Комп’ютерне моделювання навантаженості рами вагона з наповнювачем в хребтовій балці

Abstract

UA: Проведено комп’ютерне моделювання навантаженості рами вагона з наповнювачем в хребтовій балці. Розрахунок здійснений в програмному комплексі SolidWorks Simulation, який реалізує метод скінчених елементів, на прикладі напіввагона. До уваги прийнятий найбільш несприятливий випадок навантаження рами напіввагона – маневрове співударяння. При цьому враховано, що на задній упор автозчепу діє повздовжнє навантаження у 3,5 МН. Наявність матеріалу з в’язкими властивостями в рамі моделювалася постановкою зв’язків “пружина-демпфер” між задніми упорами автозчепів за допомогою опцій програмного комплексу. Результати розрахунку дозволили встановити, що максимальні прискорення зосереджені в середній частині рами напіввагона і складають близько 38 м/с2 . Верифікацію сформованої моделі здійснено за критерієм Фішера, шляхом співставлення двох вибірок, отриманих математичним та комп’ютерним моделюванням. Максимальний відсоток розбіжності склав 5,7% та виникає при силі удару в автозчеп 2,9 МН. Розраховано основні показники міцності рами напіввагона. Максимальні еквівалентні напруження при цьому зафіксовані в зоні взаємодії хребтової балки зі шворневою та склали 298,5 МПа, що на 9% нижче за напруження, які виникають в конструкції рами без наповнювача. Максимальні переміщення зафіксовані в середній частині рами та дорівнюють 7,6 мм, що на 11% нижче за переміщення в конструкції рами без наповнювача. Дана реалізація є ефективною стосовно впровадження і на інших типах вантажних вагонів. Результати розрахунку їх рам на міцність показали, що максимальні еквівалентні напруження нижчі на 4 – 7% за ті, що виникають у типових конструкціях рам. Проведені дослідження сприятимуть зменшенню навантаженості несучих конструкцій вагонів, покращенню їх втомної міцності, ресурсу експлуатації та зменшенню витрат на утримання.

EN: Computer simulation of loading of car frame with filler in a ridge beam is done. Calculation is carried out in SolidWorks Simulation software package which implements finite element method by the example of a gondola car. The worst case of gondola frame loading - shunting collision - is taken into consideration. It is considered that there is a longitudinal load of 3.5 MN on the rear coupler stop. The presence of material with ductile properties in the frame was modeled by setting up "spring-dampener" links between the rear coupler stops with the help of software package options. Results of calculation let establish that maximum accelerations are concentrated in the middle part of the gondola frame and make about 38 m/s2 . Verification of the formed model was carried out by Fisher's criterion, by comparing two samples obtained by mathematical and computer modeling. The maximum discrepancy percentage was 5.7% and occurs at an impact force of 2.9 MN in the coupling. Basic indexes of gondola frame strength are calculated. Maximum equivalent stresses at that are fixed in the area of back beam and kingpin interaction and are 298.5 MPa, which is 9% lower than stresses which occur in frame structure without filler. The maximum displacements were recorded in the middle part of the frame and were 7.6 mm, which is 11% lower than the displacements in the unfilled frame design. This implementation is effective for implementation on other types of freight cars as well. The results of their frame strength calculation showed that maximum equivalent stresses are lower by 4 - 7% than those which occur in typical frame constructions. Carried out researches will help to decrease load-bearing structures of wagons, to improve their fatigue resistance, service life and to decrease the maintenance costs.