Напряженно-деформированное состояние сварных элементов кузова вагона для сыпучих металлургических грузов с учетом температурных воздействий

• Автор: Речкалов, Сергей Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1987
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 295 с. : ил.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Анализ конструкции и условия эксплуатации вагона

1.2. Анализ методов исследования напряженнодеформированного состояния вагонных конструкций
1.3. Анализ методов исследования температурных полей и соответствующих им деформаций я напряжений .

1.4. Постановка цели и задач исследования

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСПЕТА ТЕДОЕРАТУРЯЫХ ПОЛЕЙ И СВЯЗАННЫХ С НИМИ СИЛОВЫХ ФАКТОРОВ

2.1. Разработка методики расчета на основе метода конечных элементов

2.2. Разработка и обоснование расчетных схем для определения температурных полей в элементах вагона

2.2.1. Алгоритм и программа расчета.

2.2.2. Проверка полученных решений численным методом путем сравнения с точными аналитическими данными

2.3. Расчет и анализ результатов температурных

полей и их силовых воздействий .
Основные результаты и выводы по главе 2
3. ЭКСПЕШШТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ ОТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГОРЯЧЕГО ГРУЗА С ЭЛЕМЕНТАМИ ВАГОНА .
3.1. Разработка методики эксперимента и испытатель
ного стенда
3.1.1. Измерение температур .
3.2. Анализ экспериментальных данных и сопоставление их с расчетными
Основные результаты и выводы по главе 3
4. ИССЛЕДОВАНИЕ Р1АПРШШСДЕФ0Рда0БАНН0Г0 СОСТОЯНИЯ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ВАГОНА С УЧЕТОМ ТЕМПЕРАТУРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ГРУЗА
4.1. Разработка методики исследования с учетом особенностей конструкции вагона Ю
4.1.1. Обоснование использования ряда положений метода конечных элементов и разработка структурных единиц для построения глобальной матрицы жесткости исследуемой конструкции
4.1.2. Разработка и обоснование расчетной модели кузова
4.2. Разработка алгоритма и программы расчета
4.3. Экспериментальные и расчетные определения напряженнодеформированного состояния элементов конструкции при некоторых видах эксплуатационных нагрузок и сравнение их с результатами расчета
4.4. Расчет напряженнодеформированного состояния от температурного воздействия груза и анализ
результатов расчета
Основные результаты и выводы по главе 4
5.УТОЧНЕННАЯ ОЦЕНКА ГШТРЯЖЕННОДЕФОРЖОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СВАРНОГО УЗЛА ЗАДЕЛКИ СТОЙКИ ВАГОНА
5.1. Разработка расчетной модели существующей за
делки средней СТОЙКИ
5.2. Численный анализ НДС существующей заделки
стойки
5.3. Конструктивное решение по снижению уровня концентрации напряжений в сварном узле заделки средней стойки и анализ напряженнодеформированного состояния
5.4. Расчет местных напряжений в сварном соединении
усовершенствованной заделки стойки
Основные результаты и выводы по главе 5 .
ОБЩЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Позднее в работах , во, , , , , , , разрабатывались и уточнялись методы расчета температурных напряжений в телах вращения. Б.Г. Галеркин рассмотрел задачу о распределении напряжений в прямоугольной, треугольной и в виде сектора пластинках при температуре меняющейся только по их толщине. Эти и многие другие труды явились основой для разработки современных аналитических и численных методов исследования температурных напряжений. В последние годы большой теоретический вклад в развитие термоупругости внес А. Д. Коваленко , , , . В монографиях , автор выбрал наиболее естественный и предпочтительный путь с физической точки зрения,путь построения теории термоупругости, базирующейся на основных законах термодинамики необратимых процессов и классической механики. Такая система уравнений при определенных начальных условиях описывает в самом общем случае так называемую связанную динамическую задачу термоупругости. В рамках предложенной классификации наиболее важной для целей практики и имеющей непосредственное отношение к настоящей диссертационной работе является несвязанная квазистатическая задача термоупругости, описывающая процесс деформирования упругих тел без учета инерционных членов в уравнениях движения и влияния поля деформаций на температуное поле. Появление ЭВМ дало возможность интенсивно внедрять в практику решения термодеформационных задач численные методы. Численные методы, в отличии от аналитических, позволяют решать более широкий крут инженерных задач термоупрутости. В первую очередь среди численных методов следует отметить МКЭ. Этот метод получил интенсивное развитие и в настоящее время сформировался как эффективный метод, с помощью которого можно рассматривать обширный класс задач. Наряду с универсальностью, МКЭ обладает физической наглядностью и позволяет получить достаточно точные результаты, однако требует определенного опыта при дискретизации области и достаточно мощной ЭВМ. Применяя его к задачам теплопроводности, можно учесть разнообразные граничные и начальные условия, физическую неоднородность, сложную геометрическую форму и, таким образом, максимально приблизить расчетную схему к реальному объекту. Кроме того МКЭ позволяет решать задачи теплопроводности в нелинейной постановке, когда теплофизические характеристики могут изменяться в зависимости от температуры. В работах, на примере расчета температурных полей при сварке разнородных сталей демонстрируются большие возможности
Определению деформаций и перемещений при электрошлаковой сварке с использованием МКЭ посвящена работа , в которой приводится комплекс программ и численная реализация задачи, посвященной сварке двух плит с различными вариантами закреплений, обосновывается наиболее эффективная расчетная схема. Но алгоритм, реализующий задачи по определению температурных полей при сварке, нельзя в целом перенести на задачу, рассматриваемую в нашей работе, поскольку вагон является сложной пространственной конструкцией и имеет другие условия ввода тепла. Следует отметить работы, выполненные на кафедре Вагоны и вагонное хозяйство МШТа по руководством проф. В.Н. Котуранова по исследованию НДС котла цистерны. Предварительные расчеты показали, что температурное воздействие перевозимого продукта может оказать существенное влияние на напряженное состояние котла. Правда, в этой работе не решалась задача по определению температурного поля, а в качестве допущения было принято, что температура котла, соприкасающаяся с горячим продуктом, имеет температуру этого продукта, а остальная часть имеет температуру окружающей среды. На основании результатов работы был сделан вывод о необходимости проведения исследований по определению фактического температурного поля и возникающих от него напряжений. В последующей работе была разработана методика расчета НДС, основанная на теории оболочек подкрепленных шпангоутами в сочетании с теорией подобия и в предположении линейного изменения температуры по высоте сечений шпангоутов. Важной особенностью этой работы является сочетание теоретических и экспериментальных методов для определения полей температур и напряжений в котле цистерны.