Виявлення особливостей динамічної навантаженості та міцності несучої конструкції критого вагона з наповнювачем в хребтовій балці

Автор(и)

  • Сергій Володимирович Панченко Український державний університет залізничного транспорту, Україна https://orcid.org/0000-0002-7626-9933
  • Олексій Вікторович Фомін Державний університет інфраструктури та технологій, Україна https://orcid.org/0000-0003-2387-9946
  • Гліб Леонідович Ватуля Український державний університет залізничного транспорту, Україна https://orcid.org/0000-0002-3823-7201
  • Альона Олександрівна Ловська Український державний університет залізничного транспорту, Україна https://orcid.org/0000-0002-8604-1764
  • Олександр Миколайович Багров Державне підприємство «Український науково-дослідний інститут вагонобудування», Україна https://orcid.org/0000-0002-8984-7595
  • Дмитро Вячеславович Федосов-Ніконов Державне підприємство «Український науково-дослідний інститут вагонобудування», Україна https://orcid.org/0000-0003-0781-8182
  • Андрій Вікторович Рибін Український державний університет залізничного транспорту, Україна https://orcid.org/0000-0003-4430-8018

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.243866

Ключові слова:

транспортна механіка, критий вагон, несуча конструкція, динамічна навантаженість, інноваційний вагон

Анотація

Проведено визначення динамічної навантаженості та міцності несучої конструкції критого вагона при експлуатаційних режимах. Особливістю несучої конструкції вагона є те, що хребтова балка має замкнений переріз. Для зменшення динамічної навантаженості рами хребтова балка заповнена матеріалом з пружно-в’язкими властивостями. Таке рішення сприятиме перетворенню кінетичної енергії удару (ривка, розтягнення, стискання) в роботу сил пружно-в’язкого тертя, а отже і зниженню навантаженості несучої конструкції.

Для обґрунтування запропонованого удосконалення проведено математичне моделювання динамічної навантаженості несучої конструкції критого вагона. Розрахунок здійснений для випадку маневрового співударяння. Дослідження проведені у плоскій системі координат. Встановлено, що максимальні прискорення, які діють на несучу конструкцію критого вагона, складають близько 37 м/с2. Розрахована величина прискорення на 3,2 % нижча за ту, що отримана для несучої конструкції критого вагона без наповнювача.

Наведено результати розрахунку на міцність несучої конструкції критого вагона. При цьому застосований метод скінчених елементів. Максимальні еквівалентні напруження при цьому виникають в зонах взаємодії хребтової балки зі шворневими та складають 319,5 МПа, що на 8 % нижче за допустимі. Розрахунок здійснений і стосовно інших експлуатаційних режимів навантаження несучої конструкції вагона.

Здійснено верифікацію моделі динамічної навантаженості несучої конструкції критого вагона за F-критерієм.

Проведені дослідження сприятимуть створенню напрацювань щодо проектування інноваційних конструкцій рухомого складу та підвищенню ефективності його експлуатації

Біографії авторів

Сергій Володимирович Панченко, Український державний університет залізничного транспорту

Доктор технічних наук, професор, ректор

Олексій Вікторович Фомін, Державний університет інфраструктури та технологій

Доктор технічних наук, професор

Кафедра «Вагони та вагонне господарство»

Гліб Леонідович Ватуля, Український державний університет залізничного транспорту

Доктор технічних наук, професор, проректор з наукової роботи

Альона Олександрівна Ловська, Український державний університет залізничного транспорту

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра інженерії вагонів та якості продукції

Олександр Миколайович Багров, Державне підприємство «Український науково-дослідний інститут вагонобудування»

Кандидат технічних наук, завідуючий науково-дослідною лабораторією

Лабораторія «Наукових та експериментальних досліджень на статичну міцність та втому конструкцій залізничної техніки, неруйнівного контролю і властивостей матеріалів»

Дмитро Вячеславович Федосов-Ніконов , Державне підприємство «Український науково-дослідний інститут вагонобудування»

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Андрій Вікторович Рибін, Український державний університет залізничного транспорту

