Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем Заглядова, Надежда Александровна

Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем
<
Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Заглядова, Надежда Александровна. Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем : диссертация ... кандидата технических наук : 05.22.07 / Заглядова Надежда Александровна; [Место защиты: Моск. гос. ун-т путей сообщ. (МИИТ) МПС РФ].- Москва, 2012.- 120 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-5/2088

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Краткий анализ работ, посвященных расчётам напряжённо деформированного состояния кузовов вагонов 7

Глава 2. Формирование расчётной модели кузова пассажирского вагона 16

Глава 3. Экспериментальные данные и результаты расчётов 42

Глава 4. Оценка общего напряжённо - деформированного состояния кузова двухэтажного вагона 66

Глава 5. Оценка динамических характеристик кузова двухэтажного вагона 94

Глава 6. Оценка напряжённо-деформированного состояния простенков кузова пассажирского вагона 104

Заключение 111

Литература 114

Введение к работе

Актуальность темы диссертации. В последнее время большинство задач по расчёту кузовов и других частей вагона, рассматриваемых в качестве континуальных объектов, успешно решается с применением конечно-элементных промышленных программных средств. Однако, формирование конечно-элементной схемы, её расчётная реализация, анализ полученных результатов - это трудоёмкий и длительный процесс, сопряжённый с большим количеством расчётных операций. Аналитические методы расчёта более наглядны и понятны конструкторам. Результаты расчётов позволяют быстро получить представление об общем напряженно-деформированном состоянии конструкции. Сопровождение конечно-элементных расчётов аналитическими даёт возможность отследить технические ошибки, неизбежно возникающие при формировании сложных конечно-элементных схем. Необходимость в корреляции результатов расчёта дискретной и континуальной модели особенно актуальна при создании конструкций новых пассажирских вагонов, так как в чистом конечно-элементном моделировании можно потерять важные особенности работы конструкции.

Целью работы является уточнение аналитического метода, основанного на применении многослойных балочных схем, для расчёта несущих кузовов пассажирских вагонов, получение результатов, характеризующих работу кузова как сложной конструкции от действия нормативных нагрузок, оценка взаимовлияния параметров элементов конструкции, оценка частот собственных колебаний для определения работоспособности конструкции в динамике.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

  1. Разработка вычислительного алгоритма решения уравнений, описывающих напряжённо-деформированное состояние многослойной балочной схемы, в применении к кузовам одноэтажного и двухэтажного пассажирских вагонов.

  2. Расчёт и сопоставление результатов по одноэтажному кузову пассажирского вагона с экспериментальными данными от воздействия нормативных видов на-гружения.

  3. Оценка частот собственных колебаний двухэтажного кузова вагона. Исследование возможностей возникновения резонансов.

4. Формирование расчётных зависимостей для оценки напряжённого состояния
межоконных простенков и анализ полученных результатов.

5. Расчёт и оценка общего напряжённого состояния кузова опытного двухэтажно
го вагона, изготовленного «Тверским вагоностроительным заводом» модели 61-
4465.

Объект исследования: несущие, воспринимающие все виды нагрузок кузова пассажирских вагонов.

Научная новизна работы: Уточнены основанные на применении моделей многослойных балок уравнения статической и динамической нагруженности, разработан подход к оценке напряжённо-деформированного состояния межоконных простенков. Впервые получены результаты расчётов несущих поясов на нормативные виды нагрузок с учетом рассмотрения кузова пассажирского вагона как многослойной балки. Осуществлена оценка взаимовлияния изменения характеристик несущих элементов кузова. Установлены значения частот собственных колебаний кузова двухэтажного вагона.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

  1. Принятая модель несущих кузовов пассажирских вагонов позволяет достаточно точно оценить их общее напряжённо-деформированное состояние, что имеет важное значение для принятия основных конструкторских решений по выбору характеристик несущих поясов и межоконных простенков.

  2. При расчёте кузова пассажирского вагона с использованием вычислительного алгоритма решения уравнений для схемы многослойной балки удаётся оценить изгиб продольных осей несущих поясов кузова, а при оценке динамических характеристик кузова - формы его колебаний, что существенно дополняет информацию о работе конструкции.

  3. Применение данной модели позволяет снизить затраты на проведение натурных испытаний.

  4. Результаты решения аналитической модельной задачи по кузовам пассажирских вагонов могут быть тестовым примером при формировании сложных конечно-элементных моделей.

