CC BY
28
Транспорт
Успешность организации внутреннего контроля во многом зависит от уровня профессиональной подготовки кадров, обеспечивающих реализацию поставленных задач [8].
Отсутствие квалифицированных кадров в области внутреннего контроля и аудита как по российским, так и по международным стандартам является проблемой. Высокие требования необходимо предъявлять к кафедрам учета и аудита. Основная трудность, с которой приходится сталкиваться при трудоустройстве выпускника вуза, - отсутствие практического опыта. Кафедрам университетов необходимо более активно взаимодействовать с предприятиями для повышения практических навыков выпускников.
Заключение
Методы внутреннего аудита и контроля в ОАО «РЖД» основаны на ведущих мировых практиках и международных стандартах деятельности, что позволяет своевременно выявлять системные недостатки, вырабатывать соответствующие рекомендации по сокращению издержек, снижению потерь доходов и повышению эффективности управления компанией.
Таким образом, в процессе внутреннего контроля в ОАО «РЖД» оценивается обоснованность и эффективность принятых управленческих решений, выявляются допущенные отклонения от требований управленческий решений, от принятых принципов организации и регулирования, причины этих отклонений, а также определяются пути преодоления имеющихся препятствий для эффективного функционирования всей системы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИИ СПИСОК
1. Терешина Н.П. Экономика железнодорожного транспорта. М. : Финансы, 2012. 536 с.
2. Белозеров О.В. Доклад президента открытого акционерного общества «Российские железные дороги» // Железнодорожный транспорт. 2016. № 1. С. 4-10.
3. О бухгалтерском учете : федер. закон от 06.12.2011 402 : по состоянию на 04.11.2014 // Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
4. Об утверждении федеральных правил (стандартов) аудиторской деятельности : постановление Правительства РФ от 23.09.2002 № 696 : по состоянию на 22.12.2011 // Доступ из справ.-правовой системы «Консультант-Плюс».
5. Положение о порядке организации и проведения внутреннего контроля и аудита центром контроля и внутреннего аудита «Желдорконтроль» : распоряж. ОАО «РЖД» от 09.03.2007 № 382р // Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
6. Иванов О.Б. Практика построения риск-ориентированной системы внутреннего контроля и аудита в ОАО «Российские железные дороги» // ЭТАП: экономическая теория, анализ, практика. 2014. № 4. С. 7-31.
7. Попов Д.С. Бюджетный стратегический контроль // Экономика железных дорог. 2016. № 1. С.56-61.
8. Аксенов Б.А. Концепция системы внутреннего контроля корпорации // Экономика железных дорог. 2016. № 5. С.43-47.
УДК 624.131 Кудрявцев Сергей Анатольевич,
д. т. н., профессор, проректор по научной работе, Дальневосточный государственный университет путей сообщения, Хабаровск тел./факс 8(924)208-28-29, e-mail: [email protected] Шестаков Илья Викторович, аспирант, главный специалист, Дальневосточный государственный университет путей сообщения, Хабаровск
тел./факс 8(924)309-14-41, e-mail: [email protected] Кажарский Алексей Владимирович, к. т. н., доцент,
Дальневосточный государственный университет путей сообщения, Хабаровск тел./факс 8(914)403-31-63, e-mail: [email protected]
ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ЛЕГКОНАГРУЖЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ ОПАСНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ В СЕЗОННОПРОМЕРЗАЮЩИХ
ГРУНТАХ
S. A. Kudryavtsev, I. V. Shestakov, A V. Kazharsky
GEOTECTNICAL MONITORING OF DANGEROUS INDUSTRIAL OBJECTS LIGHT-LOADED BUILDINGS ON HEAVING GROUND
Аннотация. Необходимость мониторинга технического состояния зданий и сооружений опасных производственных объектов требует создания комплекса мер, обеспечивающих получение исчерпывающей информации о текущем техническом состоянии объекта. При этом, сама оценка технического состояния должна принимать во внимание различные факторы,
влияющие на безопасную эксплуатацию. В связи с этим в рамках мониторинга необходимо создание модели оценки технического состоянии, позволяющей не только производить качественную оценку технического состояния, но и прогнозировать возможное развитие негативных процессов. Данное условие позволяет осуществить принятие оперативных действий по предотвращению создания аварийной ситуации, что особенно важно для опасных производственных объектов. На основании указанного выше наиболее эффективной является оценка фактического технического состояния для выявления дефектов и моделирование численными методами для осуществления прогнозирования развития опасных факторов.
