Сборник 70 студ конференции БГТУ

22

Расчетная схема МКЭ содержала 450 конечных элементов. Были заданы следующие граничные условия. В центре верхней проушины запрещены все перемещения, кроме поворота в плоскости ХОУ, в одной из точек, лежащих на оси, запрещен поворот относительно оси ХОУ. В центре нижний проушины приложили нормальную силу N, действующую по ее продольной оси ее симметрии. С помощью программы Femap были рассчитаны напряжения, возникающие в «страховке». Максимальные растягивающие напряжения возникают в зонах галтельных переходов и равны 146 МПа.

Сопоставлены результаты расчета детали по формулам сопротивления материалов, МКЭ с данными, предоставленными «сектором расчетов» ЗАО УК БМЗ . Результаты расчетов по разным методикам совпадают.

Работа выполнена под руководством доц. Г.А. Неклюдовой, Е.С. Евтух

Я.А. Лопаткин СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФРИКЦИОННО-ПОЛИМЕРНЫХ

ПОГЛОЩАЮЩИХ АППАРАТОВ ПМКП-110 И РТ-120

Объект исследования: фрикционно-полимерные поглощающие аппараты класса Т1 ПМКП-110 и РТ120.

Результаты, полученные лично автором: получено математическое описание работы полимерных подпорных блоков, рассчитано статическое распределение максимальных сжимающих сил и максимального хода для поглощающих аппаратов и рассчитаны критерии эффективности.

Объектом исследования являются фрикционно-полимерные поглощающие аппараты класса Т1 - ПМКП-110 и РТ-120. Работа посвящена сравнению эффективности работы двух аппаратов. Для достижения требуемой цели были разработаны математические модели полимерных блоков, построены математические модели соударения, рассчитаны статистические распределения максимальных продольных усилий и даныоценки эффективности аппаратов на основе критериев эффективности.

Входе математического моделирования полимерных блоков были использованы экспериментальные данные статического нагружения комплектов полимерных элементов.

Вкачестве основной расчетной ситуации принято соударение одиночных вагонов, оснащенных одинаковыми поглощающими аппаратами, аналогично удару вагона внеподвижный упор. Вагон описывается двухмассовой расчетной схемой, позволяющей разделить упругодиссипативные свойства вагона и его поглощающего аппарата.

Силовая характеристика аппарата ПМКП-110:

23

и расчете статистического распределения продольных сил, действующих на вагон, использованы распределения скоростей, масс. В результате расчета по каждой ситуации фиксировались глобальные экстремумы сжимающих сил возникающих при ударе в неподвижный упор. Получено статистическое распределение экстремумов сил приведенов таблице. 1.

Таблица 1. Статистическое распределение экстремумов сил сжатия

Для оценки влияния современных амортизаторов удара на нагруженность вагонов, полученные результаты расчета статистического распределения использовались для расчета критериев эффективности :Jоб (обобщенный критерий эффективности амортизатора удара грузового вагона), Jуст(критерий оценки усталостных повреждений), Jпв (критерий оценки условной повреждаемости вагона от единичных перегрузок). В таблице 2 представлены результаты расчета критериев эффективности.

Таблица 2. Критерии эффективности аппаратов ПМКП-110 и РТ-120

Работа выполнена под руководством доц. кафедры «Механика и динамика и прочность машин» П.Д. Жирова

24

Минченко Т.С., Синюкова Ю.А.

РАСЧЁТ ЖЕСТКОСТИ КРИВЫХ СТЕРЖНЕЙ МАЛОЙ КРИВИЗНЫ ОТ СИЛОВОГО И ТЕМПЕРАТУРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Объект исследования: кривые стержни малой кривизны с круглым и прямоугольным поперечными сечениями

Результаты, полученные лично авторами: с использованием программного обеспечения MathCAD были протестированы и решены два варианта расчетных схем кривых стержней; а также выполнены расчеты для двух видов арок.

Вработе представлены результаты расчета жесткости кривых стержней

сиспользованием программного обеспечения MathCAD.

Для кривых стержней были определены вертикальные и горизонтальные перемещения заданных точек от внешней нагрузки и температурного воздействия. При определении перемещения точки от силового воздействия в интегралах метода Мора (1) были учтены изгибающие моменты и продольные силы. При определении перемещения точки, возникающего из-за разности температур верхних и нижних поверхностей, была применена формула Максвелла – Мора с учетом изгибной и продольной температурных деформаций (2) и линейного закона изменения температуры по высоте поперечного сечения рамы.

Были составлены и решены два варианта расчетных схем кривых стержней, с четырьмя участками для интегрирования.

Первая расчетная схема представляет собой две дуги одного радиуса, одна из которых выпуклая, а другая вогнутая (радиус кривизны 0,6 м; поперечное сечение – круглое, диаметром 5 см; t-ра нижних волокон стержня 20 град., верхних – 30 град.). Стержень нагружен двумя силами. Вторая расчетная схема представляет собой две дуги разного радиуса (0,6 и 0,3 м), остальные исходные данные такие же, как в первой расчетной схеме.

Для расчетных схем были получены перемещения крайней верхней точки и крайней нижней точки кривых стержней: горизонтальное, вертикальное от силового и температурного воздействия.

Проанализировав полученные результаты, сделан вывод о том, что перемещения от силового воздействия с учетом только продольной силы малы, (меньше в 1000 раз, чем от момента), поэтому для других расчетных схем перемещение от продольной силы не учитывались. А от температурного воздействия перемещения от продольной силы меньше, чем от моментов в 6- 10 раз, поэтому их лучше учитывать при расчетах. Также получено, что для

25

первой расчетной схемы, перемещения от внешней нагрузки, меньше в 1,8 – 3 раза, чем для второй. Вертикальные температурные перемещения примерно одинаковы в двух расчетных схемах.

На практике кривые стержни используются, например, в виде арок при строительстве мостов и зданий. Всего существует 3 вида арочных конструкций. Каждый из типов имеет свои преимущества и недостатки, и выбор той или иной конструкции определяется инженеромпроектировщиком исходя как из прочностных требований, так и из необходимости применения тех или иных материалов для арки, архитектурных задач, стоимости.

Мы рассмотрели два вида арок: двухшарнирную и трехшарнирную, нагруженных вертикальной силой, равной 100 кН, радиусом кривизны 10 м, с прямоугольным поперечным сечением 80*40 см.

Для трехшарнирной арки на эпюре моментов видна большая разница моментов по длине обоих частей арки, максимальный момент получен 0,207 Ра.

Двухшарнирная арка единожды статически неопределимая система. Максимальный момент у нее, равный 0,182 Ра меньше, чем у трехшарнирной арки, и распределение моментов по длине балки более равномерное, и поэтому она может быть изготовлена с меньшими сечениями, чем трехшарнирная арка.

Трёхшарнирная арка является статически определимой системой, в силу чего подобная конструкция не так чувствительна к температурным воздействиям и осадкам опор. У нее нет горизонтального перемещения верхней центральной точки от силового и температурного воздействия.

Для двухшарнирной арки вертикальное перемещение верхней центральной точки от вертикальной силы меньше в 3,8 раз, вертикальные перемещения от температурного воздействия приблизительно те же, правда, горизонтальные перемещения вырастают в сумме до 13 мм.

Но если учесть все, сказанное выше, полученные нами результаты подтверждают справедливость того, что лучше использовать на практике двухшарнирную арку. Она к тому же, избавлена от необходимости устройства массивных опор, как у бесшарнирной арки, защемление в опорах которой, приводит к необходимости устройства мощных фундаментов, арка чувствительная как к перемещениям опор, так и к температурным напряжениям.

Составленные решения в среде MathCAD дают возможность изменять внешние данные задачи: величину сил, линейные размеры кривых стержней, температуру, материал стержней. Поэтому полученные варианты расчетов удобно будет применять преподавателям для контрольной проверки знаний студентов во время изучения курса сопротивления материалов – расчет жесткости кривых стержней.

Работа выполнена под руководством доц. кафедры «Механика, динамика и прочность машин» Г.В. Невмержицкой

26

П.Ю. Никишин ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ

ДВИЖЕНИЯ ПОВОРОТНОГО КОНСОЛЬНОГО КРАНА

Объект исследования: поворотный консольный кран на колонне. Результаты, полученные лично автором: произведен динамический анализ

движениякранас приводным асинхронным электродвигателем при разгоне, установившемся режиме иторможении.

Рассмотрено движение консольного крана грузоподъемностью 4 т,вдоль стрелы которого с постоянной скоростью 0,18 м/с перемещается тележка (таль). Кран приводится в движение электродвигателем4АС90LE6сноминальной мощностью1,7 кВти номинальной частотой вращения 930 об/мин. Составлены дифференциальные уравнения движения крана с учетом линейной и билинейной статических характеристик двигателя и его электромагнитной постоянной времени , которые проинтегрированы численно методом RADAU5в средеMathCad.Режим торможения крана осуществляется с помощью встроенного в двигатель электромагнитного тормоза с постоянным тормозным моментом, равным 16Н·м.Получено аналитическое решениедифференциального уравнения движения крана в режиме торможения.

Учет линейной статической характеристики Мст( д)двигателя и постоянной времени τвыявляет значительное перерегулирование

мощности двигателя и к снижению работоспособности механической передачи.Время разгона кранадо достижения максимальной угловой

скорости составило tр =0,85с,чтоменьше допускаемого значения [tр ]=1с.Это обстоятельство может привести к повреждению груза.При билинейной

период разгона выявлена знакопеременностьмомента Мд при = 0,1с. Исследование разгона крана необходимо выполнять, используя

билинейную статическую характеристику приводного электродвигателя с учетом его постоянной времени .Анализ установившегося движения крана можно проводить с использованием линейной характеристики двигателя без учета .

Время торможенияtт крана при различных значениях координаты относительного движения тележки2,5 м x 3,25 м,соответствующих

больше[tр ]иявляется допустимым. Угол поворота крана с начала разгона до остановки находилсяв диапазоне122,9° 177,9°.

Работа выполнена под руководством доц. кафедры « Механика, динамика и прочность машин» Т.В.Селенской

А.И.Одинощенков ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВНЕШНЕГО ТРЕНИЯ

МАТЕРИАЛОВ В ПОГЛОЩАЮЩЕМ АППАРАТЕ АВТОСЦЕПКИ

Объект исследования: поглощающие аппараты и их характеристики Результаты, полученные лично автором: получены эффекты трения с

упругим насыщенным и пластическим контактом

Идентификация параметров трения поглощающего аппарата обычным образом ведется по двум показателям: максимальная энергоемкость и максимальное усилие на аппарате.Это позволяет определить параметры трения покоя и кинетическую характеристику трения.Однако, такой подход не позволяет добавить в процесс идентификации значение максимального хода аппарата, что является серьезным ограничением при исследовании фрикционных амортизаторов удара шестигранного типа.

В качестве образцов для испытания на построенной нами установке, представляющей собой наклонную поверхность, были подобраны клинья фрикционных аппаратов ПМКП и РТ-120.Для эксперимента, в ходе которого оценивалась фактическая площадь контакта, к образцам были припаяны провода. В экспериментах на определение коэффициентов трения и параметров скольжения 3 клина от аппарата ПМКП и 2 клина – от РТ-120.

Как известно, трение покоя не всегда совпадает с трением начала скольжения, поэтому в методике определения максимальных углов трения имеются некоторые различия. Мы получили пару углов и соответственно, два коэффициента трения – покоя и скольжения.

Определение сопротивления образцов при различном контурном давлении дает представление о величине фактической площади касания клина и поверхности трения. Это может быть полезно для состояния контакта: упругий ненасыщенный, упругий насыщенный и пластический контакт. К примеру, при переходе контакта из упругого состояния в пластическое, коэффициент трения проходит через минимум.

С увеличениемнагрузки сопротивление уменьшалось, что говорит об увеличении фактической площади контакта. Также были замечены некоторые эффекты качественного изменения состояния упругого контакта.

Работа выполнена под руководством доц. каф. «Механика и динамика и прочность машин» Е.Г. Гайворонского

28

ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Алексеев А.А.

ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ НА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ

Объект исследования: вагон пассажирский, теплотехнические ограждения

Результаты, полученные лично авторами: даны рекомендации по применению теплоизолирующих материалов в ограждении пассажирского вагона с учетом весовых и теплотехнических свойств

Одним из важных факторов обеспечивающих комфорт пассажиров в современном пассажирском вагоне является соблюдение требований микроклиматических условий в пассажирском отделении вагона.

Параметры микроклимата определятся коэффициентом теплопередачи вагона и рядом систем внутреннего оборудования (систем кондиционирования и отопления).

Конструктивная схема типичного ограждения включает в себя несколько слоев. Типовая система ограждения показана на рис. 1.

Рис. 1. Ограждение пассажирского вагона типовое:

1 – наружная стальная обшивка, 2 – внутренняя обшивка, 3 – изоляция, 4 – элементы декоративной отделки

Помимо конструкции типового ограждения на коэффициент теплопередачи влияет количество окон и дверей в вагоне.

Разработана упрощенная методика определения коэффициентов теплопередачи кузова пассажирского вагона. Данная методика основана на приближенных способах расчета коэффициента теплопередачи.

Основной технико-экономической характеристикой пассажирского вагона является его тара. Тара вагона зависит, в том числе от массы изоляции вагона.