брянск—35, бульвар им. 50-летия Октября, 7.

Автореферат разослан " ¿¿¿0Н-Я_1989 г.

С дисертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы на реферат (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим направлять в адрес специализированного совета..

Ученый секретарь

специализированного

совета

( У- ^ В. П. Тихомиров

ОЕШ ХАРШТРЛСЯКА РАЕОТК

Актуальность тега. В Основных направлениях эконог.яческсго канального развитая СССР на 19Ь6-К&0 года ;; на пери о,- до ЮС года поставлена задача "..., повышения эффективности про;?л-' злетва на базе научно-технического прогресса", призванная ...обеспечить быстрое продвижение вперед на стратегических на-равлениях раз ей та я экономики". Одним из направлений решения ето;1 здачи является снижение материальных затрат в тииностроетга н ругих крупных отраслях народного хозяйства. В 1990 году плани-уется обеспечить экономию проката черных металлов в количестве 2-14 млн. тонн, снизить удельную металлов!®ость машин и осорудо-ания на 12-18 процентов.

В программе "Металлоемкость" обоснованы следувдяе налравле-ия разработок по эконо-.яи металла: совершенствование методов рас-ета конструкций шшн с учетом развития систем автоматизирован-:ого проектирования (САПР), разработка методики автоматззирован-(ого выбора' компоновочных решений дай различных групп изделий, :аиболее полное использование проч!юстных свойств металла, повы-юаие уровня компьютеризации и автоматизации проектно-конструктор- ■ ;ких работ с применением методов математического моделирования, ¡суцествление мер по оптимизации конструкций и другие.

В настоящее время во многих отраслях народного хозяйства эазвивавтея методы, направленные на снижение металлоемкости ксн-зтрукций, начинают развиваться САПР, в связи с чем возрастает роль оптимального проектирования с использованием методов математического моделирования.

Поскольку отечественное вагоностроение является крупным потребителем металла, и в частности, проката, проблема экономии материальных ресурсов для него является актуальной. Для успешного

решения этой проблема целесообразный является использование методов оптимального проектирования. Поскольку в настоящее время оптимизация несущих конструкций кузовов вагонов осуществляется, в основном, методом пересчета, задача исследований правомерности применения других методов в выбора наиболее эффективного из них является актуальной.

Цель диссертационной работы -совершенствование методики оптимизации параметров сечений стержневых элементов кузова вагона, позволяющее получать вариант несущей конструкции, более оптимальный по массе в сравнении с вариантами, получаемыми о помощью используемого з настоящее время метода проектирования дискретно равнонапряженной конструкция.

Научная новизна работа состоит в следующем:

- разработана модификации градиентного метода оптимизации несущих элементов кузовов вагонов .(алгоритмы и программы расчета на 8ВМ);

- выполнен анализ эффективности различных методов оптимизации применительно к кузову грузового вагона;

- разработана методика параметрической, оптимизации несущих конструкций кузовов вагонов, применение которой позволяет получать более оптимальный по массе вариант;

- установлен способ наиболее целесообразной дискретизации расчетной схемы при разделении несущей конструкции кузова крытого грузового вагона на конечные элементы при проведении оптимизационных расчетов. -

Практическое значение £ внедрение. Разработанные в диссертации алгоритмы и три программных комплекса оптимизации кузовов вагонов могут быть использованы с целью снижзния металлоемкости при проектировании несущих конструкций кузовов вагонов на вагоностроительных заводах.

Результаты оптимизации несущей конструкции кузова пегспек-эного крытого грузового вагона приняты к внедрению на Алтайском вагоностроительном заводе.

Апробация работы. Основные положения диссертации доклацыр"-пись и обсуздались на наууно-телнических конференциях птосессср-ско-преподавательского состава БИТМ в 1965-68 гг.; на ХУП конференции молодых ученых и специалистов вагоностроения, Кременчуг, 1967 г.; на. Всесоюзной конференции "Проблемы механики железнодорожного транспорта", Днепропетровск, 1968 г.

Публикации. По результатам диссертации опубликованы двенадцать работ, в том числе три программных комплекса и база данных прокатных профилей, зарегистрированные в ГосФАП СССР.

Объем работы. Диссертация объемом 149 стр. состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка и приложений.

СОДЕЕНАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Содержание его, в основном," раскрыто при описании актуальности темы.