Старший викладач

Кафедра інженерії вагонів та якості продукції

Посилання

  1. Soloviova, L., Strelko, O., Isaienko, S., Soloviova, O., Berdnychenko, Y. (2020). Container Transport System as a Means of Saving Resources. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 459, 052070. doi: https://doi.org/10.1088/1755-1315/459/5/052070
  2. Strelko, O. H., Kyrychenko, H. I., Berdnychenko, Y. A., Sorochynska, O. L., Pylypchuk, Ya. O. (2019). Application of Information Technologies for Automation of Railway and Cargo Owner Interaction. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 582, 012029. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/582/1/012029
  3. Bondarenko, V., Skurikhin, D., Wojciechowski, J. (2019). The Application of Lithium-Ion Batteries for Power Supply of Railway Passenger Cars and Key Approaches for System Development. Smart and Green Solutions for Transport Systems, 114–125. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-35543-2_10
  4. Bondarenko, V. V., Skurikhin, D. I., Vizniak, R. I., Ravlyuk, V. H., Skurikhin, V. I. (2019). Experimental study of the method and device for wheel-sets acoustic monitoring of railway cars in motion. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 4, 30–36. doi: https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-4/7
  5. Shi, H., Wang, L., Nicolsen, B., Shabana, A. A. (2017). Integration of geometry and analysis for the study of liquid sloshing in railroad vehicle dynamics. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part K: Journal of Multi-Body Dynamics, 231 (4), 608–629. doi: https://doi.org/10.1177/1464419317696418
  6. Pospelov, B., Rybka, E., Meleshchenko, R., Borodych, P., Gornostal, S. (2019). Development of the method for rapid detection of hazardous atmospheric pollution of cities with the help of recurrence measures. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (97)), 29–35. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.155027
  7. Danchenko, Y., Andronov, V., Barabash, E., Obigenko, T., Rybka, E., Meleshchenko, R., Romin, A. (2017). Research of the intramolecular interactions and structure in epoxyamine composites with dispersed oxides. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (12 (90)), 4–12. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.118565
  8. Otrosh, Y., Semkiv, O., Rybka, E., Kovalov, A. (2019). About need of calculations for the steel framework building in temperature influences conditions. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 708, 012065. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/708/1/012065
  9. Chepurnoy, A. D., Litvinenko, A. V., Baranov, A. N., SHeychenko, R. I., Bondarenko, M. A. (2014). Eksperimental'nye issledovaniya gruzovogo vagona. Visnyk NTU «KhPI», 22 (1065), 44–61.
  10. Bityutskiy, A. A., Afanasyev, A. Ye., Khilov, I. A., Guskov, V. I. (2015). Bench run for resistance to fatigue of cobbled units of a covered wagon for car transportation. Transport Rossiyskoy Federacii, 3 (58), 81–85. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/15930830.pdf
  11. Antipin, D. Y., Racin, D. Y., Shorokhov, S. G. (2016). Justification of a Rational Design of the Pivot Center of the Open-top Wagon Frame by means of Computer Simulation. Procedia Engineering, 150, 150–154. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.06.738
  12. Sepe, R., Pozzi, A. (2015). Static and modal numerical analyses for the roof structure of a railway freight refrigerated car. Frattura Ed Integrità Strutturale, 9 (33), 451–462. doi: https://doi.org/10.3221/igf-esis.33.50
  13. Lee, H.-A., Jung, S.-B., Jang, H.-H., Shin, D.-H., Lee, J. U., Kim, K. W., Park, G.-J. (2015). Structural-optimization-based design process for the body of a railway vehicle made from extruded aluminum panels. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 230 (4), 1283–1296. doi: https://doi.org/10.1177/0954409715593971
  14. Fomin, O., Gorbunov, M., Gerlici, J., Vatulia, G., Lovska, A., Kravchenko, K. (2021). Research into the Strength of an Open Wagon with Double Sidewalls Filled with Aluminium Foam. Materials, 14 (12), 3420. doi: https://doi.org/10.3390/ma14123420
  15. Fomin, O., Gorbunov, M., Lovska, A., Gerlici, J., Kravchenko, K. (2021). Dynamics and Strength of Circular Tube Open Wagons with Aluminum Foam Filled Center Sills. Materials, 14 (8), 1915. doi: https://doi.org/10.3390/ma14081915