  5. Предложена схема использования метода перемещений в расчётах кузовов пассажирских вагонов как многослойных балок, которая позволяет эффективнее решать задачи их динамики.

Достоверность разработанных положений подтверждена результатами тестовых расчётов и сопоставлением с результатами испытаний.

Реализация результатов работы. Материалы работы использовались для разработки предложений, связанных с конструктивными изменениями кузова с целью снижения его массы и сохранения прочностных характеристик. Кроме того, результаты нашли применение в учебном процессе на кафедре «Вагоны и вагонное хозяйство» МИИТа.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на IX Международной научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» МИИТ, 2008г., г.Москва; на научно-практической конференции Неделя науки - 2009 «Наука МИИТа - ТРАНСПОРТУ» МИИТ, 2009г., г.Москва; на международной научно-практической конференции «Транспорт XXI века: Исследования. Инновации. Инфраструктура» УрГУПС, 2011г., г.Екатеринбург; на заседаниях кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» МИИТа в 2009-2011гг., г. Москва.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ в виде статей и тезисов докладов, в том числе 4 публикации в журналах, входящих в перечень рекомендованных изданий ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объём работы -120 страниц машинописного текста, 49 рисунков, 6 таблиц. Библиографический список включает 62 наименование.

Краткий анализ работ, посвященных расчётам напряжённо деформированного состояния кузовов вагонов

Можно считать, что уравнениями (2.14) осуществляется описание состояния системы, когда она находится в уравновешенном состоянии, а решение уравнений определяет характер искривления центральных осей сечений несущих поясов и их продольных перемещений. При полном конечно-элементном расчёте, чтобы получить картину перемещений этого вида, будет необходимо производить какую-то дополнительную обработку результатов решений, так как они не будут «привязаны» к центральным осям сечений поясов. Искривление контуров поперечных сечений, особенно при действии локальных нагрузок, сопряжено с появлением дополнительных внутренних самоуравновешенных усилий, которые накладываются на балочные, полученные из рассмотрения общего равновесия системы.

Интересно отметить, что, очевидно, систему уравнений (2.14) можно получить классическим способом, с использованием уравнений равновесия бесконечно-малого элемента многослойной балки (статических уравнений), уравнений деформаций (геометрических уравнений) и уравнений закона Гука (физических уравнений). Однако этот подход был бы гораздо сложнее и более трудоёмким, чем вариационный метод, который был использован выше. В задачах динамики искомые перемещения w,- и nt будут функциями двух переменных, пространственной х и времени t.

Для вывода уравнений динамики следует воспользоваться уравнениями (2.3), в которые входит плотность кинетической энергии Т системы. Поскольку было предположено, что простенки (упругие слои между несущими поясами) безынерционны, плотность кинетической энергии можно представить как:

Уравнения (2.17) отличаются от уравнений (2.14) тем, что в них учтены силы инерции, связанные с изменением во времени перемещений несущих поясов - первое слагаемое уравнений (2.17).

Их можно было получить, не обращаясь к уравнению (2.3), из уравнений статики (2.14) прибавлением к ним этих сил инерции. Представим расчётную схему кузова в виде: Ез, Із, F Рис 2.1. Расчётная схема двухэтажного вагона как пятислойной балки Нагрузка q3 определяется собственным весом третьего несущего пояса; q2 - определяется собственным весом элементов пола и рамы второго этажа (или, иначе говоря, весом второго несущего пояса), весом пассажиров с багажом; qx - собственным весом первого несущего пояса, весом пассажиров и багажа, размещённого на уровне этого пояса.

В формуле (2.18) а - расстояния от торцевой стены, соответственно, до начала скользуна, Ь -до концевой его части. Реакция опор обеспечивает равновесие системы.

Продольные нагрузки будем считать приложенными к нижнему поясу в зоне упорных угольников автосцепного оборудования и распределёнными по их длине. Выбор положения нагруженного участка устанавливается по виду нагрузки - сжимающая или растягивающая.

Здесь с - расстояние до начального сечения установки угольника; d - до концевого сечения; ракша нагрузка соответствующего расчётного режима.

В случае одностороннего удара или рывка знаменатель формулы (2.19) следует уменьшить в два раза.

Определившись с выбором расчётной схемы кузова двухэтажного пассажирского вагона, рассмотрим возможные варианты построения решения системы уравнений (2.14), обеспечивающего анализ напряжённо-деформированного состояния такой конструкции.