В первой главе выполнен анализ методов оптимального проекти- . рования несущих конструкций, ■ приемлемых для кузова вагона, с.Фор— мулированы цель и задачи исследований.

Существующее в настоящее время большое число способов снижения металлоемкости несущих конструкций можно классифицировать по нескольким подходам, среди которых наиболее эффективным является применение методов, основанных на принципах математического моделирования и направленных на отыскание более оптимальных топологической схемы конструкции и параметров. Эти методы подраяде-ляотся на два больших класса: аналитические (непоисковне) и поисковые. Поскольку несущая конструкция кузова вагона представляет собой статически неопределимую систему с большой степенью стати-

ческой неопределимоеги, применить для оптимизации ее параметров аналитические методы не представляется возможным. Поэтому в диссертации уделено внимание подходу, основанному на принципах математического моделирования с использованием поисковых методов нелинейного программирования.

В главе рассматриваются вопросы, связанные с оптимизацией параметров сечений стержневых элементов несущей конструкции кузова вагона. В'качестве функции цели принимается объем металла упомянутых элементов. Дается описание ограничений, характерных для несущей конструкции кузова. Наиболее важными являются ограничения ' по прочности и конструктивные ограничышя на габаритные размеры сечений несущих элементов. Проверка выполнения этих ограничений в процессе оптимизации является обязательной, а выполнение остальных ограничений должно проверяться лишь на заключительном этапе.

Проведенный анализ литературных источников полазал, что для оптимизации несущих конструкций кузовов вагонов ( а также судовых и авиационных конструкций) в настоящее время разработаны и применяются несколько модификаций метода проектирования дискретно рав-ноналрякенной конструкции (метода пересчета), который относится к методам нелинейного программирования. Достоинствами этого метода являются относительное быстродействие и достаточная эффективность. В качестве недостатков мсено назвать неочевидную сходи -димость процесса оптимизации и связанную с этим неприемлемость метода б раде случаев Сптл определенном способе назначения олтта-зируе!££х пигментов), .а таете .невозможность оптимизации прокатннх и комбинированных профиле!. Проблема разработки методики, ппзволя-■ вщей устранить указанные недостатки, является актуальной.

Существенный вклад в разработку методов оптимизации параметров несущих конструкций вагонов внесли ученые МИПТа, ДИЛТа, ЛИИЖТа, ВНИИВа, отраслевого отдела ВШИВ в г.Креыенчуге, ШШ и др

Отмечаются работы, выполненные в БИТМе по созданию методики оптимального проектирования несущих конструкций кузовов вагонов.

Для достижения цели, поставленной в диссертационной работе, было принято необходимым решить следующие задачи :

1. Разработать и практически реализовать на ЭВК методику, позволяющую проводить оптимизацию как сварных, так и прокатных элементов несущей конструкции кузова вагона при произвольном назначении групп оптимизируемых элементов.

2. Определить наиболее эффективные для несущих конструкций кузовов вагонов алгоритмы оптимизации.

3. Осуществить экспериментальную проверку принятой математической модели объекта оптимизации.

4. На основе усовершенствованной методики выполнить оптимизз-цио несущей конструкции кузова крытого грузового вагона и дать рекомендации по снижении её металлоёмкости.

Во второй главе даётся описание структуры разработанной базы данных прокатных профилей и разработанных алгоритмов оптимизации, а также приводятся результаты анализа их эффективности на примере расчётов несущей конструкции кузова крытого грузового вагона.

База данных прокатных профилей (регистрационный номер 50В90000012 в ГосФЛП СССР) соответствует реляционной модели данных и реализована в виде совокупности логически связанных файлов. Ьаза данных предназначена для информационного обеспечения оптимизации прокатных элементов в несущей конструкции кузова. Допускается использование базы данных в составе учебных и промышленных систем автоматизированного проектирования. Структуру базы далных предложил автору И.Е.Федосюк. Используемая версия базы датгьс: содержит информацию о восьми типах прокатных профилей и может быть легко ориентирована на номенклатуру проката любого вагоностроитзльного завода.

Разработчике б диссертации 13 алгоритмов оптимизации стро-

ятся по схеме двойного итерационного цикла. На внешн&м цикле во всех алгоритмах анализируется напряженное состояние несущей конструкции по МКЭ, а на внутреннем - определяется форма и размеры поперечных сечений стержневых оптимизируемых элементов.

