Введение к работе
з ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность задачи. Вагоностроение является одной из крупнейших отраслей машиностроения, на нужды которого расходуется большое количество металла Создание конструкций кузовов вагонов с минимальной металлоемкостью с учетом необходимых ограничений является актуальной задачей Получение оптимальных конструкций представляет собой усовершенствованный подход к проектированию машин и имеет преимущества по сравнению с традиционным проектированием При применении методов оптимального проектирования появляется возможность более эффективно использовать расходуемый металл на создание конструкций
Развитие знаний в области вагоностроения привело к появлению современных конструкций вагонов, особенностью которых является использование в качестве основного несущего элемента тонкой гофрированной обшивки в виде оболочки В процессе изготовления обшивки и при сборке кузовов с несущей обшивкой неизбежно появление технологической погиби Появление технологической изогнутости обусловлено многими факторами допусками, сваркой, сборкой и пр Актуальной является задача оценки влияния изогнутости на несущую способность конструкции кузова вагона и учет этого влияния в процессе оптимального проектирования
Теория оптимального проектирования интенсивно развивается и к настоящему времени в области параметрической оптимизации накоплен опыт решения различных технических задач Вместе с тем актуальной задачей остается разработка метода параметрической оптимизации конструкции кузова, учитывающего изогнутость элементов конструкции
Анализ напряженно-деформированного состояния изогнутых несущих элементов имеет особенности В связи с этим в данной работе предлагается следующая методика учета погиби стержня в процессе па-
раметрической оптимизации конструкции кузова Изогнутый стержень моделируется прямым стержнем с эквивалентными жесткостными характеристиками На каждой итерации уточняются напряжения в зависимости от величины прогиба Устойчивость изогнутого стержня оценивается иначе, чем в случае прямого стержня, поскольку стержень с погибью с самого начала нагружения испытывает деформации изгиба С учетом вышеперечисленных особенностей анализа напряженно-деформированного состояния изогнутых элементов конструкции, необходимо разработать алгоритм оптимизации параметров поперечных сечений несущих элементов кузова для получения конструкции с меньшей металлоемкостью и с допускаемой регламентированной погибью
Цель диссертационной работы - разработать методику оценки прочности и устойчивости несущих элементов кузовов вагонов, имеющих изогнутость, разработать алгоритм оптимизации конструкций кузовов вагонов по критерию минимума металлоемкости исходя из прочности, устойчивости с учетом изогнутости несущих элементов, усовершенствовать программный комплекс для реализации алгоритма оптимизации, исследовать влияние изогнутости на напряженно-деформированное состояние кузова вагона
Общая методика исследований. Общая методика исследований строится с использованием современных методов строительной механики, теории устойчивости и теории оптимального проектирования конструкций Анализ напряженно-деформированного состояния кузова вагона осуществлялся методом конечных элементов (МКЭ)
Научная новизна диссертации. Разработана методика оценки прочности и устойчивости изогнутых стержневых элементов кузовов вагонов Предложен алгоритм параметрической оптимизации, учитывающий технологическую погибь и ограничения по прочности, устойчивости, а также конструктивные Определена неблагоприятная форма изогнутости Разработана специальная математическая модель гофрирован-
ной обшивки, на основе которой произведена оценка влияния величины погиби на напряжения в гофрах и пластинах обшивки между гофрами С помощью численных экспериментов исследовано влияние изогнутости металлического настила пола на напряжения в балках рамы Определены оптимальные параметры несущих элементов кузова пассажирского вагона с учетом изогнутости несущих элементов
Практическая значимость работы и ее внедрение. Предлагаемые в диссертации методика уточнения напряжений в изої нутых несущих элементах, алгоритм оптимизации и подпрограмма учета заданной погиби позволяют снизить металлоемкость конструкции и учесть отрицательное влияние технологической изогнутости Применение результатов исследований и полученных методик позволите определить вариант оптимальной конструкции кузова с меньшей массой Результаты исследований переданы для внедрения на ЗАО УО «Брянский машиностроительный завод» и используются в учебном процессе по специальности 190302-Вагоны
Апробация и публикация результатов работы. Основные положения диссертации докладывались на III Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития вагоностроения» в 2006г, на XVIII Международной интернет-конференции молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения «МИКМУС-2006» По результатам диссертационной работы опубликовано 9 статей, в том числе в журналах «Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения», «Железнодорожный транспорт» рекомендованных ВАК для публикации результатов диссертаций по специальности 05 22 07
На защиту выносятся:
-
методика оценки прочности и устойчивости несущих элементов кузовов вагонов, имеющих изогнутость,
-
алгоритм оптимизации конструкций кузовов вагонов по критерию
6 минимума металлоемкости исходя из прочности, устойчивости с учетом изогнутости несущих элементов,
-
программный комплекс для реализации алгоритма оптимизации,
-
результаты оптимизации кузова пассажирского вагона,
5) результаты исследований влияния технологической погиби на на
пряженно-деформированное состояние конструкции кузова
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введе
ния, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 124
наименований Общий объем диссертации составляет 133 страницы,
включает 66 рисунков, 6 таблиц и 3 приложения
Автор выражает благодарность к т н , доц Лагутиной А А за научные консультации в процессе выполнения диссертационных исследований
