Оценка нагруженности полувагона для перевозки технологической щепы

Объект исследования: полувагон для перевозки технологической щепы.

Результаты, полученные лично автором: проведен анализ напряженно-деформированного состояния объекта исследования новой конструкции, дано заключение о соответствии объекта требованиям проектирования.

Конструкция кузова полувагона для перевозки технологической щепы симметрична относительно оси пути и по длине. В связи с этим, расчетная схема представляет собой ¼ часть.

На первом этапе моделирования геометрии были построены срединные плоскости для всех несущих элементов. Определены координаты точек геометрической неоднородности. По чертежам, разработанным раннее, определена топология конструкции и выбран предполагаемый максимальный размер конечного элемента.

Для упрощения процесса создания в дальнейшем сетки конечных элементов необходимо было учесть зоны пересечения и наложения элементов в реальной конструкции, и создать грани пересечения.

Следующим этапом при формировании расчетной модели явилось наложение сетки конечных элементов – пластин на поверхности графических плоскостных примитивов. Максимально возможный размер прямоугольной пластины 50х50 мм. При данном размере расчетная схема избавляется от лишнего числа конечных элементов и узлов, это в свою очередь позволяет снизить вычислительные затраты и затраты времени на обработку результатов расчетов по заданным режимам нагружения. Получены следующие характеристики конечноэлементной схемы: число конечных элементов – 24373, число узлов расчетной схемы – 24529. На рис. 1 представлена разработанная схема МКЭ.

Сводные значения нормальных напряжений в среднем сечении расчетной схемы кузова полувагона для перевозки технологической щепы представлены в табл. 1.

Анализируя полученные результаты можно сделать вывод о том, что максимальные нормальные напряжения для всех режимов нагружения не превышают допускаемых, равных 296 Н/мм² (сталь 10Г2БД 375 класса прочности) – I РР, 200-210 Н/мм².

В зонах приложения продольных нагрузок наблюдается местный рост эквивалентных и нормальных напряжений, как следствие концентрации в зоне приложения узловых сил.

Помимо этого, в узле соединения шкворневой балки с хребтовой также наблюдается рост напряжений, объяснить который можно концентрацией напряжений в прямых углах соединений.

Рис. 1. Расчетная схема МКЭ полувагона для технологической щепы

Таблица 1

Значения нормальных напряжений в среднем сечении по режимам нагружения, Н/мм²

№ п/п	Верхняя точка	Нижняя точка	Максимальные
1	-4.73	2.19	23.98
2	-50.5	144.5	260,4
3	-18.1	-124	246,3
4	-79.6	81	218,3
5	-65.7	-8	197,3

1 – собственный вес кузова; 2…5 – 1…3 расчетные режимы (растяжение-сжатие).

В целом оценивая, напряженно-деформированное состояние можно сделать вывод об адекватности расчетной схемы ¼ части кузова полувагона для перевозки технологической щепы, в сравнении с приближенным расчетом кузова как единого бруса.

Напряжения не превышают допускаемых величин. Деформации составили следующие значения: 1 – й РР растяжение – 14.4 мм; 1 – й РР сжатие – 7.67 мм; 3 – й РР растяжение – 17.47 мм; 3 – й РР сжатие – 14.46 мм.

Спроектированная конструкция кузова полувагона для перевозки технологической щепы удовлетворяет условию прочности «Норм проектирования вагонов».

Материал поступил в редколлегию 28.04.2017

УДК 629.4

А.В. Попковский, Д.В. Володин

Научный руководитель: доцент кафедры «Подвижной состав железных дорог», к.т.н. В.А. Симонов

popkav@ya.ru