Особенности разработанных алгоритмов оптимизации следующие.

Модификация метода проектирования дискретно равнонапряжен -ной конструкции (метода пересчета) отличается от ранее используемых тем, что на внутреннем цикле двухитерационного процесса ис -пользуется метод наискорейшего спуска. Оптимизируемыми являются сварные л гнутые элементы несущей конструкции. Для расчета напряжений в сечениях оптимизируемых элементов используются интегральные характеристики внутренних усилий, полученные при прочностном расчете конструкции на внешнем цикле. Возможность изменения упомянутых интегральных характеристик на следувдей итерации учитывается путем использования 10-процентного штрафа значений допускае- • ыых напряжений на внутреннем цикле. В начале процесса наискорейшего спуска сечения оптимизируемого элемента сводятся к минимально допустимым конструктивным размерам. В каждом сечении вычисляются значения максимальных напряжений, которые мгаут превышать допуска^ емые. Если максимальные напряжения в сечении больше допускаемых, каждый элемент сечения получает поочередно одинаковое приращение площади. При вариациях площади кавдого элемента сечения вычисляются изменения максимальных напряжений. Известно, что функция уменьшается наиболее быстро в направлении вектора антиградиекта. для наиболее быстрого снижения максимальных напряжешй вычисляются компоненты вектора антиградиента функции напряжений. При этом используется конечно-разностная аппроксимация частных производных:

_ Д (отах Д

£1 =--=г , (I)

где А<этах - изменение максимальных напряжений в сечении.

Каждый элемент сечения получает приращение, и его новая площадь становится равной

где Ьр - величина рабочего шага, принята равной 0,1 см^.

Наращивание элементов сечения производится с учетом конструктивных ограничений и прекращается, когда максимальные напряжения станут меньше допускаемых на 10 процентов. Так на внутреннем цикле изменятся параметры сечений всех оптимизируемых элементов. Далее на внешнем цикле повторяется прочностной расчет по ЩЭ. Процесс оптимизации прекращается, если изменение целевой функции (массы стержневых элементов) стало на очередной итерации меньше наперед заданной малой величины или в неоптимизируемом элементе напряжения превысили допускаете.

В главе приводится также изложение разработанных алгоритмов метода покоординатной оптимизации. Главной их особенностью.является то, что на каждой итерации варьируются параметры только одного элемента, либо группы элементов. Оптимизируются сварные, гнутые и прокатные элементы. Очередность оптимизации группы определяемся по следующему показателю:

= - -ф^-) (3)

[ф

где ПЦ - масса элементов I -ой группы; J - случай нагрузки (расчетный режим норм), при котором в С -ой группе возникли максимальнее напряжения. Наивысший приоритет получает группа, имеющая максимальнее значение К с . Таким способом достигается наиболее-значительное изменение функции цели на первых итерациях оптимизационного процесса. Сварные и гнутые элементы изменяются по схеме метода наискорейшего спуска, описанной выше. При вариации прокатного профиля на внутреннем цикле происходит обращение к базе данных. Номер'профиля изменяется на единицу, считывается информация о его параметрах, проверяется выполнение конструктивных ограничений, и управление предается во внешний цикл. В процессе оптимизации прокатных элементов предусмотрена возможность замены одного типа продля на другой. Процесс оптимизации заканчивается после вариации всех оптимизируемых групп.

С целью уточнения направления поиска разработан алгоритм направленной покоординатной оптимизации. Главным отличием его является то, что после кавдой итерации (в связи с перераспределением максимальных напряжений в статически неопределимой системе несущей конструкции кузова) вычисляются заново приоритеты оптимизации групп, и варьируется кандый раз группа, имеющая наивысший'приоритет. Если при ее вариации нарушаются ограничения, рассматривается следующая по приоритету группа. В результате при приближении к ло кальному оптимуму просматриваются все группы.

Для анализа возможности выхода полученной поисковой точки, характеризующей вариант несущей конструкции, из зоны локального оптимума в сторону глобального оптимума разработан комбинированный алгоритм покоординатной -оптимизации. На первом этапе реализуется алгоритм простого покоординатного поиска, в результате которого получается вариант конструкции, соответствующий первому локальному оптимуму, Затем этот вариант- подвергается оптимизации на

Ii

■ правленным покоординатном методом. В итоге получается варйант, соответствующий другому локальному оптимуму, в котором значение целевой функции может быть меньше. "

Описанные алгоритмы реализованы в двух программных комплексах: PROFI (регистрационный номер U88I04 в ОФАП Минвуза СССР) и PROF2 (per. й 1,188103). Блок-схема программы PROF2 представлена на рис. I.