Ключевые слова: пучинистые грунты, свайные фундаменты, численное моделирование.
Abstract. The need for monitoring the technical condition of buildings and structures of hazardous production facilities requires creation of a set of measures that provide complete information about the current technical condition of the object. At the same time, the technical condition of self- assessment should take into account various factors affecting safe operation. In this connection, in the monitoring it is necessary to create a technical condition assessment model, which allows not only to make a qualitative assessment of the technical condition, but also to predict possible development of negative processes. This condition allows to adopt the operational actions to prevent creation of an emergency, which is particularly importantfor hazardous production facilities. On the basis of most of the above we propose effective evaluation of the actual technical condition to detect defects and modeling ofnumerical methods for the prediction of hazards.
Keywords: heaving soils, pile foundations, numerical modeling.
Введение
На сегодняшний день осуществляется мониторинг технического состояния высотных и уникальных зданий и сооружений. Здания и сооружения, находящиеся на территории опасных производственных объектов (ОПО) и относящиеся к ним, также подлежат мониторингу и обследованию технического состояния. Но на данный момент проведение подобных мероприятий касается в основном дымовых и вентиляционных труб, зданий насосных станций и подстанций. В меньшей степени это касается легких конструкций в виде фундаментов емкостей, аппаратов и теплообменников. При этом происходит оценка технического состояния объектов только визуально доступных конструктивных элементов. Между тем в период технического обслуживания расположенного на фундаментах оборудования, а также технологических процедур (налив и опорожнение), производимых во время их эксплуатации, возможно проявление деформаций фундаментов и оснований, связанное с изменением величины нагрузки, которая может отличаться в десятки раз. Оборудование может быть выведено из эксплуатации на длительный срок в неблагоприятный период. Кроме того, в процессе эксплуатации физико-меха-нические свойство грунтов могут изменить свои свойства из-за попадания в толщу грунта результатов промывки емкостного оборудования.
Способы проведения мониторинга
зданий и сооружений
Выходы из строя или отказы конструкций зданий и сооружений, происходящие на различных объектах, говорят об острейшей необходимости применения новейших технологий диагностики и мониторинга зданий и сооружений, поскольку в процессе эксплуатации здания и сооружения, а также их основания и фундаменты получают повреждения и подвергаются изменениям
физических характеристик под воздействием различных факторов. В качестве мероприятий для контроля состояния основных конструктивных элементов зданий и сооружений производятся мероприятия по оценки текущего технического состояния. Основным недостатком
в области диагностики и мониторинга зданий является отсутствие технологий, обеспечивающих интегральную оценку системы «грунт - здание» в трехмерной динамической постановке и ее увязки с интегрированной системой мониторинга безопасности и жизнеобеспечения всего объекта.
Стоит отметить, что в качестве мониторинга для определения осадок грунтов применяют скважинные магнитные экстензометры, автоматические фиксированные экстензометры для определения суммарных осадок и систему мониторинга дифференциальной осадки (DSM) для автоматического и непрерывного долговременного контроля послойной осадки зданий. Горизонтальные перемещения грунтов
контролируются спутниковыми методами. Деформационные марки в виде GPS-приемников закрепляются на поверхности грунта или на торцевом конце анкера, который закладывают на интересующую исследователя глубину. В качестве альтернативного варианта контроля горизонтальных перемещений грунтов могут применяться инструмен-тальные скважинные наблюдения с помощью переносных инклинометрических зондов или автоматических инклинометрических систем. Уровень воды в скважинах и поровое давление контролируются пьезометрами.
