Вагон-цистерна для перевозки вязких и застывающих грузов модель 15-1255-01
Краткое сожержание материала:
Размещено на
Размещено на
Вагон-цистерна для перевозки вязких и застывающих грузов модель 15-1255-01
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Расчет статических напряжений
2. Расчет параметров циклического нагружения продольными нагрузками
3. Расчет параметров циклического нагружения вертикальными нагрузками
4. Расчет амплитуд динамических напряжений
5. Расчет пределов выносливости
6. Расчет коэффициентов запаса усталостной прочности
Заключение
Перечень ссылочных документов
Лист регистрации изменений
Введение
Настоящий расчет выполнен с целью оценки сопротивления усталости вагона-цистерны для перевозки вязких и застывающих грузов модели 15-1255-01 (далее по тексту вагона), изготовленного на ОАО «Рузхиммаш» по конструкторской документации 1237.00.00.000.
Оболочка котла состоит из обечайки и двух днищ. Материал оболочки - низколегированная сталь марки 09Г2С-14 ГОСТ 5520-79.
Расчет производится в соответствии с «Нормами для расчета и проектирования вагонов, железных дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных)», 1996 г. [1].
При расчете использовались данные СТО-00212127-07104-2005 «Вагоны грузовые и пассажирские. Методы испытаний на прочность и ходовые качества», М.: ГосНИИВ, 1995 г. [2].
Основные параметры вагона-цистерны:
Масса БРУТТО, т 94
Грузоподъемность, т 62
Диаметр котла внутренний, мм 2890
Номинальная толщина: обечайки котла, мм 8
броневого листа, мм 11
днищ котла, мм 10
Конструкционная скорость движения, м/с 33,3
Назначенный срок службы вагона, лет 32
Расчетные механические свойства материала обечайки котла [1, с. 294]:
- предел текучести уТ, МПа 345
- временное сопротивление уВ, МПа 490
- предел выносливости (среднее значение гладкого
стандартного образца) , МПа 225
Расчетные механические свойства материала броневого листа и днищ [1, с. 294]:
- предел текучести уТ, МПа 325
- временное сопротивление уВ, МПа 470
- предел выносливости (среднее значение гладкого
стандартного образца) , МПа 210
1. Расчет статических напряжений
Для оценки сопротивления усталости выбраны наиболее напряженные зоны:
- тавровое соединение обечайки люка с обечайкой котла (с полным проваром шва);
- нахлесточное соединение лап с броневым листом (без скоса кромок);
- тавровое соединение опорных швеллеров с броневым листом (без скоса кромок).
Перечисленные зоны далее имеют условные обозначения А, Б, В (рисунок 1).
Рисунок 1 - Расположение зон оценки сопротивления усталости
Оценка усталостной прочности производилась в соответствии с указаниями «Норм…», по коэффициенту запаса сопротивления усталости по формуле [1, с. 57, формула 3.7] для каждой потенциально опасной зоны
; ;
где , , МПа - предел выносливости (по амплитуде) при симметричном цикле и установившемся режиме нагружения при базовом числе циклов N0 =107;
, , , МПа - величина амплитуды динамического напряжения условного симметричного цикла, приведенная к базовому числу циклов N0, эквивалентная повреждающему воздействию реальному режиму эксплуатационных напряжений за расчетный срок службы;
[n] = 1,8 - минимально допустимый коэффициент запаса сопротивления усталости за выбранный срок службы [1, с. 75, таблица 3.6].
Для определения амплитуд динамических напряжений выполнялся расчет напряженно-деформированных состояний котла вагона:
- от действия инерционных сил и внутреннего давления гидроудара, возникающих вследствие продольных ударов в автосцепку (рисунок 2);
- от постоянно действующего давления паров битума (рисунок 3);
- от действия веса БРУТТО котла (рисунок 4).
вагон цистерна груз перевозка
Рисунок 2 - Напряженное состояние оболочки котла от инерционных нагрузок при ударе силой 3,5 МН в автосцепку и давления гидроудара руд = 0,352 МПа
Рисунок 3 - Напряженное состояние оболочки котла от давления паров pпар = 0,07 Мпа
Рисунок 4 - Напряженное состояние оболочки котла от веса БРУТТО
Значения напряжений для каждой зоны вычислены методом конечных элементов с помощью программы MSC.PATRAN/NASTRAN.
2. Расчет параметров циклического нагружения продольными нагрузками
На основании проведенных расчетов напряжений от действия инерционных сил и внутреннего давления гидроудара, возникающих вследствие продольных ударов в автосцепку (рисунок 2) имеем
= 37,0 МПа ; = 92,5 МПа ; = 14,8 МПа
Уровни амплитуд напряжений от действия продольной ударной силы и давления гидроудара можно пересчитать по формулам
; ;
где 3,5 МН - расчетная величина продольной ударной силы, соответствующая расчетным напряжениям ; у1Б и .
, МН [2, с. 26, таблица 9.2] - поинтервальный уровень амплитуд ударных сил по СТО-00212127-07104-2005.
Приведение величины амплитуд динамических напряжений к эквивалентному симметричному циклу осуществляется по формуле
; ;
где , и - средние значения напряжений;
шу = 0,05 [3, с. 34, таблица 3] - коэффициент, учитывающий влияние постоянной составляющей цикла.
Для определения средних значений рассмотрим график изменения напряжений в процессе периодически изменяющихся ударных воздействий от 0 МН до максимума с учетом некоторого уровня постоянно действующих напряжений от давления паров битума и от веса БРУТТО в статике (рисунок 5).
Рисунок 5 - График изменения напряжений при отнулевом цикле
В соответствии с ассиметричным циклом изменения напряжений (рисунок 5) запишем выражение для определения среднего значения напряжений от действия продольных ударных сил
и
и
и
Расчет параметров циклического нагружения продольными нагрузками для зоны «А» приведен в таблице 1
Таблица 1 - К расчету параметров циклического нагружения зоны продольными нагрузками ( = 37,0 МПа; = 10,6 МПа; ; шу = 0,05)
|
Амплитуда цикла F1i, МН |
Уровни амплитуд напряжений |
Частость р1i |
|||
|
, МПа |
, МПа |
||||
|
0,25 |
2,6 |
5,5 |
0,126 |
115,3 |
|
|
0,6 |
6,3 |
9,4 |
0,285 |
2225,1 |
|
|
1 |
10,6 |
13,9 |
0,28 |
10452,4 |
|
|
1,4 |
14,8 |
18,3 |
0,183 |
20523,7 |
|
|
1,8 |
19 |
22,7 |
0,077 |
20445,3 |
|
|
2,2 |
23,3 |
27,2 |
0,036 |
19705,1 |
|
|
2,6 |
27,5 |
31,6 |
0,0102 |
10170,6 |
|
|
3 |
31,7 |
36 |
0,0024 |
4031,1 |
|
|
3,4 |
35,9 |
40,4 |
0,0003 |
799,2 |
|
|
3,8 |
40,2 |
44,9 |
0,0001 |
406,4 |
|
|
У = |
1 |
88875 |
© 2006-2015 Студенческий сайт ТНУ им. В.И.Вернадского, TNU.in.UA