  16. Sokolov, A. M., Savushkina, Yu. V., Novoselov, A. Yu., Korotkov, D. S. (2019). Universal'niy profil' dlya hrebtovoy balki vagonov. Transport Rossiyskoy Federacii, 1 (80), 50–55. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/universalnyy-profil-dlya-hrebtovoy-balki-vagonov
  17. Matsika, E., O’Neill, C., Grasso, M., De Iorio, A. (2016). Selection and ranking of the main beam geometry of a freight wagon for lightweighting. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 232 (2), 495–513. doi: https://doi.org/10.1177/0954409716677075
  18. Hosseini-Tehrani, P., Bayat, V. (2011). Study on crashworthiness of wagon's frame under frontal impact. International Journal of Crashworthiness, 16 (1), 25–39. doi: https://doi.org/10.1080/13588265.2010.499698
  19. Bogomaz, G. I., Mehov, D. D., Pilipchenko, O. P., Chernomashenceva, Yu. G. (1992). Nagruzhennost' konteynerov-cistern, raspolozhennyh na zheleznodorozhnoy platforme, pri udarah v avtoscepku. Dynamika ta keruvannia rukhom mekhanichnykh system. Kyiv: ANU, Instytut tekhnichnoi mekhaniky, 87–95.
  20. DSTU 7598:2014. Freight Wagons. General reguirements to calculation and designing of the new and modernized 1520 mm gauge wagons (non-self-propelled) (2015). Kyiv. Available at: http://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=73763
  21. GOST 33211-2014. Freight wagons. Requirements to structural strength and dynamic qualities (2016). Moscow.
  22. Normy dlya rascheta i proektirovaniya vagonov zheleznyh dorog MPS kolei 1520 mm (nesamohodnyh) (1996). Moscow: GosNIIV – VNIIZhT, 319.
  23. Kir'yanov, D. V. (2006). Mathcad 13. Sankt-Peterburg: BHV-Peterburg, 608. Available at: https://elprivod.nmu.org.ua/files/mathapps/%D0%9A%D0%B8%D1%80%D1%8C%D1%8F%D0%BD%D0%BE%D0%B2_mathcad_13.pdf
  24. D'yakonov, V. (2000). MATHCAD 8/2000: special'niy spravochnik. Sankt-Peterburg: Piter, 592.
  25. Fomin, O., Lovska, A., Píštěk, V., Kučera, P. (2019). Dynamic load effect on the transportation safety of tank containers as part of combined trains on railway ferries. Vibroengineering PROCEDIA, 29, 124–129. doi: https://doi.org/10.21595/vp.2019.21138
  26. Lovskaya, A. (2015). Computer simulation of wagon body bearing structure dynamics during transportation by train ferry. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (7 (75)), 9–14. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2015.43749
  27. Pospelov, B., Rybka, E., Togobytska, V., Meleshchenko, R., Danchenko, Y., Butenko, T. et. al. (2019). Construction of the method for semi-adaptive threshold scaling transformation when computing recurrent plots. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (10 (100)), 22–29. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.176579
  28. Fomin, O. V. (2015). Improvement of upper bundling of side wall of gondola cars of 12-9745 model. Metallurgical and Mining Industry, 1, 45–48. Available at: https://www.metaljournal.com.ua/assets/Journal/english-edition/MMI_2015_1/9%20Fomin.pdf
  29. Dudnyk, V., Sinenko, Y., Matsyk, M., Demchenko, Y., Zhyvotovskyi, R., Repilo, I. et. al. (2020). Development of a method for training artificial neural networks for intelligent decision support systems. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (2 (105)), 37–47. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.203301
  30. Goolak, S., Gubarevych, O., Yermolenko, E., Slobodyanyuk, M., Gorobchenko, O. (2020). Mathematical modeling of an induction motor for vehicles. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (2 (104)), 25–34. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.199559
  31. Vatulia, G., Komagorova, S., Pavliuchenkov, M. (2018). Optimization of the truss beam. Verification of the calculation results. MATEC Web of Conferences, 230, 02037. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201823002037
  32. Gallager, R. (1984). Metod konechnyh elementov. Osnovy. Moscow: Mir, 428.
  33. Lovska, A., Fomin, O. (2020). A new fastener to ensure the reliability of a passenger car body on a train ferry. Acta Polytechnica, 60 (6), 478–485. doi: https://doi.org/10.14311/ap.2020.60.0478
