Визначення особливостей напруженого стану рами пасажирського вагона з енергопоглинальним матеріалом в хребтовій балці

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.265043

Ключові слова:

хребтова балка, енергопоглинальний наповнювач, рама з наповнювачем, концепт енергопоглинальної рами

Анотація

Об’єктом дослідження є процеси виникнення, сприйняття та перерозподілу навантажень в удосконаленій конструкції рами пасажирського вагона. Науково-прикладною проблемою, якій присвячено дослідження, є забезпечення міцності несучої конструкції пасажирського вагона в умовах експлуатаційних навантажень. У зв’язку з цим запропоновано удосконалення рами пасажирського вагона шляхом створення хребтової балки з двох прямокутних труб, заповнених матеріалом з енергопоглинальними властивостями. Визначено закономірності навантаженості рами з урахуванням запропонованих рішень. Встановлено, що максимальні еквівалентні напруження в рамі з урахуванням її удосконалення на 11,2 % нижчі ніж у конструкції без наповнювача та на 11,7 % – ніж у типовій конструкції. Отримані результати пояснюються тим, що використання прямокутних труб, заповнених енергопоглинальним матеріалом, сприяє збільшенню моменту опору рами, а відповідно і зменшенню напружень.

Також в рамках дослідження визначено власні частоти коливань рами. Наведено результати розрахунку на міцність зварювального шва в зоні взаємодії хребтової балки зі шворневими.

Особливістю отриманих результатів є те, що покращення міцності рами здійснюється не шляхом посилення її складових, а зменшенням навантаженості.

Сферою практичного використання отриманих результатів є залізничний транспорт, а також інші галузі машинобудування. Умовами практичного використання результатів є впровадження замкнених профілів в конструкції транспортних засобів на стадії їх проектування та модернізацій.

Проведені дослідження сприятимуть зменшенню витрат на утримання пасажирських вагонів та підвищенню ефективності їх експлуатації. Також проведені дослідження можуть бути корисними напрацюваннями при проектуванні сучасних конструкцій вагонів

Біографії авторів

Альона Олександрівна Ловська, Український державний університет залізничного транспорту

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра інженерії вагонів та якості продукції

Іраіда Іванівна Становська, Національний університет «Одеська політехніка»

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра вищої математики та моделювання систем

Володимир Павлович Нерубацький, Український державний університет залізничного транспорту

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електроенергетики, електротехніки та електромеханіки

Денис Анатолійович Гордієнко, ПрАТ «ЕЛАКС»

Старший інженер

Олена Євгенівна Зінченко, ТОВ «ВО ОВЕН»

Кандидат технічних наук, науковий консультант

Надія Петрівна Карпенко, Український державний університет залізничного транспорту

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електроенергетики, електротехніки та електромеханіки

Юрій Олександрович Семененко, Український державний університет залізничного транспорту

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електроенергетики, електротехніки та електромеханіки