Один вариант анализа - применение для интегрирования метода прогонки с ортогонализацией. Последняя необходима потому, что можно наперёд утверждать, что простое сведение этой задачи к задаче с начальными условиями (метод Эйлера) не обеспечит устойчивого решения, т.к. в решении системы уравнений (2.14) будут содержаться быстро изменяющиеся функции (балка на упругом основании). Можно воспользоваться методом сеток, построив конечно-разностный шаблон системы уравнений, и, как и в методе конечных элементов, сформировать с его помощью систему алгебраических уравнений, моделирующую рассматриваемый объект.

Можно, аппроксимируя полиномами Эрмита выражения для перемещений несущих поясов и, используя принцип минимума полной потенциальной энергии, получить матрицу жёсткости для этого объекта, имеющего три несущих пояса, а затем сформировать конечно-элементную модель.

Перечисленные формы алгебраизации задачи достаточно трудоёмки. Наименее трудозатратным будет решение уравнений с помощью метода Бубнова-Галёркина.

Если принять жёсткость несущих поясов постоянной по всей длине кузова, и принять постоянными по длине характеристики упругих слоев между поясами, то, имея в виду сформулированные выше граничные условия, аппроксимацию перемещений целесообразно представить одинарными тригонометрическими рядами: wim иш - коэффициенты рядов перемещений номерат; і - номер пояса. Система уравнений будет иметь шестой порядок, правая часть этой системы будет отражать нагрузки, учитываемые в выбранной расчётной схеме. Для упрощения записи в дальнейшем опустим индекс m и будем иметь в виду, что все рассуждения связаны с коэффициентами рядов перемещений i-тых поясов, а затем и усилий

Формирование расчётной модели кузова пассажирского вагона

В этом случае в рядах перемещений потребуется учитывать коэффициенты всех номеров ряда, т.к. графики изменения по длине схемы усилий и перемещений не будут иметь симметрии или кососимметрии.

Выше были приведены все необходимые соотношения для расчёта статического или квазистатического (удар - рывок) напряжённо-деформированного состояния схемы, моделирующей работу кузова двухэтажного вагона. Эти соотношения легко трансформируются в расчётные зависимости для обычного (одноэтажного) вагона.

Такой результат достигается следующим образом: в матрице (2.23) надо обнулить элементы матрицы реакций sy и ру , а в векторе нагрузок убрать компоненты, относящиеся к верхнему несущему поясу. В результате такой трансформации будет образована система из четырёх уравнений относительно четырёх перемещений, определяющих работу этих несущих поясов одноэтажного вагона. В этой системе Е212 и E2F2 , относящиеся к полу второго этажа, должны быть заменены на жёсткости Е313 и E3F3 верхнего пояса.

Если найти перемещения в узлах простенков (что сделать достаточно несложно, подсчитав перемещения при задании соответствующих координат узлов), то при известных матрицах реакций простенков можно оценить напряжённо-деформированное состояние элементов этих простенков. В этом случае будем иметь полную картину напряжённо-деформированного состояния кузовов, что было произведено в главе 6.

На этом завершим описание процедуры статического и квазистатического расчётов модели кузова двухэтажного вагона и перейдём к вопросам динамики и устойчивости.

Для расчётов кузова вагона в динамической постановке следует обратиться к уравнениям (2.17). При анализе этих уравнений можно оценить напряжённо-деформированное состояние, если заданы внешние воздействия как функции времени, а, кроме того, рассмотрение однородных уравнений (2.17) позволяет установить частоты собственных колебаний кузова как конструкции с распределёнными параметрами.

Если нагрузки, представляющие правую часть уравнений, меняются по гармоническому закону с заданной частотой сов, то при установившихся колебаниях, и перемещения, и внутренние усилия, будут иметь тот же характер изменения во времени, т.е. будут иметь ту же частоту колебаний.

При аппроксимациях кинематических и силовых факторов формулами (2.33) система уравнений (2.17) сводится к системе алгебраических уравнений относительно коэффициентов рядов перемещений wim, ит. Они будут зависеть от частоты сов . Матрица коэффициентов системы уравнений относительно w,m. "„„ бУДет иметь вид (2.34).

