ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат научно-исследовательской работы.

При анализе напряженно-деформированного состоянияи устойчивости гофрированной обшивки кузовов вагонов учитывается то обстоятельство, что гофры в составе гофрированной обшивки всегда имеют ту или иную начальную погибь. При оценке несущей способности обшивки необходимо исходить из действительных напряжений, возникающих в ее элементах, в частности в гофрах.

Рассмотрим следующие варианты учета влияния начальной погиби гофров на их напряженное состояние при использовании МКЭ.

Вариант № 1.Начальная погибь вводится в расчетную модель МКЭ через координаты соответствующих узлов.

Вариант № 2.Начальная погибь учитывается на стадии обработки результатов через дополнительные напряжения, возникающие в гофрах:s_{до п}=±nf ₀/w(n- нормальное усилие в сечении гофра из расчета по МКЭ;f₀-начальнаястрела погиби гофра;w-момент сопротивления сечения изгибу).

Вариант № 3.Начальная погибь никак не учитывается.

В расчетной модели МКЭ, представленной на рис. 1 и являющейся общей для рассматриваемых вариантов, осуществлена дополнительная разбивка в зонах между соседними поперечными подкрепляющими элементами с целью деления каждого пролета пополам. Образовавшиеся таким образом дополнительные узлы позволяют ввести начальную погибь гофров через их координаты в системе осей0ўxўyўzў.

Рис. 1. Расчетная схема МКЭ1/4части кузова грузового вагона

рефрижераторной секцииРС-5

Гофры, для которых определяются напряжения, введены в расчетную модель МКЭ как самостоятельные эксцентрично присоединенные стержневые конечные элементы, а остальные - через жесткостные характеристики пластин.

На участках между соседними поперечными подкреплениями начальную погибь гофров в составе гофрированной обшивки, обусловленную технологическими факторами, зададим в виде:

f ₀(x,h)=w₀sin(px/h )sin(ph/a),

гдеw₀- начальная стрела погиби гофрированной обшивки (принимаем:w₀=2Ч10 ^{- 3}aи обращенавнутрь кузова);a-расстояние между соседними поперечными подкреплениями (стойками или дугами)( 0ЈhЈa );h-высота боковой стены (для гофров боковой стены) или длина огибающей средней части крыши (для гофров крыши)( 0ЈxЈh ).

Приведем сравнение величин напряжений в гофрах по рассматриваемым выше вариантам для сеченийi - iи ii - iiрасчетной модели МКЭ. Результаты сопоставления сведены в табл. 1.

Таблица 1

Сравнение результатов приближенного (вариант № 2) и точного

(вариант № 1) расчетов: напряжения в точках гофров при

продольном сжатии 250 т и вертикальной статической нагрузкеp_брутто

Примечание:1) в поперечное сечение стержня-гофра включены прилегающие участки обшивки, длиной 20 толщин обшивки с каждой стороны сечения гофра; 2) для варианта № 2 дополнительные напряжения, вызванные начальной погибью, определялись согласно рис .2.

Рис. 2. Внутренние силовые факторыв поперечныхсечениях

сжатого гофра, вызванные начальной погибью

Поскольку внутренние силовые факторы в традиционном МКЭ определяются из условия равновесия конструкции от заданных нагрузок по ее исходному (недеформированному) состоянию, то для определения неучтенного внутреннего момента в сечениях гофра и соответственно вызываемого им напряжения выделим из расчета по МКЭ (вариант № 1) величину приращения прогиба гофраdf. В величинеdfисключим перемещение гофра как твердого тела, т. е. исключим просадки упругих опор-стоек или дуг.

Величинуdfможно также определить через моменты по формуле Мора согласно рис. 2 (для варианта № 2).

Скорректированные с учетомdfнапряжения в гофрах (s_корр=±ndf/w) сведены в табл.2.

Рис. 2. Эпюры моментов для определения величиныdfсжатого гофра (m ₁иm ₂- моменты в крайних сечениях гофра из расчета по МКЭ)

Таблица 2

Сопоставление напряжений на вершинах гофров по сечениюii - ii

Оценивая знак приращенияdf(внутрь кузова или наружу) при расчетах поi иiiiму расчетным режимам, предусмотренным нормами МПС, приходим к выводу: пренебрегая величиной приращения прогибовdf, т. е. пренебрегаяs_корр, делаем ошибку в безопасную сторону в случае растяжения и в опасную сторону в случае сжатия гофра.

На основании вышеизложенного рекомендуется вариант № 2 для учета влияния погиби гофров на их напряженное состояние. В этом случае, в расчетной схеме МКЭ не требуется дополнительная разбивка пролетов пополам, а начальная погибь учитывается через дополнительные напряжения, в которые желательно (для сжатого гофра) включать и величину приращения прогибовdf, определяемую так, как изложено выше.