Посилання

  1. Olaby, O., Hamadache, M., Soper, D., Winship, P., Dixon, R. (2022). Development of a Novel Railway Positioning System Using RFID Technology. Sensors, 22 (6), 2401. doi: https://doi.org/10.3390/s22062401
  2. Bouraima, M. B., Qiu, Y., Yusupov, B., Ndjegwes, C. M. (2020). A study on the development strategy of the railway transportation system in the West African Economic and Monetary Union (WAEMU) based on the SWOT/AHP technique. Scientific African, 8, e00388. doi: https://doi.org/10.1016/j.sciaf.2020.e00388
  3. Nerubatskyi, V., Plakhtii, O., Hordiienko, D. (2021). Control and Accounting of Parameters of Electricity Consumption in Distribution Networks. 2021 XXXI International Scientific Symposium Metrology and Metrology Assurance (MMA). doi: https://doi.org/10.1109/mma52675.2021.9610907
  4. Nerubatskyi, V., Plakhtii, O., Hordiienko, D., Podnebenna, S. (2021). Synthesis of a Regulator Recuperation Mode a DC Electric Drive by Creating a Process of Finite Duration. 2021 IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). doi: https://doi.org/10.1109/ukrcon53503.2021.9575792
  5. Skrucany, T., Kendra, M., Skorupa, M., Grencik, J., Figlus, T. (2017). Comparison of Chosen Environmental Aspects in Individual Road Transport and Railway Passenger Transport. Procedia Engineering, 192, 806–811. doi: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.06.139
  6. Benjamin, A. A. (2022). Air transport and rail transport impact on environment: evidence from India, China, Brazil, Mexico, Indonesia, Turkey and Russia. Environmental Science and Pollution Research, 29 (22), 32959–32966. doi: https://doi.org/10.1007/s11356-022-18575-7
  7. Nerubatskyi, V., Plakhtii, O., Hordiienko, D., Mykhalkiv, S., Ravluyk, V. (2021). A method for calculating the parameters of the sine filter of the frequency converter, taking into account the criterion of starting current limitation and pulse-width modulation frequency. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (8 (109)), 6–16. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.225327
  8. Nerubatskyi, V. P., Plakhtii, O. A., Tugay, D. V., Hordiienko, D. A. (2021). Method for optimization of switching frequency in frequency converters. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 1, 103–110. doi: https://doi.org/10.33271/nvngu/2021-1/103
  9. Plakhtii, O. A., Nerubatskyi, V. P., Kavun, V. Ye., Hordiienko, D. A. (2019). Active single-phase four-quadrant rectifier with improved hysteresis modulation algorithm. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 5. doi: https://doi.org/10.29202/nvngu/2019-5/16
  10. Myamlin, S. V., Reidemeister, O. H., Pulariia, A. L., Kalashnyk, V. O. (2015). Development of recommendations for extending the useful life of passenger cars. Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, 6 (60), 118–126. doi: https://doi.org/10.15802/stp2015/57096
  11. Radkevich, N., Sapronova, S., Tkachenko, V. (2021). Investigation of residual resource of special railway vagon. Collection of Scientific Works of the State University of Infrastructure and Technologies Series “Transport Systems and Technologies,” 37, 50–58. doi: https://doi.org/10.32703/2617-9040-2021-37-6
  12. Kuczek, T., Szachniewicz, B. (2015). Topology optimisation of railcar composite structure. International Journal of Heavy Vehicle Systems, 22 (4), 375. doi: https://doi.org/10.1504/ijhvs.2015.073206
  13. Prykhodko, V. I., Shkabrov, O. O., Myamlin, S. V., Yagoda, P. O. (2007). Improving the design of the bodies of passenger cars for high-speed transportation. Science and Transport Progress, 14, 152–156. Available at: http://stp.diit.edu.ua/article/view/17870/
  14. Zairova, D., Kadirov, M. A., Khojiev, N., Khikmatov, F., Shokuchkorov, K. (2021). Running quality assessment of a passenger car produced in the Republic of Uzbekistan. E3S Web of Conferences, 264, 05058. doi: https://doi.org/10.1051/e3sconf/202126405058
  15. Kuczek, T. (2015). Application of manufacturing constraints to structural optimization of thin-walled structures. Engineering Optimization, 48 (2), 351–360. doi: https://doi.org/10.1080/0305215x.2015.1017350
  16. 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
  17. Lovska, A., Fomin, O., Horban, A., Radkevych, V., Skok, P., Skliarenko, I. (2019). Investigation of the dynamic loading of a body of passenger cars during transportation by rail ferry. EUREKA: Physics and Engineering, 4, 91–100. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2019.00950
  18. Wang, Y. Y., Sun, L. P., Zhang, J. (2009). The Parametric Finite Element Analysis Optimization Technique of Car body Structure Based on APDL and Its Applications. 2009 International Conference on Information Engineering and Computer Science. doi: https://doi.org/10.1109/iciecs.2009.5363927
  19. Malzacher, G., Takagaki, M., Gomes, A. C. (2022). Methodical development of a lightweight car body for a high-speed train. World Congress on Railway Research. World Congress of Railway Research (WCRR). Available at: https://elib.dlr.de/187037/