Решив систему уравнений с матрицей коэффициентов вида (2.34), получим коэффициенты рядов, аппроксимирующих перемещения при динамической нагрузке, а затем и усилия, и напряжения. о

Воспользовавшись полученными решениями для динамической задачи, можно найти скорости движения, при которых наступает резонансный режим для случая подпрыгивания. При переборе скоростей движения в резонансе будет наблюдаться резкий рост амплитуд перемещений.

Можно более просто определить резонансный режим, отыскав собственные значения матрицы (2.23). Тогда будет возможно установить и номер члена ряда, и, следовательно, форму колебаний несущих поясов модели кузова. Если обозначить j - тое собственное число как щ, то

Подводя итог изложенному выше, можно сказать, что была сформирована модель для анализа статического напряжённо-деформированного состояния расчётной схемы кузова двухэтажного пассажирского вагона, представляющей балку с тремя несущими поясами и двумя упругими слоями, обеспечивающими связь этих поясов. Модель адаптирована к расчётным оценкам динамики несущего кузова и к применению её для расчёта кузова обычного (одноэтажного) пассажирского вагона.

Необходимо отметить, что уравнения для одноэтажного вагона будут согласовываться с уравнениями, приведёнными в монографии [36]. Отличаться они будут отдельными коэффициентами, в которых устранены технические ошибки, допущенные в вышеприведённом издании [36]. Глава 3. Экспериментальные данные и результаты расчётов

В современных условиях провести дорогостоящий эксперимент по оценке адекватности расчётных и экспериментальных данных представляется невозможным. Поэтому потребовалось изыскивать сведения экспериментального характера, обращаясь к периоду устойчивого состояния экспериментальной базы, которое было в середине прошлого столетия. Брянский государственный технический университет, кафедра «Вагоностроение» как лидеры научных исследований в области пассажирских вагонов позволили воспользоваться краткими сведениями экспериментального характера, относящимися к испытаниям вагона модели 61-4447. Этот материал характеризуется информацией о напряжениях в среднем сечении кузова. Достоинство его в том, что датчики располагались симметрично по контуру поперечного сечения, а недостаток обусловлен тем, что не зафиксировано расстояние от места установки датчиков до центральной продольной оси сечения кузова. Из-за этого не представляется возможным при достаточно большом объёме экспериментальных данных установить характер распределения напряжений по высоте сечения. Графическая информация, относящаяся к эксперименту, приводится ниже.

Принимая во внимание, что рассматривается разработанный балочный расчёт кузова, можно выполнить сравнение расчётных напряжений с экспериментальными, установленными по верхнему и нижнему контурам сечения кузова. Это обусловлено тем, что, как отмечалось ранее, неизвестны расстояния между тензорезисторными датчиками на схеме их установки по вертикальным стенкам поясов. Следует обратить внимание, что напряжения на линиях, ограничивающих верхнюю и нижнюю зоны поперечного сечения, должны быть по модулю максимальными [57].

Оценка общего напряжённо - деформированного состояния кузова двухэтажного вагона

Были выполнены расчёты от нагружения вертикальной нагрузкой кузова вагона, подвергавшегося испытаниям, ниже приводятся графические материалы, иллюстрирующие результаты этих расчётов. Они отражают распределение перемещений и внутренних усилий в нижнем и верхнем несущих поясах. Характер полученных расчётных зависимостей, с учётом экспериментальных данных, говорит об эффективности предложенных моделей. На рисунках 3.9 - 3.12 приведены графики изменения перемещений и усилий по длине кузова в несущих поясах при воздействии вертикальной нагрузки. При этом, надо иметь в виду, что принятое выше правило знаков соответствует используемому в книге В.И.Феодосьева [57].

Анализ этих графиков показывает, что внутренние усилия в поясах резко меняются в зонах воздействия локальных нагрузок. Здесь они достигают своего максимума. Это присуще работе балки на упругом основании. Авторы эксперимента выбрали в качестве опасного сечения среднее сечение кузова, исходя из представления работы кузова как обычной балки на двух опорах, а не многослойной балки. Очевидно, в представлении работы кузова как обычной балки на двух опорах причина не совсем удачного выбора сечения расстановки датчиков. Целесообразней было бы измерять напряжения не в среднем, а в опорном сечении кузова. Расчёты показали, что в выбранном экспериментаторами сечении опытные напряжения удовлетворительно корреспондируются с расчётными. По расчёту в нижнем поясе на наиболее удалённых волокнах напряжения составили 8,5 МПа, в эксперименте среднее значение напряжений в нижнем контуре поперечного сечения составляло 6,7 МПа. В верхнем поясе расчёт показывает напряжения 15,8 МПа, а эксперимент 11,3 МПа. Имея информацию об уровне напряжений в рассматриваемом сечении от действия продольной сжимающей силы 2,5 МН, следует выполнить оценку соответствия расчётных напряжений от такой же нагрузки этим экспериментальным данным. Произведён расчёт, с использованием выше названных исходных данных по конструкции кузова на основе математической модели одноэтажного вагона. Для этого в векторе правой части был выполнен учёт продольной сжимающей нагрузки 2,5 МН. Ниже приводятся графики изменения дополнительных перемещений и усилий вдоль продольной оси кузова, полученные в результате этого расчёта.