Тем не менее, основным препятствием для широкого внедрения данных комплексов является их стоимость. В качестве альтернативной меры можно назвать применение ультразвукового и сейсмоакустического оборудования - геосканеров, геолокаторов, сейсмологических и сейсмо-
Транспорт
акустических станций. Применение вышеуказанного оборудования позволяет с большой достоверностью определить как техническое состояние строительных конструкций, так и физико-механические свойства грунтов.
Проведение мониторинга с применением геоакустического исследования В 2014 г. в рамках реконструкции блока каталитического риформинга ОАО «Хабаровский НПЗ» было проведено обследование технического состояния фундамента емкости Е-2 в связи с изменением технологической схемы. Изменение технологической схемы предполагает периодическое наполнение емкости, а также эксплуатацию емкости с неполным заполнением, в связи с этим нагрузка от емкости, предаваемая на фундамент, колеблется от 52 тонн в заполненном состоянии до 11 тонн при отсутствии жидкости. Поскольку при эксплуатации емкости без жидкости возможна деформация фундамента в период промерзания -оттаивания от воздействия сил морозного пучения, необходимо было выполнить оценку технического состояния фундамента, оценку физико-меха-ниче-ских свойств грунта и разработку мероприятий по снижению воздействия сил морозного пучения без конструктивного изменения конструкции фундамента. Обследованию подлежал свайный фундамент с ростверком круглого сечения, а также его основание. Фундамент выполнен монолитным, железобетонным, класс прочности B15. Фундамент армирован каркасами из арматуры с диаметром стержней 6 и 8 мм, сталь класса A-I и A-II. Схема фундамента представлена на рис. 4. Фундамент на 200 мм выше дневной поверхности (рис. 1), что позволило определить поперечные размеры ростверка, которые составили 0 2880 мм.
Поскольку работы проводились на действующей установке и в стесненных условиях, шурфы не устраивались. Оценка технического состояния фундаментов ниже дневной поверхности и физико-механических свойств грунта проводилась методом сейсмоакустического зондирования фундамента и сейсмического зондирования грунтов методом преломленных волн. При проведении сей-смоакустического зондирования использовалась сейсмостанция «Сейсмолог-20». Тип используемых датчиков - геофоны GX-20DX SUPER, вертикальные и горизонтальные, с собственной частотой 10 Гц и верхним пределом полосы пропускания 2000 Гц, с улучшенными характеристиками специально для 24-битных систем сбора данных. Для возбуждения полезного сигнала использовался искусственный источник - кувалда весом 5 кг, оборудованная пьезодатчиком. Удары осуществлялись вертикально и горизонтально по выступающим частям фундаментов в зависимости от типа целевых волн. Сейсмоприемники устанавливались исходя из габаритов обследуемых фундаментов. Ближайшие к месту удара сейсмоприемники располагались от него на расстоянии не более 0,2 м.
В ходе работ была определена прочность надземной части бетона фундамента, которая составила 34 МПа. Имеющиеся в проектной документации конструктивные решения обследуемого фундамента рассматривались как первое приближение к фактическим размерам, которые необходимо было установить в ходе сейсмоакустических исследований.
Благодаря продолжительной длине (0,68 миллисекунд) в записи имеются участки, которые можно отождествить с продольными и поперечными размерами фундамента. На рис. 2 и 3 представлены спектры Фурье, полученные при зондировании фундамента.
Рис. 1. Схема расстановки сейсмоприемников
при зондировании фундаментов Рис. 2. Спектр Фурье продольных колебаний
ai юа ты idso им ixo nu JO»
Рис. 3. Спектр Фурье поперечных колебаний
На них видны участки с постоянным периодом 0,002 миллисекунды, что при скорости продольных волн Vp = 4000 м/с в железобетоне класса B12.5 соответствует размерам, приведенным в рабочей документации (рис. 4).