  20. Hu, H. C., Gong, D. (2014). Study on the Optimization of Bending Frequencies of Railway Vehicle Car Body. Applied Mechanics and Materials, 543-547, 303–306. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.543-547.303
  21. 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
  22. Lovska, A., Fomin, O., Kučera, P., Píštěk, V. (2020). Calculation of Loads on Carrying Structures of Articulated Circular-Tube Wagons Equipped with New Draft Gear Concepts. Applied Sciences, 10 (21), 7441. doi: https://doi.org/10.3390/app10217441
  23. 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
  24. Lovska, A., Fomin, O., Píštěk, V., Kučera, P. (2020). Dynamic Load and Strength Determination of Carrying Structure of Wagons Transported by Ferries. Journal of Marine Science and Engineering, 8 (11), 902. doi: https://doi.org/10.3390/jmse8110902
  25. Lovskaya, A. (2014). Assessment of dynamic efforts to bodies of wagons at transportation with railway ferries. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (4 (69)), 36–41. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.24997
  26. Talu, M. (2017). The Influence of the Corrosion and Temperature on the Von Mises Stress in the Lateral Cover of a Pressurized Fuel Tank. Hidraulica, 4, 89–97. Available at: https://hidraulica.fluidas.ro/2017/nr4/89-97.pdf
  27. Shukla, C. P., Bharti, P. K. (2015). Study and Analysis of Doors of BCNHL Wagons. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT)., V4 (04). doi: https://doi.org/10.17577/ijertv4is041031
  28. Fomin, O., Lovska, A. (2021). Determination of dynamic loading of bearing structures of freight wagons with actual dimensions. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (7 (110)), 6–14. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.220534
  29. 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
  30. Fang, Z., Han, M. (2014). Strength Analysis of the Railway Truck Body Based on ANSYS. Applied Mechanics and Materials, 615, 329–334. doi: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.615.329
  31. Fomin, O., Lovska, A., Melnychenko, O., Shpylovyi, I., Masliyev, V., Bambura, O., Klymenko, M. (2019). Determination of dynamic load features of tank containers when transported by rail ferry. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (7 (101)), 19–26. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.177311
  32. Stoilov, V., Simić, G., Purgić, S., Milković, D., Slavchev, S., Radulović, S., Maznichki, V. (2019). Comparative analysis of the results of theoretical and experimental studies of freight wagon Sdggmrss-twin. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 664 (1), 012026. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/664/1/012026
  33. Vatulia, G. L., Petrenko, D. H., Novikova, M. A. (2017). Experimental estimation of load-carrying capacity of circular, square and rectangular CFTS columns. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 6, 97–102. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Nvngu_2017_6_16
  34. Vatulia, G., Lobiak, A., Orel, Y. (2017). Simulation of performance of circular CFST columns under short-time and long-time load. MATEC Web of Conferences, 116, 02036. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201711602036
  35. Qin, S., Zhong, Y., Yang, X., Zhao, M. (2008). Optimization and static strength test of carbody of light rail vehicle. Journal of Central South University of Technology, 15 (S2), 288–292. doi: https://doi.org/10.1007/s11771-008-0473-1
  36. Wang, N., An, Z., Bai, D., Liu, S., Yu, X. (2021). Structural Optimization of Subway Aluminum Alloy Car Body Analyzed by Optistruct Software. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 791 (1), 012082. doi: https://doi.org/10.1088/1755-1315/791/1/012082
  37. Fomin, O. V. (2013). Optymizatsiyne proektuvannia elementiv kuzoviv zaliznychnykh napivvahoniv ta orhanizatsiya yikh vyrobnytstva. Donetsk: DonIZT-UkrDAZT, 251.
  38. Kelrykh, M., Fomin, A. (2015). Intregration of the circular pipes in the supporting system of boxcar to ensure the rational strength indexes. Technology Audit and Production Reserves, 5 (7 (25)), 41–44. doi: https://doi.org/10.15587/2312-8372.2015.51521
  39. Chykhladze, E. D. (2011). Opir materialiv. Kharkiv: UkrDAZT, 366.
  40. Shvabiuk, V. I. (2016). Opir materialiv. Kyiv: Znannia, 400.
Determining features of the stressed state of a passenger car frame with an energy-absorbing material in the girder beam

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-10-31

Як цитувати

Ловська, А. О., Становська, І. І., Нерубацький, В. П., Гордієнко, Д. А., Зінченко, О. Є., Карпенко, Н. П., & Семененко, Ю. О. (2022). Визначення особливостей напруженого стану рами пасажирського вагона з енергопоглинальним матеріалом в хребтовій балці. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(7 (119), 44–53. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.265043

Номер

Том 5 № 7 (119) (2022): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Alyona Lovska, Iraida Stanovska, Volodymyr Nerubatskyi, Denys Hordiienko, Olena Zinchenko, Nadiia Karpenko, Yurii Semenenko

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.