Сопоставление расчётных напряжений и экспериментальных в точках установки датчиков верхнего и нижнего контуров поперечного сечения показывает, что в нижних волокнах напряжения достаточно хорошо корреспондируются. Экспериментальное значение напряжения - 137,8 МПа, а расчётное - 131,1 МПа. Для верхней зоны характер напряжений совпадает, но по модулю они рознятся более существенно и составляют 21,64 МПа в эксперименте и 25,3 МПа в расчёте.

Внутренние усилия в верхнем несущем поясе при воздействии продольной сжимающей силы: а) момент; б) продольная сила

Имея результаты испытаний кузова на продольную растягивающую нагрузку 1,5 МН, было целесообразно сопоставить результаты этих испытаний с результатами расчёта. Для этого в программе расчёта на сжатие было достаточно изменить значение расчётной нагрузки, равной 1,5 МН со сменой направления действия. Расчёты на продольную растягивающую нагрузку показали хорошую сходимость с результатами эксперимента. По верхнему контуру расчётные напряжения составляют 15,2 МПа, а экспериментальные -28,5 МПа, а по нижнему контуру расчётные напряжения равны 78,7 МПа, а экспериментальные - 78,8 МПа.

Следует иметь в виду, что сопоставление расчётных данных и экспериментальных, полученных для натурного объекта не может обеспечить полную адекватную картину, так как натурный объект имеет большое число отклонений от расчётной схемы и эти отклонения фактически невозможно учесть. В рассматриваемом случае, нижний контур поперечного сечения более жёсткий, и потому на нём меньше отражаются отклонения, связанные, например, с неровностью обшивки. Верхний контур более податлив, и несущая обшивка, имея начальное отклонение от правильной геометрии, будет заметно искажать распределение напряжений. Можно сделать общий вывод, что предложенная методика достаточно работоспособна, обеспечивает неплохое соответствие расчётных и экспериментальных данных, и потому её можно рекомендовать для проведения исследований напряжённо деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов.

Также численные эксперименты при сопоставлении с экспериментальными данными показали, что, очевидно, необходимо при подсчёте энергии учитывать энергию кузова, рассматриваемого в том числе и как однородная обычная балка. Можно предположить, что составляющую от изгиба кузова как обычной балки следует учитывать при расчёте общего напряжённого состояния. Тогда, при расчёте энергий необходимо считать энергию обычной балки Бернулли и энергии, возникающей в связи с дополнительными деформациями простенков и несущих слоев, а к шести уравнениям, описывающим пятислойную модель следовало бы, соответственно, добавить уравнение изгиба однородной балки. Кузов изгибается как балка, однако, из-за наличия податливых межоконных простенков возникает дополнительный изгиб поясов, и, поэтому, при подсчёте потенциальной энергии деформации следовало бы учитывать плотность энергии деформации кузова как чистой балки, уравнение Эйлера (минимизирующее потенциальную энергию) в этом случае привело бы к уравнению изгиба и растяжения балки с недеформируемыми простенками и к уравнениям, учитывающим дополнительный изгиб и растяжение в связи с податливостью простенков. Следовательно, требуется, в конечном счёте, определить напряжение в обычной балке и дополнительные напряжения, связанные с этим изгибом. Учёт энергии деформации кузова как обычной балки несомненно обеспечивает выполнение условий общего равновесия конструкции.