В диссертации разработаны девять алгоритмов метода градиентного поиска, которые различаются по способам выбора направления поиска и определения величины рабочего шага. Оптимизируются сварные и гнутые элементы. В начале итерационного процесса параметры сечений оптимизируемых элементов принимаются равными минимально допустимым. Осуществляется расчет на прочность по МКЭ на все варианты нагрузок, предусмотренные нормами расчета и проектирования вагонов. Для всех групп определяются максимальные напрязбния и вариант нагрузки, при котором они возникает. Площади поперечных. сечений оптимизируемых элементов каядой группы поочередно увеличиваются, исходя из условия увеличения объема металла группы на одну условную единицу. ■ йорШруются новые сечения элементов группы, при этом используется метод наискорейшего спуска. Осуществляется расчет па прочность по LSG на тот вариант нагрузки, при котором в варьируемой группе"возникли наиболее опасные напряаения. После пробных вариаций для каядой группы вычисляются компоненты вектора антаградкента. При этом используется конечно-разностная-аппроксимация частных производных: .

* До/t A<o2i

Блок-схема программы РйОР2

13 . _ &(эП.о

АУс

Л //й<зп.1\2 /дсзяС]^

VIЛV// 1 ЛУ2/ '

Здесь /Т. - количество варьируемых групп; ДСэЛ. ¿ - изменение максимальных напряжений в груше с номером ГЬ , вызванное вариацией I -ой группы.

Величина рабочего шага Ьр может определяться по одному из трех принципов:.

- по условии вывода на уровень допускаема напряжений той-группы, где превышение напряжений над допускаемыми максимально (либо минимально);

по условии вывода на уровень допускаемых напряжений той ■ группы, в которую зребуется добавить минимальный для этого обгем металла.

Во всех случаях используется зависимость:

. Ь-^-гП .

где Д V* - изменение объема материала ведущего элемента из условия вывода напряжений в,нем на уровень допускаемых; 8') - ко!л-понент вектора антиградиен!га группы, в которую входит ведущий элемент; - удельный вес материала группы, в которую входит

ведущий элемент.

Таким образом, величина рабочего шага на каждой итерации различна и зависит от того, насколько далеки до допускаемых напряжения в ведущем элементе, номер которого может меняться также после каждой итерации. Затем масса материала всех оптимизируемых элементов получает рабочее изменение:

m.L(rL*1} = mi(n) + Ejtp ' (6)

и осуществляется расчет на прочность по ЖЭ на все заданные варианты на1рузок. Процесс оптимизации заканчивается при условии выполнения установленных ограничений.

Алгоритмы градиентного метода предусматривают два принципа выбора направления поиска: вывод напряжений на уровень допускаемых во всех группах одновременно, либо в одной из групп. Кроме того, алгоритмы различаются по количеству пересчетов компонентов вектора антиградиента, определяющих наиравлеггпе двпгсения поисковой точки :

- однократное определение компонентов с последующим уточнением (наискорейзий спуск);

- пересчет компонентов вектора антиградаента после каждой итерации;

- пересчет компонентов после группы итераций, когда изменяет-, ся номер ведущего элемента. .

Далее в главе 2 приводится описание особенностей алгоритма градиентного поиска и способа уточнения компонентов вектора антиградиента при его использовании.' Предлагаемая модификация упомянутых компонентов позволяет ускорить ход процесса оптимизации несущей конструкции кузова вагона. . ■

Достоинством алгоритмов градиентного метода является то, что учитывается взаимное влияние изменений параметров сечений стержневых элементов в статически неопределимой системе несущей конструкции кузова.

Описанные'алгоритмы градиентного метода реализованы в преградим кож-ексе GRACIENT (регистрационный номер MSSI05

в ОФАП Минвуза СССР). Блок-схема комплекса программ представлена на рис. 2.

Особенностью упомянутых комплексов программ ( PROF I, PROF2, GRADIENT ) является наличие развитой файловой системы, позволяющей применять для оптимизации несущей конструкции кузова вагона различные комбинации разработанных алгоритмов.

