Дослідження міцності обшивки даху вагона-хопера із композиційного матеріалу

Abstract

UA: У статті наведено результати дослідження міцності обшивки даху вагона-хопера для перевезень зерна. При цьому для зменшення його тари та можливого збільшення вантажопідйомності запропоновано впровадження у якості обшивки даху композиційного матеріалу. Дослідження проведено на прикладі даху вагона-хопера моделі 19-7016. Оскільки каркас даху виготовлено зі сталі, яка є ізотропним матеріалом, а обшивка – із композиту, який має ортотропні властивості, то розрахунок обшивки на міцність здійснено окремо від каркасу. При цьому використано метод скінчених елементів, який реалізовано в програмному комплексі SolidWorks Simulation. Розрахунок проведено за критерієм максимальних напружень. До уваги прийнято основні схеми навантажень даху в експлуатації: дія вертикальних сил на дах; дія двох сил по 1,0 кН кожна, розподілених на площадці 0,25 м х 0,25 м і прикладених на відстані 0,5 м одна від одної; дія снігового навантаження; дія зовнішнього тиску у 30 кПа. При складанні скінчено-елементної моделі застосовані тетраедри. Закріплення обшивки здійснювалось в зонах її прилягання до каркасу за периметром, а також в зонах обпирання на підкладні листи. Результати розрахунків показали, що міцність даху при всіх розглянутих схемах навантажень забезпечується. Максимальні напруження в обшивці виникають при дії на неї зовнішнього тиску у 30 кПа і складають 104,4 МПа, що нижче за допустимі.

EN: OF A HOPPER WAGON MADE OF COMPOSITE MATERIAL The article presents the results of a study of the strength of the roof covering of a hopper car for grain transportation. In order to reduce its tare and possibly increase its carrying capacity, it is proposed to introduce a composite material as a roof covering. The study was carried out on the example of the roof of a hopper car model 19-7016. Since the roof frame is made of steel, which is an isotropic material, and the lining is made of a composite with orthotropic properties, the strength calculation of the lining was performed separately from the frame. The finite element method was used, which is implemented in the SolidWorks Simulation software package. The calculation was performed according to the maximum stress criterion. The main schemes of roof loads in operation were taken into account: the effect of vertical forces on the roof; the effect of two forces of 1.0 kN each, distributed on a 0.25 m x 0.25 m area and applied at a distance of 0.5 m from each other; the effect of snow load; the effect of external pressure of 30 kPa. Tetrahedrons are used when building a finite-element model. Fastening of the cladding was carried out in the areas of its adjacency to the frame around the perimeter, as well as in the areas of abutment on the supporting sheets. The results of the calculations showed that the strength of the roof is ensured under all the considered loading schemes. The maximum stresses in the cladding occur when it is subjected to an external pressure of 30 kPa and amount to 104.4 MPa, which is lower than permissible.