При обработке данных учитывались резонансные пики, выраженные в спектрах продольных волн 1033 Гц, и поперечных волн - 833 Гц. Методика определения вертикальных и поперечных размеров описана выше. Результирующая схема представлена на рис. 4.
Рис. 4. Результирующая схема
Сейсморазведочные работы предусматривали зондирование грунтовой толщи с целью определения скоростей упругих волн и связанны с ними функционально или корреляционно основных физико-механических свойств грунтов. В выполненной работе применен вариант сейсморазведки -зондирование на прямых волнах по профилям, разбитым в пределах обследуемого сооружения.
Рис. 5. Система наблюдений при отработке сейсмических профилей
Выполнение зондирования по системе наблюдений, представленной на рис. 5, проводилось через бетонную стяжку со средней толщиной 10 см. Для получения непосредственного доступа к грунту в стяжке рассверливались отверстия диаметром 1,2 см, в которые вставлялись специальные полипропиленовые вкладыши, на которые устанавливались сейсмоприемники. Возбуждение сейсмических волн проводилось также через отверстие в бетоне ударами кувалды по арматурному стержню диаметром 1 ,0 см.
Такая схема измерений позволила практически исключить проблему инверсии сейсмических волн и получать их скорости, связанные только непосредственно с грунтами основания [1].
На площадке обследуемого объекта было определено 3 точки под подошвой обследуемого фундамента, в которых требовалось определить удельное сцеплении грунта, плотность, угол внутреннего трения и модуль деформации [2]. Для этого были отработаны сейсмические профили по схемам, как это показано на рис. 5.
В основании всех фундаментов находится суглинок, поэтому для вычисления характеристик использовались соответствующие корреляционные зависимости [3]. Характеристики грунта представлены в табл. 1.
Т а б л и ц а 1 Ведомость измерения характеристик грунтов по подошве обследуемых фундаментов
№ Плотность р, г/см3 Удельное сцепление С, кПа Угол внутреннего трения Ф, град Модуль общей деформации Eo, МПа
ФО 1,62 10 18 8
Транспорт
Поскольку лежащий в основании грунт относится к пучинистым в соответствие с ГОСТ 251002011, было выполнено численное моделирование с применением программного продукта FEMmodels Thermoground. Численное моделирование выполнялось для определения эффективности применения утеплителя в качестве меры по снижению воздействия отрицательных температур, поскольку вмешательство в конструктивную схему фундамента и проведение масштабных земляных работ на объекте не представляется возможным. Схема расположения теплоизоляции представлена на рис 6.
Различные виды диагностики в основном носят локальный характер, основываясь на визуальном и прочностном способе контроля с отбором проб материала и изучением конструктивного исполнения отдельных конструктивных элементов путём вскрытия узлов, защитных слоев и разработкой шурфов для изучения фактического состояния фундаментов.
Рис. 6. Схема размещения теплоизоляции: 1 - емкость Е-1; 2 - фундамент; 3 - теплоизоляция
Расчетное обоснование с применением численного моделирования
Производя локальный контроль, то есть концентрируясь при оценке на частностях, можно не уяснить главный механизм и причины уязвимости объекта к воздействию возможных нагрузок. Такой же локальный подход существует при проектировании зданий: грунты и фундаменты рассматриваются отдельно от самого здания, нет единого подхода к расчёту системы «грунт-здание» как единой системы. Значительная часть программных продуктов, используемых для расчета и численного моделирования оснований и фундаментов зданий и сооружений, позволяет оценить текущее состояния по результатам визуального, лабораторного и инструментального контроля, однако они не позволяют смоделировать динамическую картину, на основании которой можно сделать долгосрочный прогноз и, как
следствие разработать наиболее эффективные рекомендации.