Далее в главе 2 представлен анализ результатов оптимизации несущей конструкции кузова крытого грузового вагона различными методами. Дается описание критериев, используемых при сравнении методов. Результаты оптимизации, приведенные на рис. 3, позволяют сделать следующие выводы.

I. Модификации градиентного.метода по сравнении о методом пересчета позволяют получать более оптимальный по массе вариант конструкции при значительно больших.затратах машинного времени.

' 2. Наиболее эффективным для- оптимизации несущих конструкций рассмотренного класса является метод направленного покоординатного поиска.

В тштьей главе изложены методика и результаты экспериментальной проверки математической модели, используемой для анализа напряженного состояния при осуществлении оптимизации несущей конструкции кузова вагона.

В качестве объекта исследований выбран кузов крытого грузового вагона Алтайского вагоностроительного завода. При проведении эксперимента использована модель кузова грузового вагона, которая относится к тому же классу, что'и исследуемый объект. Исследования, выполненные в ЫГШе под руководством про<|ессора E.H.Никольского,'показали, что использование моделей для эксперимента в ряде случаев бывает целесообразнее испытаний- натурного обрасца, по -скольку позволяет решить более обширный круг задач, связанных с особенностями моделирования эксплуатационных нагрузок и конструк-

Блок-схема программы йЯАЩЕМТ

с

Начало

Ввод исходных данных «1

ПК

Уменьшение параметров сечений до минимальных

Расчёт на прочность по УКЭ — на все варианты нягрузок

Начало цикла по пробным

вариациям групп_

Едкнг'тное изменение объёма _металла группы_;

Расчет по ЫКЗ, определ.йё'к

Окончание цикла по пробным вариациям групп__

Определение ведущего элем. и величины рабочего дага £р

Определение компонентов вектора антиградиента €.1

Рабочее изменение площадей пгг?+<> - тс^+е.^

Расч. по ЫКЗ на все вар, нагр.

Ряс. 2

Сопоставление эффективности алгоритмов оптимизации

алгоритмы метода проектирования дискретно равнонапряжённой конструкции (метода пересчёта); алгоритмы градиентного метода; алгоритмы метода покоординатного поиска.

1,2-

3...7 -Ь , 9 -

Рис. 3

18 ,

тгвныкп: ессбеввостягзг"объекта исслидеемого типа. Креме того, иэ-гото5лиг»е еодвлг ь испытательного стенда дешеале- создания экспе-^и&естзлЕгогс натурного образца кузова вагона.

Экспериментальные исследования выполнены в два этапа.

На первом этапе осуществлен анализ влияния различной степени дискретизации несуще;: конструкции на результаты расчета напряже- . Ешй в стержневых элементах; Для сопоставления результатов расчетов назначена две расчетные схемы, различающиеся размера!.® конечных элементов. Первая схема состоит из ИЗ конечных элементов, вторая -из 136. Выполнены расчеты несущей конструкции по каждой схеме на три варианта нагрузки, соответствующей нормам. В каздой расчетной схеме усилия одинаковы и приложены в одних и тех же узлах. Сопоставление результатов расчетов показало, что расхождение значений максимальных напряг.энзй ес всех несущих элементах кузова (кроме концевой балки раг.я.') при рассмотренных режимах нагрузки не прева-шзет 5 процентов, Еелячины максимальных напряжений в концевой балке, различающиеся на 8 процентов, в сравнении с максимальными -напряжениями в других элементах, не являются наиболее опасными. ' На основании изложенного сделан вывод о том, что способ разделения несущей конструкции на крупные конечные элементы является более предпочтительным для получения значений максимальных напряжений при анализе напряженно-деформированного состояния в оптимизационных расчетах несущих конструкций кузовов вагонов рассмотренного класса, т.к. обеспечивает необходимую точность расчета и требует меньших затрат машинного времени.

На втором этапе исследований произведена оценка приемлемости вьбранной расчетной схемы путем сопоставления результатов физического эксперимента с результатами расчетов. Приводится обоснование необходимости физического эксперимента. Дается описание псследуо-мой модели., исгитательного стенда г измерительной аппаратуры. При-

7 У

ведены результата измерения напряжений в исследуемых сечениях стержневых элементов и в обшивке тензометрическим методом, а такие результаты расчета по выбранной схеме мКЭ на тот же вариант нагрузки.

