Прогнозирование усталостной долговечности и живучести сварных несущих конструкций пассажирских вагонов с учетом их нагруженности при движении

• Автор: Антипин, Дмитрий Яковлевич
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Брянск
• Количество страниц: 165 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Применение МКЭ для расчета несущих конструкций вагонов.

1.2 Краткий обзор исследований в области динамики вагонов.

1.3 Состояние развития механики разрушения и методов определения долговечности конструкций

1.4. Постановка цели и задач исследования.

2. МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ УСТАЛОСТНОЙ

, ДОЛГОВЕЧНОСТИ И ЖИВУЧЕСТИ СВАРНЫХ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ВАГОНОВ

2.1. Оценка динамического напряженнодеформированного состояния несущих конструкций вагонов
2.2. Оценка усталостной долговечности сварных несущих конструкций в рамках модели многоцикловой усталости
2.3. Уточненное определение коэффициентов концентрации напряжений в зонах сварных швов
2.4. Учет влияния на долговечность швов остаточных сварочных напряжений.
2.5. Расчетная программа оценки долговечности сварных несущих конструкций вагонов
2.6. Оценка живучести сварных соединений с трещиноподобными дефектами
3. РАЗРАБОТКА ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВАГОНА.
3.1. Описание объекта исследования
3.2. Построение динамической модели движения пассажирского вагона.
3.3. Формирование расчетных неровностей пути
3.4. Верификация динамической модели движения вагона
4. ОБОСНОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ КОНЕЧНОЭЛЕМЕНТНЫХ МОДЕЛЕЙ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ КУЗОВА И РАМЫ
ТЕЛЕЖКИ СКОРОСТНОГО ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА
Ф 4.1. Конечноэлементная модель несущей конструкции кузова.
4.2. Конечноэлементная модель рамы скоростной тележки
. 4.3. Верификация конечноэлементных моделей кузова и рамы тележки.
5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ И ЖИВУЧЕСТИ СВАРНЫХ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
СКОРОСТНОГО ПАССАЖИРСКОГО ВАГОНА.
5.1. Исследование усталостной долговечности сварной несущей
конструкции кузова скоростного пассажирского вагона.
5.2. Оценка живучести наиболее нагруженного сварного шва кузова с
трещиноподобным дефектом.
5.3. Исследование усталостной долговечности сварной несущей конструкции рамы тележки
5.4. Оценка живучести наиболее нагруженного сварного шва рамы тележки с трещиноподобным дефектом
5.5. Верификация предлагаемых методик оценки усталости и живучести сварных несущих конструкций вагонов.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Поскольку кузова вагонов являются сварными металлическими конструкциями, подвергающимися разрушению под действием ряда негативных факторов эксплуатации, при их проектировании необходимо применение методов механики разрушения. Бурное развитие механика разрушения получила в начале века вследствие массового развития промышленности и транспорта. A.A. Гриффитс [], предположивший, что недостаточная реальная прочность твердых тел по сравнению с теоретической связана с нарушением сплошности в виде трещиноподобных дефектов, величиной больше межмолекулярных расстояний. В основу своей теории он заложил закон сохранения энергии, полагая, что разрушение требует определенных затрат энергии, которые не могут обеспечить концентраторы в ее вершине. А для распространения трещины необходим подвод достаточной энергии. Расчет на прочность тел с трещиноподобными дефектами по методике A. A. Грифиитса, исходя из энергии деформации всего тела, оказался достаточно сложным. Развивая теорию A. A. Грифитса в рамках линейной механики, К. О. Ор-ван [] и Г. Р. Ирвин [] предложили энергетическую концепцию квазих-рупкого разрушения, позволившую широко применять теорию Гриффитса в решении инженерных задач. В основу их концепции легло предположение, что при образовании поверхностей раздела в металлах высвобождаемая энергия упругой деформации в значительной степени затрачивается на пластическое течение вершины трещины. Г.Р. Ирвин предложил описывать поля деформаций и напряжений на фронте трещины с помощью коэффициента интенсивности напряжения. Приняв, что зона предразрушения у края трещины по сравнению с длиной трещины и размером образца мала, он стал рассматривать поведение тела как в упругой задаче. Решение линейной механики разрушения в постановке задачи Ирвина явилось не полным, так как оно не содержало количественных соотношений для определения размеров образцов и трещин, удовлетворяющих условиям автомодельности. Количественные соотношения условий автомодельности для линейной механики разрушения были позднее получены А. Е. Андрейкивым []. Развивая линейную механику разрушения, H. A. Махутов [] в своей теории предложил использовать деформационный критерий разрушения. Тогда при сопоставимости размеров пластической зоны и концентратора подходы линейной механики неприменимы. Дтя решения упругопластических задач были разработаны методы нелинейной механики разрушения. В своей работе В. З Партой и Е. М Морозов [] предложили критерий трещиностойкости, назвав его «пределом трещиностой-кости», включающим критерий линейной механики разрешения, механическое свойство материала в виде предела прочности и характеристику локального напряженного состояния в виде максимального главного напряжения. Более информативный параметр достижения предельного состояния предложили в своей модели М. Я. Леонов и В. В. Панасюк [] в виде предельной деформации и связанной с ней критическим раскрытием трещины. Аналогичную концепцию позднее развивал A. A. Веллс []. Применение на практике данных концепций связано с рядом трудностей. Как результат ухода от ограничений линейной механики разрушения стали развиваться теории, в основу которых легли энергетические критерии разрушения. Одним из наиболее известных энергетических критериев является J-ингеграл Черепанова - Райса. Г.П. Черепанов в своих работах [] развил гипотезу энергетического подобия плавления и разрушения, указывающей на то, что состояние локальных объемов металла при их предельном пластическом деформировании энергетически подобно состоянию кристаллической фазы при плавлении, а при разрушении энергетическому состоянию жидкой фазы. Развитие концепций, использующих гипотезу энергетического подобия плавления и разрушения, дачи толчок формированию термодинамической теории разрушения, разделившейся на два направления, первое из которых основано на использовании энтропии [], а другое на использовании плотности внутренней энергии []. На основе термодинамического подхода к механике разрушения А. И. Олемской и И. И. Наумов разработали фрактальную теорию разрушения []. Приняв за «квант» скачка трещины минимальное межатомное расстояние, Г.