Программный комплекс FEM models разработан геотехниками Санкт-Петербурга под руководством профессора В. М. Улицкого. Составной его частью является программа Thermoground для решения теплофизических задач методом конечных элементов. В создании модуля Termoground принимали участие К. Г. Шашкин, В. Н. Парамонов, И. И. Сахаров и С. А. Кудрявцев. Расчеты процессов промерзания, морозного пучения и оттаивания производятся в два этапа. Первоначально решается задача распределения температур и влажности с учетом фазовых переходов «вода-лед» в спектре отрицательных температур. В качестве модели грунта используется модель, предложенная Я. А. Кроником, в которой теплофизические и термодинамические характеристики грунта являются функциями температуры. Процессы оттаивания выполняются по методике ГОСТ 19706-74.
Принцип работы модуля Termoground основан на учете комплекса факторов: нестационарности, физической и теплофизической нелинейности работы грунтов при промерзании и оттаивании в пространственной постановке. Строгое решение этих задач предусматривает учет фазовых превращений воды в интервале отрицательных температур, а также наличия в зоне промерзания влаги, мигрирующей к фронту промерзания. Именно эта влага при близости к фронту промерзания подземных вод вносит основной вклад в деформацию морозного пучения, а также деформацию последующего оттаивания [4].
Количество воды в элементе грунта при промерзании в программном модуле Termo-ground устанавливается при теплофизическом расчете. При одинаковых граничных условиях теплообмена и положения грунтовых вод количество воды в элементе грунта определяется природной влажностью и количеством влаги, привнесенной в элемент при миграции. Если и природная влажность одинакова, то индивидуальность в количестве влаги в элементе определяют теплофизические характеристики грунта (это определяет распределение температур) и всасывающие характеристики - различная величина миграционного потока, соответствующая разным типам грунтов.
В трехмерной пространстве процесс распределения температур ниже нуля для нестационарного теплового режима выражается уравнением
W st
P d (Cth(f) + L0 qjw =
,d2T d2T sT
=x hf >(S?+q • (l)
где Cth(f) - удельная теплоемкость талого или мерзлого грунта; pd - плотность сухого грунта; Т -температура; t - время; Zo - удельная теплота фазовых превращений «вода - лед» в расчете на
единицу массы; ^ щf) - теплопроводность талого
или мерзлого грунта; х, y, z - координаты; qv -мощность внутренних источников тепла; Ww -содержание незамерзшей воды в грунте.
Система конечноэлементных уравнений задачи теплопроводности может быть получена минимизацией соответствующего функционала на множестве функций, удовлетворяющих граничным условиям задачи. С вариационной точки зрения решение уравнения (1) с указанными граничными условиями 1, 2, 3 и 4-го рода эквивалентно нахождению минимума функционала
Х =
1 j ^ f ,th
+
( дт\2
Sy
st n
-2\qv -Cfh—\T
St
+
dV +
(2)
+ j qnTdS + jai1T - Ta
2
что приводит к системе дифференциальных уравнений, в матричной форме следующим образом:
|дТ
n
т = ]Г N (x, у,г )}T {T (t )}, = [N ]{т}.
(4)
Матрица теплоемкости системы элементов имеет вид:
\Cfth ]=Е \Cf hh: ]=Е I]Т N^
/=1 i=1 Vе
матрица теплопроводности системы элементов имеет вид
[*- f * ] == Е [*- f / ]== ЕI f * м м^+
ja[n ][N ]dS,
(6)
где [ С^ ^ ] - матрица теплоемкости конечного
элемента; [ Xf, ^ ] - матрица теплопроводности
конечного элемента; N1 - матрица функций формы конечного элемента; [5] - матрица производных функций формы конечного элемента по координатам; «а - площадь поверхности, по которой осуществляется теплообмен; а -коэффициент теплоотдачи поверхности.