Далее в главе 3 отмечается, что для оценки приемлемости расчетной схемы оказывается недостаточным сопоставление результатов экспериментальных я расчетных значений напряжений в отдельных точках. Показано, что для более полной оценки выбора расчетной схемы необходимо сопоставлять не только напряжения в отдельных точках, но и внутренние силы (их интегральные характеристики) в сечениях несущих элементов, а также осредненные эшоры распределения напряжений по сечениям кузова.

Анализ сопоставления результатов экспериментальных и расчетных 'значений напряжений и интегральных характеристик внутренних усилий в сечениях модели кузоЕа вагона показал, что используемая расчетная схема позволяет с удовлетворительной для практики'точностью выполнять анализ напряженно-деформированного состояеия при оптимизации параметров несущей конструкции кузова крытого грузового вагона рассмотренного типа.

"етвертая глава посвящена применению разработанной методики для оптимизации несущей конструкции перспективного кузова крытого грузового вагона.

На основании выполненных исследований, результаты которых представлены в главах 2 и 3, предлагается усовершенствованная методика оптимизации параметров сечений стержневых элементов в несущей конструкции кузова крытого грузового вагона, представляющая собой вариант метода направленного покоординатного поиска.

Далее в главе 4 приводится описание объекта исследований, в качестве которого принят кузов крытого грузового вагона мод. 11-271 Алтайского вагоностроительного завода. Дается описание

разработанной расчетной схемы метода конечных элементов для анализа напряженно-деформированного состояния несущбй конструкции кузова в процессе выполнения оптимизации. Описана постановка задачи оптимизации и приведены результаты двух вариантов оптимизационных расчетов, которые выявили возможность уменьшения массы несущих элементов рамы на 350 кг, в том числе прокатных элементов - на 225 кг. При годовой программе выпуска 6000 вагонов экономия металла составит 2100 тонн.

Разработанные рекомендации по снижению металлоемкости несущей конструкции кузова крытого грузового вагона.модели 11-271 переданы для внедрения на Алтайсгий вагоностроительный завод.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ■ •

1. На осноие анализа методов оптимального проектирования, приемлемых для кузовов загонов, сделан вывод об актуальности совершенствования методики параметрической оптимизации с целью получения более оптимальных конструкций по сравнению с получаемыми в настоящее время.

2. Разработана реляционная база данных прокатных профилей, применяемых в вагоностроении.

3. Разработаны и реализованы на ЭВ1.1 13 алгоритмов оптимизации несущей конструкции кузова вагона, включающие алгоритмы метода проектирования дискретно равнонапряжонной конструкции, методов покоординатного и градиентного поиска.

4. В результате применения разработанной базы данных и алгоритмов метода покоординатного поиска достигнута возможность оптимизации прокатных профилей в несущих конструкциях кузовов вагонов.

5. База данных прокатных профилей и три программных комплекса вкл/зчавгае 13 упомянутых алгоритмов, зарегистрированы в Отраслевом фонде алгоритмов и программ ыпнвуза СССР. Программы написаны

о

на алгоритмическом языке ФОРТРАН, рассчитаны на реализацию в среде операционной системы ОС ЕС версии 4.1 и еишё на ЭЕ" с объемом оперативной памяти не менее 512 килобайт. Реализация программ соа-монна также и в среде системы виртуальных машин.

6. Выполнен анализ эффективности разработанных алгоритмов оптимизации параметров сечений стержневых элементов несущей конструкции кузова. Сделан вывод о целесообразности использования метода направленного покоординатного поиска при оптимизации несущей конструкции кузова крытого грузового вагона Алтайского вагоностроительного завода. ,

7. Выполнены исследования влияния различной степени дискрета- ' зации расчетной схемы несущей конструкции кузова крытого грузового вагона на результаты расчета максимальных напряжений в сечениях стержневых элементов. Сделан вывод о приемлемости расчетной схемы, состоящей из крупных конечных элементов.

8. Проведен физический эксперимент на модели кузова крытого грузового вагона, подтверждающий удовлетворительную для практики точность используемой расчетной схемы МКЭ.

