Analysis of stress state of passenger car bodies

Abstract

EN: The overwhelming majority of compartment cars owned by Ukrzaliznytsia JSC were manufactured in Germany in the 70-80s of the last century. They have exhausted their resource. The metal structures of the frame and body are badly worn. Extending the service life of such cars requires a thorough study of the possibilities of their further use. The article discusses the results of an analysis of the stress-strain state of passenger car bodies. A three-dimensional model of the body was built. Body strength calculations were performed using the finite element method using the ANSYS software package. The racks and upper trim of the side walls, roof arches, etc. were considered as rods. The body frame, substructure, side wall cladding, end walls, roof cladding and floor deck were modeled using plate finite elements. Calculations were carried out in accordance with the requirements of current regulatory documents. The maximum speed was assumed to be 160 km/h. The developed model was verified. The results obtained were compared with the results of experimental studies (strength tests). The similarity of the results confirmed the correctness of the created model. A study was carried out of the stress-strain state of the body at nominal sizes with standard skin thicknesses. It has been established that the stresses arising in the most loaded areas do not exceed the permissible values for structural steels. The resulting model of the body will subsequently make it possible to determine the wear limits of the load-bearing structures of the frame and body. It also allows, using the calculation-probabilistic method, taking into account the probabilistic nature of all existing loads, to calculate the reliability indicators of the car and its final life.

UA: Переважна частина купейних вагонів власності АТ Укрзалізниця була виготовлена у Німеччині у 70- 80-х роках минулого століття. Вони вичерпали власний ресурс. Металоконструкції рами та кузова сильно зношені. Продовження терміну служби таких вагонів потребує ретельного вивчення можливостей їхнього подальшого використання. У статті розглянуто результати аналізу напружено-деформованого стану кузовів пасажирських вагонів. Побудовано тривимірну модель кузова. Розрахунки кузова на міцність виконувались методом скінчених елементів за допомогою програмного комплексу ANSYS. Як стрижні розглядалися стояки та верхня обв'язка бічних стін, дуги даху і т. д. Рама кузова, нижня обв'язка, обшивка бічних стін, торцеві стіни, обшивка даху та настил підлог моделювалися за допомогою пластинчастих скінчених елементів. Розрахунки проводилися відповідно до вимог чинних нормативних документів. Максимальна швидкість руху приймалася рівною 160 км/год. Було здійснено верифікацію розробленої моделі. Отримані результати порівнювали з результатами експериментальних досліджень (випробувань міцності). Подібність результатів підтвердила правильність створеної моделі. Проведено дослідження напружено деформованого стану кузова при номінальних розмірах зі стандартними товщинами обшиви. Встановлено, що напруги, що виникають у найбільш навантажених місцях, не перевищують допустимі значення конструкційних сталей. Отримана модель кузова надалі дозволить визначати граничні величини зношування несучих конструкцій рами і кузова і розраховувати розрахунково-імовірнісним методом з урахуванням імовірнісного характеру всіх навантажень, що діють, показники надійності вагона і його остаточний ресурс.