  34. Alieinykov, I., Thamer, K. A., Zhuravskyi, Y., Sova, O., Smirnova, N., Zhyvotovskyi, R. et. al. (2019). Development of a method of fuzzy evaluation of information and analytical support of strategic management. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (2 (102)), 16–27. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.184394
  35. Koshlan, A., Salnikova, O., Chekhovska, M., Zhyvotovskyi, R., Prokopenko, Y., Hurskyi, T. et. al. (2019). Development of an algorithm for complex processing of geospatial data in the special-purpose geoinformation system in conditions of diversity and uncertainty of data. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (9 (101)), 35–45. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.180197
  36. Krol, O., Sokolov, V. (2020). Modeling of Spindle Node Dynamics Using the Spectral Analysis Method. Lecture Notes in Mechanical Engineering, 35–44. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-50794-7_4
  37. Krol, O., Porkuian, O., Sokolov, V., Tsankov, P. (2019). Vibration stability of spindle nodes in the zone of tool equipment optimal parameters. Comptes rendus de l’Acade'mie bulgare des Sciences, 72 (11), 1546–1556. doi: https://doi.org/10.7546/crabs.2019.11.12
  38. EN 12663-2:2010. Railway applications - structural requirements of railway vehicle bodies - Part 2: Freight wagons (2010). B., 54.
  39. Kobzar', A. I. (2006). Prikladnaya matematicheskaya statistika. Moscow: Fizmatlit, 816.
  40. Ivchenko, G. I., Medvedev, Yu. I. (2014). Matematicheskaya statistika. Moscow: Librokom, 352.
  41. Rudenko, V. M. (2012). Matematychna statystyka. Kyiv: Tsentr uchbovoi literatury, 304.
  42. Kosmin, V. V. (2007). Osnovy nauchnyh issledovaniy. Moscow: GOU «Uchebno-metodicheskiy centr po obrazovaniyu na zheleznodorozhnom transporte», 271.
  43. Alyamovskiy, A. A. (2007). SolidWorks/COSMOSWorks 2006–2007. Inzhenernyy analiz metodom konechnyh elementov. Moscow: DMK, 784.
  44. Alyamovskiy, A. A. (2010). COSMOSWorks. Osnovy rascheta konstrukciy na prochnost' v srede SolidWorks. Moscow: DMK, 784.
  45. Píštěk, V., Kučera, P., Fomin, O., Lovska, A. (2020). Effective Mistuning Identification Method of Integrated Bladed Discs of Marine Engine Turbochargers. Journal of Marine Science and Engineering, 8 (5), 379. doi: https://doi.org/10.3390/jmse8050379
  46. Vatulia, G., Rezunenko, M., Orel, Y., Petrenko, D. (2017). Regression equations for circular CFST columns carrying capacity evaluation. MATEC Web of Conferences, 107, 00051. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201710700051
  47. Nandan, S., Trivedi, R., Kant, S., Ahmad, J., Maniraj, M. (2020). Design, analysis and prototype development of railway wagons on different loading conditions. International Journal of Engineering Applied Sciences and Technology, 04 (10), 122–129. doi: https://doi.org/10.33564/ijeast.2020.v04i10.023
  48. Fomin, O., Lovska, A. (2020). Establishing patterns in determining the dynamics and strength of a covered freight car, which exhausted its resource. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (7 (108)), 21–29. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.217162
  49. Pɫaczek, M., Wróbel, A., Buchacz, A. (2016). A concept of technology for freight wagons modernization. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 161, 012107. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/161/1/012107
  50. Harak, S. S., Sharma, S. C., Harsha, S. P. (2014). Structural Dynamic Analysis of Freight Railway Wagon Using Finite Element Method. Procedia Materials Science, 6, 1891–1898. doi: https://doi.org/10.1016/j.mspro.2014.07.221

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-21

Як цитувати

Панченко, С. В., Фомін, О. В., Ватуля, Г. Л., Ловська, А. О., Багров, О. М., Федосов-Ніконов , Д. В., & Рибін, А. В. (2021). Виявлення особливостей динамічної навантаженості та міцності несучої конструкції критого вагона з наповнювачем в хребтовій балці. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(7 (114), 68–76. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.243866

Номер

Том 6 № 7 (114) (2021): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Sergii Panchenko, Oleksij Fomin, Glib Vatulia, Alyona Lovska, Oleksandr Bahrov, Dmytro Fedosov-Nikonov, Andrij Rybin

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.