9. С учетом разработанных алгоритма и программы покоординатного метода осуществлена оптимизация несущей конструкции перспективного кузова грузового вагона Алтайского вагоностроительного завода. Выявлена возможность снижения металлоемкости на 350 кг, в том числе прокатных элементов - на 225 кг. Рекомендации по уменьшению массы несущих элементов рассмотренного кузова переданы для Енедрения на Алтайский вагоностроительный завод.

10. Применение разработанной методики оптимизации несуще;"? конструкции кузова вагона позволяет получать более оптимальный по массе результат по сравнению с используемым в настоящее врем ме--тодом проектирования дискретно равяокапряжекноЯ конструкции.

По основным положениям диссертации опубликованы следушие

работы:

I. Лозбинев В.П., Лозбинев Ф.Ю. Влияние технологической поги-би обшивки на напряжения в элементах кузовов вагонов // Автоматизация расчетов прочности грузовых вагонов. - М.: ЦНИИТЗИтяжмаш, 1985.- Сер. 5. - Вып. 10. - С.З.

2/ Лозбинев В.П., Лозбинев Ф.Ю. Анализ расчетных схем и методов расчета 'вагонных рам // Вопросы прочности и оптимального проектирования-вагонных конструкций. - Брянск, БИТМ, 1966. - С. 4554. - Деп. в ЦНШТЭИтякмаш № 181ЙШ.

3. Лозбинев В.П., Лозбинев Ф.Ю. Анализ методов оптимизации несущих конструкций кузовов грузовых вагонов // Прогнозирование прочности и надежности вагонных конструкций. - М.: ЦНИИТЭИтяжмап, 1987. - Сер. 5. - Вып. 8 - С. 1-2. „

4. Лозбинев Ф.Ю., Лозбинев В.П. Оптимизация несущей конструкции кузова вагона по минимуму массы прокатных профилей Дез. докл. конф. "Вопросы качества, надежности, прочности и долговечности машиностроительной продукции". - Калинин, 1987, -С. 104-108.

5. Лозбинев В.П., Лозбинев Ф.Ю. Особенности оптимального проектирования кузовов вагонов // Проблеет механики железнодорожного транспорта Дез. докл. Всесоюзной конференции. - Днепропетровск, ДИИТ, 1988. - С. 143.

6. Лозбинев Ф.Ю. Вариант базы данных прокатных пройилей для оптимального проектирования вагонных конструкций. - Брянск, БИТМ, 19Ь£./ ГосФАП СССР, 1989. - Per. № 50890000012.

7. Лозбинев В.П., Лозбинев Ф.Ю. Комплекс программ для оптимизационных расчетов вагонных конструкций покоординатным методом в сочетании с методом конечных элементов. - Брянск, Б1ТМ, 1966.

/ ГосФАП СССР, 1969. - Per. № 50690000015.

8. Лозбинев В.П., Лозбинев Ф.Ю. Комплекс программ для оптимизационных расчетов вагонных конструкций методами нелинейного прог-

рармирования в сочетании с методом конечных элементов. - Брянск, БИТЫ, 1986. / ГосФАП СССР, 1989 .- Per. * 50690000013.

9. Лозбинев В.П., Лозбинев 4.Ю. Комплекс программ для опткаи-зационных расчётов вагонных конструкций градиентным иетод:.м в сочетании с методом конечных элементов. - Брянск, Б/Ж, 1988.

/ ГосФАП СССР, 1989. - Per. * 50890000014.

10. Лозбинев Ф.Ю. СПтимальное йроектирование несущих конструкций кузовов вагонов с использованием базы данных прокатных профилей. - Брянск, БИТМ, 1988. г 19 с. - Деп. в ЩШ-.ТЭЙтяжмап

27I-TM-68.

11. Лозбинев Ф.Ю. Совершенствование методов оптимизации несущих конструкций кузовов вагонов /Гез. докл. конф. "Вопросы качества, надёжности, прочности и долговечности машиностроительной продукции". - Калинин, 1989. - С. 44-48.

12. Лозбинев В.П., Лозбинев Ф.Ю. Использование модификаций метода градиентного поиска'для оптимизации несущей:конструкции " кузова вагона. - Ы.: ЦИИИТЗИтяжмаш, 1989.,-' & 9-69-7.

Лозбинев Фёдор Ьрьевич

Совершенствование методики оптимального проектирования несущей конструкции кузова вагона.

05.22.07 - Подвижной состав железных дорог и тяга поездов