2.11 Квазистатическое растяжение с учетом разности высот автосцепок взаимодействующих вагонов (III режим)
Продольная нагрузка.
Согласно таблице 2.1 [2] N = +1 МН прикладывается к переднему упору автосцепного устройства.
Вертикальная нагрузка.
К вертикальной нагрузке относится сила тяжести брутто вагона, которая учитывается автоматически через известное гравитационное поле и плотность материала.
При нецентральном взаимодействии автосцепок двух вагонов на консоли их кузовов действуют дополнительные вертикальные усилия (рисунок 2.5). Расчет ведется по формуле 2.4:
.
Расстояние a точки приложения силы P от плоскости лобового бруса определяется по формуле 2.5:
.
Вертикальная динамическая нагрузка KДВ и сила тяжести брутто G*бр определяются по формулам 2.8 и 2.6:
;
.
Таким образом, вертикальная динамическая нагрузка составляет:
.
2.12 Оценка остаточной прочности вагона-цистерны
Для оценки остаточной прочности были использованы расчетная конечно-элементная модель котла цистерны диаметром 3000 мм. Вместе с тем была установлена разница в интенсивности коррозионных процессов протекающих на различных конструктивных элементах котла. Средние величины износа перечисленных выше элементов приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 – Значения коррозионного износа элементов котла цистерны
Наименование элемента |
Номинальная толщина, мм |
Средняя остаточная толщина, мм |
Величина износа, мм |
Броневой лист (нижний) |
11,0 |
10,6 |
0,4 |
Средние листы |
9,0 |
8,5 |
0,5 |
Верхние листы |
9,0 |
8,0 |
1,0 |
Днища |
11,0 |
10,8 |
0,2 |
Результаты прочностного расчета котла не имеющего коррозионных повреждений, при гидроударе, приведены на рисунке 2.5.
Рисунок 2.5 – Результаты расчета котла не имеющего коррозионных повреждений.
Как видно из рисунка 2.5 различные элементы котла имеют различный уровень напряженней. Наиболее нагруженным является днище и участок броневого листа. Здесь напряжения достигают 228 МПа и 221 МПа, что составляет 70% от допускаемых. Напряжения возникающий в элементах среднего листа составляют 189 МПа. По всем остальным листам уровень напряжений не превышает 50% от допускаемых.
График изменения уровня напряжений в верхнем листе котла цистерны приведен на рисунке 2.6.
Рисунок 2.6 – Изменение напряженного состояния верхнего листа котла
в зависимость от остаточной толщины
Для выявления предельного состояния элементов котла было проведено 5 шагов расчета. Толщина каждого листа уменьшалась на величину износа. После проведения 5-го шага допускаемые напряжения превысили допускаемую величину 325 МПа в элементах верхнего листа. Во всех остальных элементах расчетные напряжения не превысили допускаемых.
Таким образом, после проведения серии расчетов были получены предельные значения износа кузова вагона-цистерны, приведенные в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Значения предельного коррозионного износа элементов котла цистерны
Наименование элемента |
Остаточная толщина, мм |
% износа |
Броневой лист (нижний) |
9,0 |
18 |
Средние листы |
6,5 |
28 |
Верхние листы |
4,0 |
56 |
Днища |
10,0 |
10 |