Анализ повреждаемости и оценка работоспособности несущих сварных конструкций грузовых вагонов

• Автор: Воронин, Николай Николаевич
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1994
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 348 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
А М

ОПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫ СОКРАЩЕНИЙ .

ВВЕДЕНИЕ .
I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО ДЕШ3ШРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ,

ПРОЧНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ СВАРНЫХ УЗЛОВ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ

1.1. Анализ сварных конструкций вагонов, характерных видов эксплуатационных нагружений и повреждений .
1.3. Анализ основных видов восстановления сварных кон от оукций вагонов и характерных температурных и силовых воздействий на конструкции при ремонте
1.3. Анализ существующих методов и средств для расчета напряженнодеформированного состояния , прочности и надежности сваонкх узлов при эксплуатации с учетом технологии ремонта вагонов
1.4. Анализ методов расчета на прочность элементов конструкций с трещиноподобными дефектами

1.5. Основные результаты главы 1, цель и залзчи исследования .

. РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ МЕТОДА ОПЕНКИ НДС
И ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ВАГОНОВ В УСЛОВИЯХ
УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОГ0 ДЕФОРМИРОВАНИЯ.
3.1. Метод поэтапногс расчета напряженнодесрорми
Глава
рсванного осстоякия и прочности в сложных сварных конструкциях вагонов
2.2. Разработка метода межзтапксго перехода от стержневой модели к пространственней или объемной
2.3. Разработка алгоритма вычисления граничных перемещений при межаталном переходе от стержневой модели к пространственной или объемной
2.4. Разработка алгоритма автоматической генерации сетки в зонах концентрации напряжений сварных соединений
2.5. Разработка методики уточненной оценки напря
Ж1ипТТоЛр.МТЛПП,П.аи,ИГ,ПП Г.ПГ.ТГ.СГНИЯ Т7ПТТ V ГГ Г4. У Г Г,
пластическом деформировании .
2.6. Разработка методики и расчет циклической прочности сварных соединений с использованием критерия локальных перемещений
2.7. Основные результаты и еыеоды по главе 2
РАЗРАБОТКА СИНЕРГЕТИЧЕСКОЙ КОНЦЕПЦИИ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ СВАРНЫХ УЗЛОВ ВАГОНОВ ПРИ УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОМ
ДЕФОРМИРОВАНИИ МЕТАЛЛА.
3.1. Принципы синергетики и пороговые характеристики прчнссти.
Р. р Р.арпдптУ,я пгап.тгттггь ,хррпттмих гтточм птатл
Гш Л. а Л вЛг И Г1Ж А М и 4 V 4 и
ческой и циклической прочности в сварных .элементах вагонных конструкций, имеющих трещиноподобные дефекты с учетом точек бифуркации.
3.3. Разработка алгоритма вычисления плотности
энергии деформации в местах концентрации напряжений при упругопластическом деформировании
3.4. Анализ повреждаемости сварных соединений вагонов ка основе расчета плотности энергии деформации и сопоставление с результатами экспериментов .
3.4.1. Численный анализ плотности энергии деформации в местах концентрации напряжений сварных соединений вагонов .
3.4.2. Расчет циклической прочности типовых сварных соединений пс накоплению плотности энергии деформации в зеке концентрации напряжений
3.4.3. Результаты усталостных испытаний типовых сварных соединений .
3.5. Основные результаты к выводы по главе 3 .
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ
В СВАРНЫХ УЗЛАХ ВАГОНОВ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ НАГРУЗКАХ С УЧЕТОМ РЕМОНТА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВРЕЖДАЕ
МОСТИ В ЗОНАХ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ .
4.1. Расчетный анализ напряженнодеформированного состояния наиболее повреждаемых в эксплуатации сварных узлов полувагонов
4.2. Численный анализ напряженнодеформированного состояния узла заделки промежуточной стойки полувагона
4.3. Разработка методов повышения долговечности
сварных узлов полувагонов путем введения дополнительных связей при ремонте .
4.4. Разработка методики и оценка прчности и оеоурса несущих сварных конструкций восьмиосных цистерн на основе теории распознавания образов
4.5. Оценка прочности сварных соединений узла заделки промежуточной стойки полувагона
4.5.1. Оценка прочности опасных соединений на основе критерия .
