Комп’ютерне моделювання поперечної навантаженості кузова напіввагона зі стінами із сендвіч-панелей

Abstract

UA: Для зменшення навантаженості обшивки кузова напіввагона, а відповідно і пошкоджень, пропонується виготовлення її секційною. При цьому кожна секція утворюється сендвіч-панелями. Конструкція панелі являє собою два металевих листи між якими знаходиться енергопоглинальний матеріал. Для обґрунтування такого рішення проведено дослідження поперечної навантаженості кузова напіввагона комп’ютерним моделюванням. Дослідження проведено на прикладі універсального напіввагона моделі 12-757. Підлогу даної моделі напіввагона утворюють кришки розвантажувальних люків. У зв’язку з тим, що вони мають шарнірне з’єднання з кузовом при побудові просторової моделі вони не приймалися до уваги. Розрахунок реалізовано в програмному комплексі SolidWorks Simulation за методом скінчених елементів. При складанні розрахункової схеми кузова напіввагона враховано, що на нього діє вертикальне навантаження, поперечне, а також тиск насипного вантажу. Розрахунок здійснено за умови завантаження кузова кам’яним вугіллям, оскільки даний тип вантажу є одним із найбільш поширених при перевезеннях в напіввагонах. У якості матеріалу кузова застосовано сталь марки 09Г2С. Для моделювання енергопоглинального матеріалу в сендвіч-панелях застосовано зв'язок “пружина-демпфер”. Скінчено-елементна модель утворювалася ізопараметричними тетраедрами. Для визначення їх оптимальної чисельності застосовано графоаналітичний метод. Встановлено, що максимальне прискорення кузова напіввагона на 4,3% нижче за те, що діє на типову конструкцію. Результати проведених досліджень сприятимуть створенню напрацювань щодо проєктування сучасних конструкцій залізничних вагонів з покращеними техніко-економічними характеристиками та підвищенню ефективності використання залізничного транспорту.

EN: In order to reduce the load on the paneling of the open wagon body, and accordingly the damage, it is proposed to make it sectional. At the same time, each section is formed by sandwich panels. The design of the panel is two metal sheets between which there is an energy-absorbing material. To justify such a decision, a study of the transverse load of the open wagon body was carried out by computer simulation. The study was carried out on the example of a universal open wagon model 12-757. The floor of this open wagon model is formed by the covers of the unloading hatches. Due to the fact that they have a hinged connection with the body, they were not taken into account when building the spatial model. The calculation was implemented in the SolidWorks Simulation software complex using the finite element method. When drawing up the calculation diagram of the open wagon body, it is taken into account that the vertical load, transverse load, as well as the pressure of the bulk cargo act on it. The calculation was made on the condition that the body is loaded with hard coal, since this type of cargo is one of the most common when transported in semi-trailers. 09G2S steel is used as the body material. To model energy-absorbing material in sandwich panels, the "spring-damper" connection is used. The finite-element model was formed by isoparametric tetrahedra. To determine their optimal number, the grapho-analytical method was used. It was established that the maximum acceleration of the body of an open wagon is 4.3% lower than that acting on a typical design. The results of the conducted research will contribute to the creation of studies on the design of modern structures of railway wagons with improved technical and economic characteristics and increase the efficiency of the use of railway transport.