Оценка напряжённо-деформированного состояния простенков кузова пассажирского вагона

Согласно приведённым графикам перемещений можно сделать вывод, что при уменьшении жёсткости простенков в 5раз (вариант А), величина вертикальных перемещений существенно возрастает по сравнению с вертикальными перемещениями при исходной жёсткости (вариант Б). Если же увеличить жёсткость простенков в 5 раз (вариант В), вертикальные перемещения (прогибы) во всех несущих поясах снижаются, однако это происходит не в такой резкой форме, как при ослаблении промежуточного упругого слоя.

Интересно отметить, что характер и величина вертикальных перемещений по несущим поясам идентичны друг другу соответственно каждому варианту изменения жёсткости простенков.

Величина продольных перемещений несущих поясов распределяется соответственно изменению жёсткости простенков с такой же закономерностью, как и величина вертикальных перемещений: при ослаблении простенков продольные перемещения возрастают, а с увеличением жесткости простенков -снижаются. Кроме того, в нижнем несущем поясе продольные перемещения меняют знак. Изменение знака продольных перемещений в нижнем поясе относительно среднего и верхнего поясов, как уже отмечалось ранее, обуславливается выбором точки приложения внешнего воздействия и влиянием упругих промежуточных слоев межоконных простенков на распределение приложенной внешней силы по несущим поясам. Изменения внутренних усилий в несущих поясах для каждого из вариантов жёсткости простенков (уменьшенная, исходная или увеличенная) представлены на рис.4.12-4.14.

Внутренние усилия в верхнем несущем поясе при действии вертикальной нагрузки: а) моменты; б) продольные силы Согласно приведённым графикам внутренних усилий, при воздействии вертикальной нагрузки, внутренние продольные силы, возникающие в среднем и верхнем поясах, являются противоположными по знаку внутренней продольной силе в нижнем поясе. С возрастанием жёсткости простенков величина внутренней продольной силы снижается, по каждому из несущих поясов. В среднем несущем поясе продольная сила на порядок меньше, чем в нижнем и верхнем несущих поясах, и характер её изменения менее плавный. Это в очередной раз подтверждает известное теоретическое положение об отсутствии продольных смещений нейтрального слоя в случае однородной балки.

Характер изменения дополнительных изгибающих моментов идентичен соответственно их распределению по несущим поясам, причём в среднем и верхнем несущих поясах вид зависимости становится более гладким по сравнению с нижним несущем поясом, в котором явно наблюдается резкое увеличение момента в опорных зонах. Это объясняется сглаживающим эффектом из-за наличия упругих слоев между несущими поясами.

Выполним анализ влияния изменения жёсткости простенков при воздействии продольных нагрузок, рассматривая действие сжимающей силы, поскольку по величине согласно режимам «Норм....» [39], она превосходит растягивающую силу. Можно ожидать, что результаты расчёта на сжатие и результаты расчёта на растяжение будут идентичными, и, ввиду изменения направления внешнего воздействия, «зеркально» отражающими друг друга. wla (x) wl6 (x) WIB (X) CM

Перемещения в верхнем несущем поясе при сжатии: а) вертикальные; б) продольные Из полученных при расчёте на сжатие графиков перемещений видно, что продольные перемещения нижнего пояса имеют наибольшую величину, в верхнем поясе величина продольных перемещений на порядок меньше, а самые незначительные продольные перемещения - в среднем поясе. Кроме того, в верхнем поясе продольные перемещения противоположны по знаку. Эти особенности изменения обусловлены описанными ранее теоретическими положениями, и, в целом, повторяют картину изменения продольных перемещений при расчёте кузова на продольную нагрузку с исходной жёсткостью простенков. Характер изменения и величина вертикальных перемещений при сжатии идентична по несущим поясам соответственно каждому варианту изменения жёсткости простенков. Очевидно, что при продольной сжимающей силе вертикальные перемещения несущих поясов кузова очень близки к перемещениям кузова, рассматриваемого как однородная балка. Распределение перемещений по каждому варианту изменяемой жёсткости аналогично предыдущему расчёту кузова от вертикальной нагрузки: с уменьшением жёсткости в 5раз перемещения возрастают, а с увеличением жёсткости в 5 раз - уменьшаются. Смена знака продольных перемещений верхнего пояса при увеличенной в 5 раз жёсткости простенков - график б), рис.4.16 - обусловлена влиянием промежуточных упругих слоев межоконных простенков на распределение внешнего сжимающего усилия по несущим поясам.

Похожие диссертации на Аналитический расчёт общего напряжённо-деформированного состояния кузовов пассажирских вагонов на основе применения многослойных балочных схем