4.5.2. Оценка прочности сварных соединений по критерию критической плотности энергии деформации в зоне концентрации напряжений
4.6. Основные результаты и еыводы по главе 4
ОБЩЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Все эти нагрузки при расчете прочности вагонных конструкций получили название статических 3. При движении вагон и его отдельные части подвергаются действию различных, переменных во времени динамических сил, к которым относятся силы взаимодействия между вагонами и локомотивом при движении в поезде или при маневровой работе силы, обусловленные ускорениями при трогании с места, разгоне, торможении и при колебательных процессах силы взаимодействия с верхним строением пути, в том числе при вписывании в кривые и переходные участки пути и др. Динамические силы носят случайный, вероятностный характер и зависят от многих причин. Основные сведения о динамических нагрузках, влиянии на них условий эксплуатации, состояния подвижного состава, пути и т. Согласно нормативным рекомендациям, учет динамических сил осуществляется е большинстве случаев с помощью коэффициента динамики Кд. Нагрузки, действующие на вагон, можно привести к четырем основным группам вертикальная нагрузка, боковая нагрузка, продольная нагрузка и самоуравновешенные силы. Расчет ведется на группы сил, соответствующих трем основным режимам эксплуатации 3. Возможные сочетания различных нагрузок и дополнительных усилий в процессе эксплуатации полувагона при различных расчетных режимах рассмотрены в работах 4,. Полученные диаграммы силовых факторов позволили с помощью численных экспериментов выявить наиболее неблагоприятные сочетания эксплуатационных нагрузок для
каждого расчетного режима, которые в дальнейшем были использованы для уточненного анализа НДС наиболее нагруженных узлов к мест концентрации напряжений. Рассмотренные возможные загружения полувагона при эксплуатации приведены в табл. Для наглядного анализа работы сварных соединений шкворневого узла предложено использовать циклограммы рис. Циклограмма нагруженности показывает, что на фоне основного по длительности многоциклового случайного процесса изменения напряжений, соответствующего установившемуся режиму движения, наблюдаются относительно редкие малоцикловые нагрузки, соответствующие е основном переходным режимам движения, маневровогорочным и разгрузочным операциям. Анализ НДС сварных узлов проводился при участии автора о помощью численного моделирования с использованием метода поэтапного расчета, позволяющего учесть все возможные сочетания эксплуатационных нагрузок. Ц.О. Дополнит, опоры на скользуны К ,0. И,. И.О. Ц.О. П. один конец кузова К. О.П. Примечание. Опирание пятника Ц. О.П. К.О. П.краевое. Циклограмма изменения компонент напряжений в т. Рис. НДС всего кузова полувагона, расчетная модель показана ка рис. Необходимость расчета всего кузова полувагона вызвана тем, что в ряде случаев при эксплуатации возможно сочетание как симметричных, так и несимметричных нагрузок, учесть которые на части исследуемой конструкции затруднительно. Расчетная модель кузова полувагона, предложенная в работе состоит из стержневых и пластинчатых элементов. На втором этапе из расчетной модели кузова полувагона выделяется подконструкция, представляющая собой исследуемый сварной узел, например, шкворневой узел, узел заделки промежуточной ми угловой стоек и т. Некоторые расчетные модели второго этапа приведены на рис. К расчетным моделям второго этапа прикяадыва
лись нагрузки, полученные на пергом этапе решения задачи. Наибольшие затруднения здесь связаны с правильным распределением этих силовых факторов в новых узлах конечноэлементных моделей КЗМ второго и последующих этапов расчета. Приведенный анализ повреждаемости сварных конструкций грузовых вагонов показал, что наиболее повреждаемыми в эксплуатации являются сварные узлы. В результате проведения натурных обследований выявлено, что работоспособность ряда сварных углов полувагонов за последние лет понизилась. Так, например, для узла заделки промежуточной стойки вероятность безотказной работы на 9й год эксплуатации понизилась с 0. Увеличение количества трещин в сварных узлах при эксплуатации приводит к значительному возрастанию объемов ремонтных работ по заварке трещин, а в ряде случаев и к досрочному капитальному ремонту.