Оптимизация несущих систем кузовов вагонов с учетом технологической изогнутости их элементов

• Автор: Лукин, Ярослав Александрович
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Брянск
• Количество страниц: 132 с. : ил.

Введение

Глава 1. Обзор выполненных исследований по тематике диссертации

1.1. Анализ опубликованных работ, посвященных оптимальному проектированию конструкций
1.2. Обзор опубликованных работ по анализу напряженного состояния конструкций с учетом начальной изогнутости несущих элементов.

1.3. Цель исследований. Постановка задачи и принятые ограничения.

Глава 2. Теоретические основы анализа напряженного состояния и устойчивости несущих элементов кузова вагона с учетом их начальной изогнутости.

2.1. Причины изогнутости несущих элементов

2.2. Анализ наиболее неблагоприятной формы изогнутости гоф

2.3. Определение максимально допустимой стрелы изогнутости

2.4. Определение максимально допустимого смещения дуги крыши.

2.5. Анализ устойчивости гофров обшивки с учетом начальной изогнутости.

2.6. Определение геометрических характеристик сечений дуг и стоек, исходя из критической жесткости
2.7. Разработка математической модели для анализа напряженного состояния и устойчивости несущих элементов кузова вагона с учетом начальной изогнутости.
2.8. Определение расстояния между стойками и дугами.
2.9. Определение расстояния между осями гофров
2 Описание программного комплекса.
Глава 3. Разработка методики оптимизации несущей системы кузова
вагона с учетом изогнутости несущих элементов
3.1. Анализ приемлемых методов оптимизации.
3.2. Математическая постановка задачи оптимизации
3.3. Алгоритм оптимизации
3.4. Блоксхема подпрограммы оптимизации кузова вагона с учетом изогнутости несущих элементов
Глава 4. Применение разработанной методики для оптимизации несущей системы кузова пассажирского вагона
4.1. Проверка алгоритма и программного комплекса.
4.2. Определение критической жесткости стоек и дуг.
4.3. Определение напряженного состояния кузова вагона с учетом изогнутости несущих элементов.
4.4. Оптимизация размеров поперечных сечений несущих элементов
Глава 5. Анализ влияния изогнутости несущих элементов на их оптимальные параметры .
5.1. Зависимость оптимальных параметров от величины изогнутости несущих элементов.
5.2. Анализ оптимальной величины изогнутости.
5.3. Влияние изогнутости на устойчивость несущих элементов.
5.4. Влияние изогнутости на усилия по продольным кромкам гофра и на нормальные усилия к поверхности обшивки
5.5. Влияние изогнутости металлического настила пола на напряжения в балках рамы.
Заключение
Литература


Даны рекомендации по формированию расчетных моделей кузовов вагонов на базе МКЭ. Выполнен анализ способов оптимизации параметров сечений стержневых несущих элементов кузовов вагонов и даны рекомендации по целесообразному способу. Коненковой Н. И. разработан вариант методики оптимизации кузовов грузовых вагонов по критерию минимума затрат в сфере производства, включающий алгоритмы структурной и параметрической оптимизации, а также написана программа входящая в программный комплекс Лозбинева ФЛО. Афонина Е. В. впервые предложила вариант методики параметрической оптимизации кузовов вагонов с учетом ограничений по прочности и живучести несущих элементов . С использованием реализованного в программном комплексе алгоритма оптимизации предложена схема выбора оптимального варианта конструкции с учетом экономической эффективности проекта. В работе Милаковой усовершенствована методика оптимизации несущих конструкций кузовов вагонов, разработан алгоритм и программный комплекс для выполнения оптимизационных расчетов кузовов по критерию минимума массы металла при ограничениях по прочности и устойчивости несущих элементов. Разработан вариант методики оптимизации кузовов вагонов с учетом ограничений по прочности и устойчивости несущих элементов, включающий алгоритмы структурной и параметрической оптимизации кузовов с тонкой несущей подкрепленной обшивкой, алгоритмы оценки устойчивости обшивки с учетом возможной технологической погиби, а также программный комплекс для выполнения оптимизационных расчетов кузовов на современных электронновычислительных машинах. В качестве координат параметрической оптимизации выступают оптимизируемые группы несущих элементов конструкции, которые назначаются непосредственно перед процессом оптимизации из конструктивных или технологических соображений. Предложены два алгоритма оптимизации, различие которых заключается в процедуре выстраивания очереди на оптимизацию групп несущих элементов. Синициным В. В. разработана специальная пластинчатостержневая конечноэлементная модель гофрированной обшивки кузова, учитывающая особенности конструкции и работы гофра . Проведено исследование применимости предлагаемой модели. Исследовано распределение нормальных напряжений по сечениям гофрированной обшивки кузовов грузовых вагонов рефрижераторных секций РС4 и РС5. Исследована устойчивость гофрированной панели с полукруглыми гофрами, получен коэффициент корректировки критической силы по Эйлеру. Исследовано влияние начальной погиби гофров на устойчивость гофрированной обшивки. Кобищанов В. В. и Ломаков П. С. разработали методику оптимизации параметров кузова пассажирского вагона блочной конструкции с учетом предварительного напряжения его узлов . Оптимизация кузова проводилась по критерию минимума металлоемкости с учетом ограничений по прочности и устойчивости, а также конструктивных ограничений. В.В. Лукин предложил метод определения оптимальных параметров вагона на ранних стадиях проектирования . Функция цели в виде приведенных затрат является функцией трех переменных длины, высоты и базы кузова. Считается, что выбор оптимальных габаритных размеров кузова связан с анализом тары, в связи с чем используется приближенный способ анализа. Предполагается, что зависимости моментов инерции от площадей являются линейными, поскольку считается, что геометрические характеристики сечений несущих элементов изменяются только за счет толщины. Для определения оптимальных параметров сечений используется метод пересчета, в результате напряжения в элементах становятся близки к допускаемым. Такой способ анализа подходит для определения оптимальных габаритных размеров, однако для снижения массы кузова необходим более глубокий анализ напряженнодеформированного состояния конструкции. Работа Сорокиной С. В. посвящена автоматизации определения оптимальных параметров сечений несущих элементов кузовов вагонов, предложен алгоритм, построенный на использовании МКЭ и принципа дискретной равнопрочности при двойном итерационном цикле оптимизации массы кузова.