Оптимизация несущей конструкции кузова глухого полувагона

Объект исследования: кузов глухого полувагона.

Результаты, полученные лично автором: исследовано влияние изменения жесткостных характеристик поперечных балок рамы на напряженное состояние хребтовой, шкворневой и поперечной балки в процессе оптимизации несущей конструкции рамы кузова глухого полувагона.

Для оптимизации несущей конструкции рамы кузова глухого полувагона использовался метод покоординатной оптимизации. Суть метода заключается в уменьшении жесткостных характеристик одного несущего элемента или группы элементов, например, поперечных балок рамы, при этом другие несущие элементы остаются неизменными. Далее проверяется выполнение ограничений по прочности всех несущих элементов. Если максимальные напряжения не превышают допускаемых, то делается очередной шаг уменьшения жесткостных характеристик этих же балок и процесс повторяется до тех пор, пока хотя бы в одном несущем элементе максимальные напряжения не превысят допускаемых.

В процессе оптимизации были введены конструктивные ограничения и ограничения по прочности

Была построена пластинчато-стержневая схема МКЭ модели несущей конструкции кузова глухого полувагона (рис. 1).

Затем к полученной модели были приложены усилия, взятые из норм МПС и проведен расчет конструкции. Максимальные напряжения в балках составили 119 МПа при первом и третьем расчетном режиме. Далее производилось уменьшение жесткостных характеристик целой группы поперечных балок рамы, поперечным сечением которых является двутавр и производился перерасчет. Исходным вариантом сечения был двутавр № 30.

Рис. 1. Пластинчато-стержневая схема МКЭ модели несущей конструкции кузова глухого

полувагона

В процессе оптимизации был принят двутавр № 18. Максимальные напряжения в балках составили 228 МПа при первом расчетном режиме и 206 МПа при третьем расчетном режиме. Дальнейшее изменение жесткостных характеристик было невозможно из-за конструктивных ограничений и ограничений по прочности.

Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты расчетов

№ двутавра	Напряжения в балках, МПа
	Хребтовая	Шкворневая	Поперечная
1 режим-растяжение
30	119	89	119
27	120	86	135
24	123	84	158
22	125	81	180
20	128	77	203
18	131	73	228
1 режим-сжатие
30	157	134	100
27	159	133	116
24	161	131	135
22	164	129	153
20	167	127	172
18	171	124	194
3 режим-сжатие
30	119	68	101
27	119	66	119
24	119	64	139
22	120	61	158
20	120	58	179
18	121	54	202
3 режим-растяжение
30	99	129	109
27	99	128	126
24	98	126	146
22	98	124	164
20	97	121	184
18	97	117	206

Анализируя полученные результаты, можно сделать следующие выводы:

1. Напряжения в оптимизированных балках увеличились примерно в 2 раза, а в шкворневых балках – уменьшились на 18 % по сравнению с исходным вариантом;

2. В процессе оптимизации рамы кузова глухого полувагона следует учитывать влияние изменения жесткостных характеристик поперечных балок на напряженное состояние шкворневых балок.

Материал поступил в редколлегию 29.03.2017

УДК 629.4

П.А. Титарев

Научные руководители: доцент кафедры «Подвижной состав железных дорог», к.т.н. В.И. Воробьев, ассистент кафедры «Подвижной состав железных дорог» Д.А. Бондаренко

titarevpa@mail.ru