Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния железнодорожных колес для оценки их работоспособности

• Автор: Шевченко, Константин Викторович
• Шифр специальности: 01.02.06, 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Брянск
• Количество страниц: 145 с.

1. ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ КОЛЕСОМ И МЕТОДЫ ИХ РЕШЕНИЯ. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АРЯЖЕП1ЮДЕФОРМИРОВА ИНОГО

СОСГОЯНИЯ УПРУГИХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1 .Общие принципы, программный комплекс ГМЕет

2.2.Локальные матрицы жесткости конечных элементов

2.2Л. 4х узловой конечный элемент

2.2.2. 8ми узловой конечный элемент

2.2.3. 6ти узловой конечный элемент

2.2.4. Ферменный конечный элемент

2.3.Логический контактный элемент 2.4.Организация хранения матриц жесткости на магнитном носителе
2.5. И с п о л ьзо ва н и е к вал рати ч н ы х юТеМкьГх ко неч н м х эл е м е I то в 2
2.6.Генерация расчетных схем
3. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ КОНТАКТНЫХ ЗАДАЧ В СИСТЕМЕ ЖЕЛЕЗIЮДОРОЖНОЕ КОЛЕСО РЕЛЬС 3 I
ЗЛ .Быстрые алгоритмы решения не герце вс кой контактной задачи 3 I
3.2.Решение нормальной контактной задачи для колеса и рельса с использованием упрощенной модели
3.3.Решение контактной задачи с помощью МКЭ
3.3.1. Нормальная и касательная задачи
3.3.2. Итерационный релаксационный метод решения
4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗА1 ИЯ АЛГОРИТМОВ РЕШЕИЯ КОНТАКТ 1ЫХ ЗАДАЧ И ИХ ТЕСТИРОВАНИЕ
4. . Нормалы 1 ыи коптакт
4.2.Распределение касательных усилий под действием нормальной и касательной силы
4.3.Распределение касательных усилий при качении
З
4.4.Решение контактной задачи с помощью квадратичных элементов
5. РИМЕ1 ЛЕНИН РАСЧЕТА НАГ 1РЯЖЕ1НОДЕФОРМИРОВАН ЮГО СОСТОЯНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ РАБОТОСГ ЮСОБНОСТИ
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС
5.1 .Исследование прочности прессового соединения колеса и оси 5.2.Оценка усталостной долговечности колеса
5.2.1. Определение НДС колес различных диаметров
5.2.2. Оценка усталостной долговечности
5.2.3. Расчет колеса метро по вероятностному методу
5.3. апряжения в области контакта колесного центра и обода
5.4.Моделирование контактного взаимодействия обода и рельса
5.4.1. Описание профилей контактирующих тел
5.4.2. Результаты решения задачи контактирования колеса и рельса
5.4.3. Создание математической модели параметров контакта колеса
и рельса
5.5.1 рименение математической модели контакта для оценки износа железнодорожного колеса I
ОСЮВ1ЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ


Большинство из них сводятся к определению области геометрического пересечения профилей контактирующих деталей, после чего происходит корректировка зоны контакта в сторону уменьшения и расчет давлений. Использование подобных теорий позволяет определять не только нормальные, но и касательные напряжения. Задача определения распределения касательных давлений при качении и скольжении колеса в линейной постановке была решена Калкером Дж. И хотя, как утверждают некоторые авторы 4, эта модель применима только для малых скоростей проскальзывания, во многих исследованиях она успешно применяется и по сей день. В целом по стране решением контактных задач занимается лишь несколько школ. Можно отметить школы, сформировавшиеся в Воронеже Ромалис Б. П. 2, Днепропетровске Александров А. И., Грачев В. Ф. , , Мо
скве Горячева И. Г, Крагельский И. В. , , , , Ростове Александров В. М., Ворович НИ. Бабешко В. Д. , СанктПитербурге Яковлев В. Ф. 2. Одна из таких школ сформировалась в Брянске под руководством Сакало В. И. , 3, 4, 5, 5, 4. Оригинальный алгоритм позволил решить большое количество различных задач, однако это не вполне подходит для расчета железнодорожною колеса. Задачами контактирования колеса и рельса занимались Александров А. И., Бергандер Б. Грачев В. Ф., Горячева , Жаров НА. Колесова . Комаровский И. А., Конькова Г. Е., Кумар С. Нефцгер А. Марков Д. П., МелентьевЛ. П., Мирза Л. М., Морэ А. Мюллер Р. Пиотровски Дж. Порошин . I., Сейбот П. Трофимов А Н. До сих пор остается актуальным вопрос износа колес, и в первую очередь, вопрос подреза гребней. Эта проблема возникла после изменения ширимы колеи с до мм, перехода на рельс Р с объемной закалкой и отказа от подшипников скольжения. Данной проблематикой занимались как в теоретической постановке вопроса, так и в практической. При этом исследовались новые профили колес, новые конструкции гребнесмазывателей, варианты закалки бандажа и обода. Эти вопросы в своих работах рассмотрели Алимов . Андреев А. И., Беляев А. И., Буйносов А. П., Воробьев . Горский А. В, ГребенюкМ. П., Гуоужеи Дз. Дмитриев В. Б., Емельянов Ю. В., Есаулов В. Г., Исаев П. П., Калихович В. Карпущенко 1. И., Клинский . Козлов И. В., Козубенко И. Д., Козырев В. А., Комаров К. Л., Корольке Е. П., Коршунов Т. Н., Кузнецов . Курасов Д. А., Ларин Т. Н., Лири Дж. Ф., Луцев В. Маркин П. П., Марков Д. П., Меншутии . Мямлип В. В, Неглинский В. В., Никифоров Б. Д., Панькин . Пашолок И. Л., Пономаренко М. Д., Проскуряков С. П., Родионов А. М., Самохин Е. Н., Севрюкова В. В., Седов В. И., Сиаоке Ц. Староселецкий М. М., Сунгуров . Турков А. И., Тютин В. П., Филиппов В. П., Харитонов В. Б., Цюренко В. П., Шевченко Е. И., ироглазов В. В., Шишакин В. Школьник Л. М., Шпехт В. В большинстве работ при оценке износа предпринимается попытка построения эмпирических зависимостей для определения износа колес бандажей и только в работе Шпехта В. При этом используются распределения нормальных сил, однако, не учитывается упругое проскальзывание крип. Несмотря на большое внимание, оказываемое колесу как объекту исследования как на теоретическом, так и на экспериментальном уровне, не все задачи, связанные с железнодорожным колесом получили свое решение. При этом, повышенный износ, наблюдаемый в последнее время, колес приводит большим материальным затратам, для снижения которых необходимо иметь методики оценки как усталостной долговечности, так и износа, что, в свою очередь, требует определения НДС железнодорожного колеса с учетом всех факторов. Именно в связи с этим совершенствование методик расчета железнодорожных колес представляется актуальной проблемой. Как видно из описания работ, встречающихся в открытой печати, сделано уже достаточно много. Однако, эти частные задачи чаще всего решаются независимо друг от друга. Целыо данной работы является определение напряженнодеформированного состояния железнодорожных колес различных конструкций в наиболее общем случае с учетом натяга в сопряжении колесоось, контактного взаимодействия колесобандаж кольцо и контактирования обода бандажа и рельса с учетом геометрии контактирующих поверхнос тей для оценки работоспособности железмодорожн ых колес.