7.2.2.Прочностные нормативные расчеты конструкции рамы полувагона с использованием программного комплекса Nastran

Исходя из симметрии рамы, пластинчато-стержневая схема (рис.5) построена только для четвертой части. Она образована сочетанием стержней (продольные и поперечные балки рамы) и пластин (настил пола).

Рис. 6. Пластинчато-стержневая расчетная схема

В сечениях соответствующих элементов по плоскостям симметрии вводятся симметричные связи от нормальных сил и изгибающим моментов. Схема закрепления модели представлена на рис.6

Рис.7. Схема закрепления модели

При расчете кузова на вертикальную нагрузку после смещения связей и загружения хребтовой балки усилиями, деформированное состояние кузова в целом будет близкими к деформированному состоянию первой основной системы, и, следовательно, напряжения в несущих элементах определяются расчетом кузова как балки. Остается рассчитать вторую основную систему на распределенную нагрузку по длине хребтовой балки:

_{Кдв – коэффициент вертикальной динамики [стр.40]}

К_б=0,1 – коэффициент, учитывающий влияние боковых сил, определяет «Нормами проектирования вагонов…»

Рис.8 Схема нагружения четвертой части каркаса рамы на вертикальную нагрузку

где

- осевой момент инерции сечения хребтовой балки

При расчете второй основной системы на продольные силы, действующие по оси автосцепок, вначале дается смещение введенных связей. Связи, в том числе и распределенные по длине хребтовой балки, смещаются на величину смещения соответствующих точек первой основной системы от продольных сил.

Чтобы удлинение хребтовой балки было таким же, как удлинение обвязок рамы и стен, к ней прикладываются по оси автосцепки силы Т₁. В этом случае деформированное состояние кузова будет близким к деформированному состоянию первой основной системы, и напряжения в несущих элементах определяются расчетом кузова как балки на продольные силы.

Остается дополнительно рассчитать вторую систему на продольные силы:

где - площади сечений соответственно хребтовой балки и кузова

- продольная сила автосцепки (Т=2,5 МН по первому режиму растяжение, Т=3 МН или Т=±1 МН по третьему режиму).

Поскольку во второй основной системе концы поперечных балок из-за введенных связей не смещаются, можно рассматривать следующую расчетную схему четвертой части рамы

Рис.9 Схема нагружения четвертой части каркаса рамы на продольную нагрузку

_{Кдв – коэффициент вертикальной динамики [стр.40]}

К_б=0,1 – коэффициент, учитывающий влияние боковых сил, определяет Нормами проектирования вагонов

Для анализа напряженно-деформированного состояния рамы кузова используется программный комплекс Nastran, реализующий метод конечных элементов. Общее число конечных элементов – 45; число узлов – 72.

Таблица 3

Координаты узлов расчетной схемы рамы полувагона

№ узла	X	Y	Z
1	0	0	0
2	699,5	0	0
3	2098,5	0	0
4	3497,5	0	0
5	4916,5	0	0
6	6952,5	0	0
7	0	500	0
8	699,5	500	0
9	2098,5	500	0
10	3497,5	500	0
11	4916,5	500	0
12	6952,5	500	0
13	0	1000	0
14	699,5	1000	0
15	2098,5	1000	0
16	3497,5	1000	0
17	4916,5	1000	0
18	6952,5	1000	0
19	0	1440	0
20	699,5	1440	0
21	2098,5	1440	0
22	3497,5	1440	0
23	4916,5	1440	0
24	6952,5	1440	0

Расчетная схема с указанием номеров узлов и связей приведена на рис.7

Рис.10. Расчетная схема с указанием связей

Рис.11. Деформированное состояние кузова I режим растяжение

Свойства поперечных сечений.

Рис.12 Поперечные сечения элементов рамы

Суммарные эпюры напряжений

Рис.13. I режим, растяжение

Значения напряжений:

_{Максимальные напряжения, действующие в среднем сечении кузова:}

Рис.14. I режим, сжатие

Значения напряжений:

_{Максимальные напряжения, действующие в среднем сечении кузова:}

Рис.15. III режим, растяжение

Значения напряжений:

_{Максимальные напряжения, действующие в среднем сечении кузова:}

Рис.16. III режим, сжатие

Значения напряжений:

_{Максимальные напряжения, действующие в среднем сечении кузова:}

Анализ результатов расчета по двум основным системам показал, что нормальные напряжения не превышают величины допускаемых для соответствующих расчетных режимов.

Суммарные напряжения в хребтовой балке:

I режим, растяжение:

I режим, сжатие:

III режим, растяжение:

III режим, сжатие: