Методика оптимизации несущей системы кузова вагона с учетом ограничений по прочности и сопротивлению усталости
Диссертация
Практическая значимость работы и ее внедрение. Разработанные в диссертации алгоритм и программный комплекс являются средством для обеспечения минимальной металлоемкости при проектировании и модернизации кузовов вагонов. С использованием полученных результатов предложена новая конструкция кузова вагона для перевозки легковых автомобилей по дорогам стран Западной Европы и Азии. Упомянутая… Читать ещё >
Содержание
- ВВЕДЕНИЕ (актуальность темы диссертации)
- 1. ДОСТИГНУТЫЙ УРОВЕНЬ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ВОПРОСАМ СВЯЗАННЫМ С ТЕМОЙ ДИССЕРТАЦИИ
- 1. 1. Краткий обзор опубликованных работ по оптимизации кузовов вагонов
- 1. 2. Методы оптимизации, используемые в смежных отраслях машиностроения
- 1. 3. Современные методы оценки сопротивления усталости несущих элементов вагонов
- 1. 4. Постановка задачи исследований. Принятые ограничения
- 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПТИМИЗАЦИИ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ КУЗОВОВ ВАГОНОВ С УЧЕТОМ ОГРАНИЧЕНИЙ ПО ПРОЧНОСТИ И СОПРОТИВЛЕНИЮ УСТАЛОСТИ
- 2. 1. Математическая формулировка задачи
- 2. 2. Анализ целесообразных методов оптимизации
- 2. 3. Алгоритм определения оптимальных параметров несущих элементов кузовов вагонов
- 2. 4. Особенности анализа сопротивления усталости в процессе оптимизации
- 2. 5. Программа для реализации на ЭВМ алгоритма оптимизации
- 2. 6. Процедура оптимизации
- Особенности формирования расчетной модели и внешних сил
- 3. ПРОВЕРКА РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ ОПТИМИЗАЦИИ И АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ НА РЕЗУЛЬТАТЫ ОПТИМИЗАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ
- 3. 1. Оценка достоверности расчетной модели кузова вагона
- 3. 2. Проверка приемлемости и достоверности разработанной методики оптимизации
- 3. 3. Сопоставление результатов оптимизации с учетом ограничений по прочности и сопротивлению усталости
- 3. 4. Влияние различных факторов на результаты оптимизации
- 3. 5. Анализ результатов и
- выводы
- 4. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ ОПТИМИЗАЦИИ К КУЗОВУ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ВАГОНА ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
- 4. 1. Характеристика объекта оптимизации
- 4. 2. Результаты оптимизации параметров несущих элементов конструкции кузова вагона для перевозки автомобилей
- 4. 3. Анализ возможных путей совершенствования конструкции кузова вагона
- 4. 4. Экономическая оценка результатов оптимизации с учетом ограничений по прочности и сопротивлению усталости
Список литературы
- Алехин C.B., Продан Н. С. И Кухаренко Л.А. Определение эксплута-ционной надежности подвижного состава и выбор методов ее повышения. Л.: ЛИИЖТ, 1967, 124с.
- Арушанов Х.Р. Visual Basic 3.0 и 4.0. M.:ABF, 1995, 368 е.: илл.
- Баженова И.Ю. Visual FoxPro 5.0. Объектно ориентированные средства программирования. М., Диалог-МИФИ, 1997, 320 с.
- Бахвалов Н.С. Численные методы (алгебра, анализ, обыкновенные дифференциальные уравнения). М.: Наука, 1975. — 632 с.
- Беляев Н.М. Сопротивление материалов. -М., Физматгиз, 1962.
- Бидерман В.Л. Механика тонкостенных конструкций. Статика. М.: Машиностроение, 1977. — 488 с.
- Блохин Е.П., Манашкин Л. А. Динамика поезда (нестационарные продольные колебания).- М.: Транспорт, 1982.- 222 с.
- Бобров М.В. Напряженно-деформированное состояние трехслойной плиты пола рамы грузового рефрижераторного вагона при расчете на местные сосредоточенные нагрузки. //В кн. Механика вагонов, -Брянск, БГТУ, 1998, с. 89−97.
- Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. -М: Машиностроение, 1990.-448 с.
- Болотин В.В. Элементы теории усталости. Справочник «Прочность, устойчивость колебания». Т.1, М.: Машиностроение, 1968 г., 504 с.
- Булычев М.А., Афонина Е. В., Коченкова Н. И. Уточненный способ задания исходных данных при расчете по методу конечных элементов. Брянск, ЦНТИ, 1998, с. 4.
- Булычев М.А., Лозбинев В. П. Совершенствование способов расчета и оптимизации несущих элементов кузовов вагонов.//В кн. Механика вагонов, Брянск, БГТУ, 1998, с. 36−47.
- Вагоны. Конструкция, теория и расчет. /Под ред. Л. А. Шадура. М.: Транспорт, 1982, с. 222.
- Вагоны. Конструкция, теория и расчет. /Под ред. Л. Д. Кузьмича. М.: Машиностроение, 1978, с. 345.
- Власов В.З. Тонкостенные упругие стержни. -М., Госстройиздат, 1958, с. 278.
- Высоцкий А. М, Кобищанов В. В, Милакова А. А., Серпик И. Н, Юх-невский А. А Несущая способность междуоконного простенка кузова пассажирского вагона с двухслойной обшивкой. //В кн. Механика вагонов, Брянск, БГТУ, 1998, с. 70−83.
- Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. -541 с.
- Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация. М.: Мир, 1986.-318 с.
- Кеглин Б.Г. Параметрическая надежность фрикционных устройств. М.: Машиностроение, 1981, 496 с.
- Кобищанов В. В Выбор схемы предварительного напряжения кузова пассажирского вагона блочной конструкции. //В кн. Механика вагонов, Брянск, БГТУ, 1998, с. 61−70.
- Израилев В.Я. Сравнительная оценка методов исследования НДС элементов при продольных динамических воздействиях Дисс. на со-иск. науч. степ, канд.техн.наук, Брянск, 1998
- Кобищанов В.В., Гулаков В. К. Расчет дискретно подкрепленной оболочки типа кузова вагона на основе метода конечных элементов и метода чередования основных систем // Вопросы строительной механики кузовов вагонов. Тула, 1978. — С. 14−17.
- Кобищанов В.В., Лозбинев В. П. Строительная механика вагонов и основы теории упругости. Тула, ТПИ, 1981.- с. 100.
- Костенко H.A., Никольский JI.H. Статистические распределения продольных сил, действующих на подвижной состав через автосцепку, и методы их определения. -Тр. БИТМ, 1971, вып. 24, с. 69−89.
- Котуранов В.Н., Хусидов В. Д., Сергеев К. А. Матричный алгоритм кузова полувагона.//В кн. Вопросы совершенствования большегрузных вагонов. Труды МИИТ. вып. 399, М., 1972, с.66−74
- Кравцов Г. А. Применение метода конечных элементов и метода чередования основных систем для расчета вагонного кузова // Вопросы строительной механики кузовов вагонов. Тула, 1978. — С. 83−86.
- Крючков A.B., Камаев О. Б. Унифицированный четырехосный цельнометаллический полувагон. // В кн. Транспортное оборудование. М., 1978, с. 16−18 (НИИинформтяжмаш, 5−78−17)
- Кузнецов А.Ю., Никольский E.H. Вариант алгоритма и программы параметрической оптимизации несущих конструкций кузовов вагонов по частям //Прогнозирование прочности и надежности вагонных конструкций. -М., 1987, № 8, с. 4.
- Кузнецов А.Ю. Оптимизация по частям кузова крытого грузового вагона из условия минимума массы его элементов. Автореф. на соиск. науч. степ, канд.техн.наук, Брянск, 1988, с. 24.
- Кузьменко Н.И., В.П. Лозбинев Определение оптимальных по условию прочности геометрических характеристик сечений несущих элементов кузовов грузовых вагонов открытого типа. //Повышение прочности узлов и элементов вагонов. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1980, с. 1−2.
- Кузьменко Н.И., В.П. Лозбинев Оптимизация параметров сечений стоек кузова полувагона//Результаты исследования прочности узлов. М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1978, с. 7−8.
- Кузьмич Л.Д. К методике испытания вагонных конструкций на выносливость. -Тр. МИИТД966, вып. 234, с. 4−21.
- Кукеев М.К. Оптимизация основных технико-экономических параметров кузовов специализированных восьмиосных полувагонов с учетом их напряженного состояния. Автореф. на соиск. науч. степ, канд.техн.наук, М., 1985, с. 19.
- Кульбовский Я.И. Разработка методики определения рациональных параметров несущих элементов кузовов локомотивов. Автореферат диссертации на соиск. степени канд.техн.наук, М.:ВНИИЖТ, 1992, с. 23.
- Лазарев И.Б. Математические методы оптимального проектирования конструкций. -Новосибирск, НИИЖТ, 1971.
- Лозбинев В.П. и др. Определение оптимальных по условию прочности размеров панели боковой стены восьмиосного полувагона с глухим кузовом. В кн.: Транспортное машиностроение, М., НИИИН-ФОРМТЯЖМАШ, 1978, № 16, с. 24−25.
- Лозбинев В.П. Исследование напряженного состояния и разработка ме-тодики оптимального проектирования ортогонально подкрепленных тонкостенных пространственных систем кузовов грузовых вагонов: Автореф. дис. д-ра техн. наук. М., 1984. — 49 с.
- Лозбинев В.П. Методика проектирования оптимальных систем вагонов. Механика вагонов. Брянск, БГТУ, 1998, с. 1−14.
- Лозбинев В.П. Методика расчета оптимальных параметров сечений несущих элементов кузовов грузовых вагонов. Тула: Тул. политех-нйч. ин-т, 1980. — 80 с.
- Лозбинев В.П. Форма решения плоской задачи теории упругости для прямоугольной ортотропной пластинки. В кн.: Вопросы транспортного машиностроения. Брянск: Приок. Кн. Изд-во, 1974, с. 190−202.
- Лозбинев В.П., Булычев М. А. Способ приведения распределенной нагрузки к узловой при использовании метода конечных элементов для расчета стержневых систем. Брянск, ЦНТИ, 1997, с. 4.
- Лозбинев В.П., Лозбинев Ф. Ю. Анализ методов оптимизации несущих конструкций кузовов грузовых вагонов //Прогнозирование прочности и надежности вагонных конструкций. М.: ЦНИИТТЭИ-ТЯЖМАШ, 1987, сер.5 — Вып.8 — с. 1−2.
- Лозбинев В.П., Лозбинев Ф. Ю. Использование модификаций метода градиентного поиска для оптимизации несущей конструкции кузова вагона, М.: ЦНИИТТЭИТЯЖМАШ, 1989, № 9−89−7.
- Лозбинев В.П., Лозбинев Ф. Ю. Оптимизация несущей конструкции кузова вагона по минимуму массы прокатных профилей /Тез. докл. конф. «Вопросы качества, надежности, прочности и долговечности машиностроительной продукции». Калинин, 1987, с. 104−108.
- Лозбинев В.П., Лозбинев Ф. Ю. Особенности оптимального проектирования кузовов вагонов // Проблемы механики ж.-д. Транспорта /Тез. докл. Всесоюзной конференции. -Днепропетровск, ДИИТ, 1988, с. 143
- Лозбинев Ф.Ю. Оптимальное проектирование несущих конструкций кузовов вагонов с использованием базы данных прокатных профилей. Брянск, БИТМ, 1988, с. 19.
- Лозбинев Ф.Ю. Оптимизация несущих конструкций кузовов вагонов.- Брянск, ЦНТИ, 1997, с. 135.
- Лозбинев Ф.Ю. Оптимизация несущих элементов кузовов вагонов. Механика вагонов, Брянск, БГТУ, 1998, с. 15−27.
- Лозбинев Ф.Ю. Совершенствование методики оптимального проектирования несущей конструкции кузова вагона. Автореф. на соиск. науч. степ, канд.техн.наук, Брянск, БИТМ, 1989, с. 23.
- Ломаков П.С. Оптимизация параметров несущей обшивки кузова пассажирского вагона. //Тяжелое машиностроение. -1992.- № 6, с.17−19.
- Лукашук В. С, Осыкин A.A., Сафонов Д. В., Тормасов P.A. Устойчивость стержневых элементов кузовов вагонов с начальной погибью при осевом сжатии. //В кн. Механика вагонов, Брянск, БГТУ, 1998, с. 36−47.
- Малков В.П., Угодчиков А. Г. Оптимизация упругих систем. М.: Наука, 1981.-288 с.
- Мартин Альтхаус. EXCEL: Пер. с нем. М.: БИНОМ., 1995, 304 с.
- Механика разрушений и прочность материалов: Справочное пособие: В 4 т./Под ред. В. В. Панасюка. -Киев: Наук. думка, 1988.- Т.1 .Основы механики разрушения/В.В. Панасюк, А. Е. Андрейкив, В. З. Партон.-488 с.
- Механика разрушений и прочность материалов: Справочное пособие: В 4 т./Под ред. В. В. Панасюка. -Киев: Наук. думка, 1988.- Т.2. Коэффициенты интенсивности напряжений в телах с трещинами/ М. П. Савчук.-620 с.
- Механика разрушений и прочность материалов: Справочное пособие: В 4 т./Под ред. В. В. Панасюка. -Киев: Наук. думка, 1988.- Т. З. Характеристики кратковременной трещиностойкости материалов и методыих определения/С.Б. Ковчик, Е. М. Морозов.-436 с.
- Механика разрушений и прочность материалов: Справочное пособие: В 4 т./Под ред. В. В. Панасюка. -Киев: Наук. думка, 1988.- Т.4. Усталость и циклическая трещиностойкость конструкционных материа-лов/О.Н. Романив, C.B. Ярема, Г. Н. Никофорчин и др.-680 с.
- Мысютин А.П. О выборе оптимальных (по критерию максимального использования допускаемых напряжений) параметров сечений стержневых элементов // Вопросы строительной механики кузовов вагонов. Брянск, 1983. — С. 65−75.
- Нагруженность элементов конструкции вагона / В. Н. Котуранов, В. Д. Хусидов, П. А. Устич, А. И. Быков. М.: Транспорт, 1991. — 238 с.
- Никольский E.H. Итерационные и точные методы расчета статически неопределимых стержневых систем. Науч.-технич. сб. № 2. -Брянск, 1972.-С. 117−123.
- Никольский E.H. Оболочки с вырезами типа вагонных кузовов. М.: Машгиз, 1963.-311 с.
- Никольский E.H. Применение метода конечных элементов в сочетании с методом чередования основных систем к расчету сложных конструкций // Жесткость машиностроительных конструкций: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. Брянск, 1976. — С. 229−232.
- Никольский E.H. Расчет кузова вагона типа «сэндвич» по методу конечных элементов на основе комбинированной расчетной схемы //Результаты исследования прочности узлов. М.: НИИИНФОРМ-ТЯЖМАШ, 1978, с. 1−2.
- Никольский E.H. Расчет кузовов вагонов на прочность. Тула: ТПИ, 1978.48 с.
- Никольский E.H. Расчет несущих конструкций по методу конечных элементов. Брянск: Брян. ин-т трансп. машиностроения, 1982, 99 с.
- Никольский E.H., Атрощенко В. А., Кобищанов В.В, Кузнецов А. Ю., Сорокина C.B. Развитие методов оптимизации кузовов вагонов по частям // Проблемы механики железнодорожного транспорта. -Днепропетровск, 1988, с. 145.
- Никольский E.H., Селинов В.И, Будник Ф. Г. Исследование напряженного состояния кузовов изотермических вагонов при динамических нагрузках и разработка методики расчета. Брянск, БИТМ, 1968, с. 364.
- Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (не самоходных). М.: ВНИИВ-ВНИИЖТ, 1983, 260 с.
- Нормы для расчета и проектирования новых и модернизируемых вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм (не самоходных). М.: ВНИИВ-ВНИИЖТ, 1996, 274 с.
- Ольшевский A.A., Попкова Н. В., Сельченко И. А. Построение и оценка расчетных схем кузова грузового вагона рефрижераторной секции. //В кн. Механика вагонов, Брянск, БГТУ, 1998, с. 83−89.
- Отчет о статических испытаниях на прочность металлоконструкции кузова опытного грузового вагона пятивагонной рефрижераторнойсекции с улучшенными грузовыми и теплотехническими показателями. -Брянск, БМЗ, 1978.
- Партон В.З. Механика разрушения: От теории к практике. -М.: Наука, 1990.-240 с.
- Партон В.З., Морозов Е. М. Механика упругопластического разруше-ния.-2-e изд., перераб. И доп. -М., Наука, 1985.- с. 504.
- Подлитов Н.И. Метод оптимизации цельнонесущих однородных или комбинированных кузовов пассажирских вагонов, выполняемых из различных конструкционных материалов. Автореф. на соиск. науч. степ, канд.техн.наук, М, ВНИИЖТ, 1970, с. 19.
- Подлитов Н.И. Оптимизация параметров комбинированных цельно-несущих кузовов пассажирских вагонов. Вестник ЦНИИ МПС, 1967, № 4, с. 25−29.
- Попов A.A. Программирование в среде СУБД FoxPro 2.0. Построение систем обработки данных. -М.: Издательство «Калашников и К», 1997,352 е.: илл.
- Прочность и безотказность подвижного состава железных дорог/А.Н. Савоськин, Г. П. Бурчак, А. П. Матвеевичев и др.: Под общ. Ред. А. Н. Савоськина. -М.: Машиностроение, 1990.- 288 с.
- Радзиховский A.A. Теория и методы проектирования грузовых специализированных вагонов. Автореф. на соиск. науч. степ.док.техн.наук, JI., 1986, с. 49.
- Радзиховский A.A., Царапкин В.А, Приходько В. И., Швец A.B. Пути снижения металлоемкости вагонов. /Конструирование и эксплуатация оборудования: Реф. сб., ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, — М., 1983, Вып.8, с. 7−8.
- Расчет вагонов на прочность/Вершинский C.B., Никольский E.H., Никольский Л. Н. И др. М.: Машиностроение, 1971. 432 с.
- Расчет вагонов на прочность/Под ред. Л. А. Шадура. М.: Машиностроение, 1978, 432 с.
- Расчет грузовых вагонов на прочность при ударах: Учеб. Пособие для вузов ж.-д. Трансп. /Е.П. Блохин, И. Г. Барбас, Л. А. Манашкин и др. -М.: Транспорт, 1989.230 с.
- Рейтман М.И., Шапиро Г. С. Методы оптимального проектирования деформируемых тел. -М., Наука, 1976.
- Савоськин А.Н., Сердобинцев Е. В. Надежность деталей при постепенных отказах, вызванных накоплением усталостных повреждений. //Надежность и контроль качества. Ежемес. прил. к журналу «Стандарты и качество», 1986, № 11, с. 13−19.
- Сакало В. И Решение прикладных контактных задач подвижного состава железных дорог методом конечных элементов. Автореферат на соиск. уч. степ, доктора техн. наук, Брянск, БИТМ, 1986. с. 44.
- Сакало В.И., Неклюдова Г. А. Решение осесимметричных контактных задач МКЭ с использованием релаксационной схемы деформирования. -М., Машиноведение, № 3, 1985, с. 81−84.
- Сергеев К.А. Анализ напряженного состояния кузовов восьмиосных полувагонов.//В кн. Труды МИИТ, вып. 458, М., 1974.
- Серенсен C.B. Сопротивление материалов усталостному и хрупкому разрушению. М.: Атомиздат, 1975, с. 192.
- Серенсен C.B., Буглов Е. Г. О прочности деталей в связи с вероятностным представлением о нагруженности и характеристиках усталости. //Вестник машиностроения, 1965, № 11
- Серенсен C.B., Когаев В. П. Руководство по расчету на усталость деталей машин. М. ВНИИНМАШ, 1972, с. 124.
- Серпик И.Н. Итерационное решение больших задач строительной механики вагонов. //В кн. Механика вагонов, Брянск, БГТУ, 1998, с. 48−61.
- Сорокина С. В Совершенствование методов оптимизации несущих конструкций кузовов вагонов /Тез. Докл. Конф. «Вопросы качества, надежности, прочности и долговечности машиностроительной продукции», -Калинин, 1989, с. 44−48.
- Сорокина C.B. Автоматизация определения оптимальных параметров сечений элементов конструкций кузовов вагонов на основе метода конечных элементов // Вопросы строительной механики кузовов вагонов. Брянск, 1983. — С. 51−65.
- Сорокина C.B. Оптимизация поперечных сечений стержневых элементов кузова вагона. -В кн.: Повышение прочности элементов кузовов вагонов. М., 1982, с. 12−14- (ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 5−82−19).
- Сорокина C.B. Элементы автоматизации проектирования несущих конструкций кузовов вагонов с оптимизацией стержневых элементов (на примере крытого грузового вагона). Автореф. на соиск. науч. степ, канд.техн.наук, Брянск, БИТМ, 1984, с. 23.
- Сосински, Барри. Разработка приложений в среде Visual FoxPro 5.: Пер. с англ. К.: Диалектика, 1997, 448 с.
- Хусидов В.Д., Котуранов В. Н., Сергеев К. А. Метод расчета кузова цельнометаллического полувагона как комбинированной пластинчато-стержневой системы.//В кн. Труды МИИТ, вып. 422, М., 1973.
- Царапкин В.А. Некоторые вопросы оптимального проектирования каркасов рам и кузовов подвижного состава. Автореф. на соиск. науч. степ, канд.техн.наук, Днепропетровск, 1979, с. 26.
- Царапкин В.А. Оптимальные параметры сечений элементов четырехосного полувагона. -М., Транспортное машиностроение, НИИИН-ФОРМТЯЖМАШ, 1974, № 4, с. 20−25.
- Царапкин В.А., Бабаев A.M. Методика определения оптимальных параметров сечений стержневых систем вагонов. Труды ТИИЖТ, вып. 82, Ташкент, 1972, с. 152−158.
- Школьник JIM. Методика усталостных испытаний. Справочник -М., Связь, 1980,216 с.
- Шлюшенков А.П. Механика многоциклового разрушения: Учеб. Пособие. Брянск, БИТМ, 1990. — 156 с.
- Шлюшенков А.П. Механика разрушения и расчеты на прочность и долговечность элементов машин и конструкций с трещинами: Учеб. Пособие. Брянск, БГТУ, 1996, 232 с.
- Шлюшенков А.П. Нагруженность и расчеты на прочность и долговечность деталей машин и элементов конструкций: Учеб. Пособие. -Брянск: БИТМ, 1991.- с. 156.
- Diversity drives shinkansen speed-up// Railway Gazette International. -1992.-№ 11.-P.745,747,749−750.
- Lohmann A., Bieker G. High speed bogie tests for Germany’s ICE // Railway Technology International. 1989. — P. 109−114.
- Pueblo conducts heavy wagon tests // International Railway Journal. 1 990 158- № 7. P. 39−40.
- Railfreight metals invests in the future handover of first all-purpose steel carrying wagons //Rail International.- 1990.-№ 6.-P.35.
- Shipper, UTLX team up on HCI cars //Progressive Railroading.-№ 8.-P.50,52.
- Shuttle locas repackage proven concepts // Railway Gazette International.- 1992.-№ 11. P.773,775,777.
- Shuttle tests start the final countdown // Railway Gazette International. -1992.-№ 10. -P.695−697,699,701,702.
- Steady climb seen freight car deliveries, from 30,400 in 1990 to 46,500 in 1994 // Railway Age. 1990.-№ 3. -P. 18.