Дослідження температурного впливу на міцність несучої конструкції критого вагона

Abstract

UA: В матеріалах статті проведено визначення температурного впливу на міцність несучої конструкції універсального критого вагона моделі 11-217. При цьому дослідження проведені шляхом комп’ютерного моделювання з використанням методу скінчених елементів, який реалізовано в програмному комплексі SolidWorks Simulation. При створенні просторової моделі несучої конструкції критого вагона враховано елементи, які жорстко взаємодіють між собою, тобто в моделі не враховано самоущільнені двері. Континуальна модель несучої конструкції критого вагона утворена тетраедрами. При проведенні розрахунків до уваги прийнято дві схеми термічного навантаження несучої конструкції критого вагона: температурний вплив на внутрішню поверхню, що має місце при перевезенні високотемпературних вантажів; зовнішній температурний вплив на бокові стіни критого вагона, що може мати місце при розморожуванні вантажів. Результати проведених розрахунків показали, що міцність несучої конструкції критого вагона при першій досліджуваній схемі навантаження забезпечується при дії температури у 118°С. При цьому максимальні еквівалентні напруження зафіксовані у вертикальних стійках і дорівнюють 344,8 МПа. У якості допустимих напружень враховано межу плинності матеріалу, яка для сталі 09Г2С дорівнює 345 МПа При другій схемі навантаження несучої конструкції критого вагона максимальні еквівалентні напруження дотримуються в межах допустимих при зовнішньому температурному впливі у 136,2°С. Чисельні значення максимальних еквівалентних напружень при цьому складають 344,9 МПа та виникають у гофрах. Проведені дослідження сприятимуть підвищенню ефективності використання залізничного транспорту шляхом можливості залучення критих вагонів до перевезень більш широкої номенклатури вантажів, а також створенню напрацювань щодо проектування мультифункціональних конcтрукцій вагонів.

EN: The article deals with the determination of the temperature effect on the strength of the bearing structure of a universal boxcar model 11-217. The study was carried out by computer modeling using the finite element method, which is implemented in the SolidWorks Simulation software package. When creating a spatial model of the bearing structure of a covered railroad car, elements that rigidly interact with each other were taken into account, i.e., the model does not take into account self-sealing doors. The continuum model of the bearing structure of a boxcar is formed by a tetrahedron. The calculations took into account two schemes of thermal loading of the bearing structure of a covered freight car: the temperature effect on the inner surface, which occurs during the transportation of high-temperature cargo; the external temperature effect on the side walls of a covered freight car, which can occur during defrosting of cargo. The results of the calculations showed that the strength of the bearing structure of a covered railroad car under the first studied loading scheme is ensured at a temperature of 118°C. The maximum equivalent stresses were recorded in the vertical racks and equaled 344.8 MPa. The yield strength of the material was taken into account as permissible stresses, which for 09G2S steel is 345 MPa. In the second loading scheme for the bearing structure of a covered railroad car, the maximum equivalent stresses are within the permissible limits for external temperature exposure of 136.2°C. The numerical values of the maximum equivalent stresses are 344.9 MPa and occur in the corrugations. The research will contribute to improving the efficiency of rail transport by enabling the use of covered railcars for the transportation of a wider range of goods, as well as creating developments in the design of multifunctional railcar structures.