Моделирование процесса развития внутреннего давления в котле цистерны и напряженного состояния днища при маневровом соударении

• Автор: Богачев, Вячеслав Иванович
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 173 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Обзор исследований нагруженности котлов цистерн с жидким грузом. Анализ существующих методов и моделей
1.1 Структура исследования нагруженности внутренним давлением котла цистерны при маневровом соударении
1.2 Анализ моделей и методов исследования движения жидкости в полостях твёрдых тел
1.3 Анализ моделей и методов расчёта гидравлического удара
1.4 Обзор исследований динамики и нагруженности вагонов-цистерн
1.5 Выводы
2 Математическое моделирование нагруженности котла железнодорожной цистерны от гидроудара при маневровом соударении
2.1 Моделирование маневрового соударения вагона-цистерны
2.2 Моделирование работы поглощающих аппаратов автосцепного устройства..
2.3 Моделирование колебаний жидкого груза в котле вагона-цистерны
2.4 Моделирование гидравлического удара и определение величины давления на днище
2.5 Выводы
3 Результаты моделирования нагруженности котла вагона-цистерны от гидроудара при маневровом соударении
3.1 Оценка достоверности разработанной методики моделирования маневрового соударения
3.2 Результаты моделирования маневрового соударения
3.3 Выводы
4 Определение напряжённо-деформированного состояния котла цистерны от воздействия гидроудара и оценка влияния конструктивных форм днпща
4.1 Расчётная схема объекта исследования и принятые допущения
4.2 Исходные уравнения теории оболочек

4.3 Конечные элементы и аппроксимация
4.4 Принцип возможных перемещений и разрешающая система уравнений
4.5 Выбор размера конечных элементов и проверка адекватности модели
4.6 Оценка влияния вылета днища на НДС котла цистерны при действии внутреннего давления
4.7 Выбор оптимального варианта формы днища для котла цистерны при действии внутреннего давления
4.8 Результаты расчётов НДС днища котла с рациональным очертанием меридиана от давления гидроудара при маневровом соударении
4.9 Выводы
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность темы исследования. Создание новых современных конструкций вагонов невозможно без внедрения в практику инженерных расчётов более совершенных методов определения нагруженности их кузовов, в частности котлов цистерн, от действия различных динамических нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации и, в том числе, при выполнении маневровых операций. Ввиду того, что котлы современных железнодорожных вагонов-цистерн для компенсации увеличения объёма груза при изменении температуры заполняют с частичным недоливом, действие этих нагрузок приводит к колебаниям свободной поверхности жидкости, что, в свою очередь, оказывает влияние на динамику и нагруженность несущих элементов конструкции вагонов-цистерн.
Величина недолива определяется свойствами перевозимого жидкого груза и техническими требованиями его транспортировки. Чем меньше эта величина, тем больше воздействие жидкости на котёл, особенно неблагоприятное при выполнении маневровых работ. При маневровом соударении наиболее нагруженной частью котла является его днище, максимальное давление на которое со стороны жидкого груза при высоких скоростях соударения определяется величиной давления гидравлического удара. Учитывая, что маневровые работы, несмотря на требования «Правил технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации», по ряду причин по-прежнему выполняются с превышением скорости соударения, величина этого давления будет довольно велика.
Кроме того, соударения с высокими скоростями часто приводят к повреждению вагонов. Повреждения, приводящие к разливу перевозимого в цистернах опасного груза, наносят вред окружающей среде и могут представлять угрозу жизни и здоровью людей. Поэтому определение нагруженности котла цистерны с учётом влияния перевозимого груза при ударных воздействиях является важной и актуальной задачей. При этом необходимо проводить

разрывов сплошности потока жидкости, переходные режимы работы водонапорных установок. Наибольшее распространение получили методы сеток и характеристик. В методе сеток производные дифференциальных уравнений движения жидкости аппроксимируются конечными разностями. Вводится сетка, часто прямоугольная, в осях продольная координата - время. Решения в узлах сетки получают по известным функциям в соседних узлах. Задачу решают послойным вычислением для каждого момента времени с заданным шагом. Решение задач неустановившегося напорного движения жидкости в трубопроводах методом характеристик рассмотрено в [51].
Для решения задач транспортной техники могут использоваться различные полуэм лирические методы учёта гидроудара. Так, А .О. Шимановский на основе результатов вычислительных экспериментов на ЭВМ предложил способ учёта давления гидроудара, который может быть использован, если движение жидкости в резервуаре транспортного средства заменено колебаниями грузов на пружинах. При замачивании потолка резервуара вводится дополнительная экспоненциальная функция увеличения жесткости пружин при увеличении смещения груза. Этот способ использован при моделировании гидроудара в котлах автомобильных цистерн в работе [62].
Методы расчёта гидроудара в котле железнодорожной цистерны приведём в следующем подразделе.
1.4 Обзор исследований динамики и нагруженпости вагонов-цистерн
1.4.1 Обзор работ по нагруженности котлов вагонов цистерн
В вагоностроении тонкостенные оболочки вращения используются в качестве несущих элементов котлов. Следует отметить сложность конструкции котла и разнообразие воздействий, испытываемых им в процессе эксплуатации. К тонкостенным конструкциям предъявляются жёсткие требования в отношении