Векторы узловых теплопритоков имеют вид:
(7)
FIU N (qv-a-Ta )Ss.
dS ,
обыкновенных записываемых
С * + f * У + К }= 0, (3)
где [ Cf^ ] - матрица теплоемкости грунта в
мерзлом и талом сосотоянии; Т - вектор узловых
температур; t - время; [Х f ] - матрица
теплопроводности грунта в мерзлом и талом состоянии; - вектор правых частей
разрешающей системы уравнений.
Неизвестная функция температуры Т аппроксимируется на момент времени t в элементах и во всей рассматриваемой области функциями формы N(х, у, z):
Решение дифференциального уравнения (2) может быть получено по конечноразностной схеме. Наиболее простая схема - левая конечная разность:
[С]Т" ДТ^ = 0, (8)
где Тп - температура в текущий дискретный момент времени;
Тп-1 - температура в предыдущий дискретный момент времени.
Отсюда окончательно приходим к разрешающий системе конечноэлементных уравнений:
([с ]+мя])т„ = [с ]ти_1. (9)
Система уравнений (8) является самостартующей, поскольку в момент времени ^ температурное поле известно и равно заданному.
Рис. 7. Пример трехмерной расчетной модели распределения теплового потока по программному модулю
1=1
1=1
1=1 T/e
S
S
а
2
2
Транспорт
В отличие от имевших ранее теоретических решений разработанный программный модуль для численного моделирования процесса промерзания, морозного пучения и оттаивания адекватно описывает процессы переноса тепла, влаги, деформаций и напряжений морозного пучения и оттаивания при изменении внутренних и внешних условий в пространственной постановке. Точность теплофизиче-ских и напряженно-деформиро-ванных расчетов в значительной степени определяется погрешностью задаваемых физико-механических, теплофизиче-ских характеристик, скоростью изменения температуры атмосферы и уровня подземных вод. Поэтому их назначение для практических расчетов в конкретных грунтах целесообразно осуществлять по данным инженерно-геологических изысканий с использованием полевых и лабораторных методов
[5].
Расчетная схема для решения теплофизиче-ской задачи представлена на рис. 8.
пературного режима и определения глубины промерзания. Результаты численного моделирования представлены на рис 9.
Рис. 8. Расчетная схема теплофизической задачи
Первоначально было выполнено численное моделирование при температуре наружного воздуха, характерного в феврале для г. Хабаровска, поскольку именно в феврале наблюдается достижение максимальной глубины промерзания грунта.
Вторым этапом стало выполнение численного моделирования с применением утеплителя фундамента по контуру ростверка, с размещением утеплителя в уровне дневной поверхности. В качестве утеплителя выступил пенополистирол толщиной 300 мм. Численное моделирование выполнялось для февраля для возможности сравнения тем-
Рис. 9. Эпюры распределения температур и зоны промерзания и оттаивания основания свайных фундаментов емкости каталитического риформинга на февраль
Как видно из результатов численного моделирования, в случае опорожнения или недостаточного наполнения емкости в зимний период возможны деформации фундаментов, связанных с недостаточной загруженностью фундамента. В то же время применение утеплителя по контуру ростверка позволяет снизить негативное влияние сил морозного пучения вследствие сохранения показателей температуры непосредственно под фундаментом, при которой исключено начало проявления морозного пучения.
В целом можно отметить, что для сооружений опасных производств наиболее приемлемым является проведение мониторинга с применением неразрушающих методов контроля совместно с программными продуктами, позволяющими осуществлять численное моделирование для оценки текущего технического состояния и возможности прогноза.
Заключение
1. Применение методов сейсмозондирования со стационарно установленными сейсмоприемни-ками позволяет оперативно выявлять появление возможных дефектов и повреждений фундамента, а также оценивать возможные изменения физико-механические характеристик оснований.
2. Численное моделирование методом конечных элементов процессов промерзания, морозного пучения и оттаивания позволяет осуществлять про-
гноз как в долгосрочной перспективе, так и на текущий момент, позволяя решать инженерные задачи, связанные с реконструкцией и ремонтом зданий и сооружений в процессе эксплуатации.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Инженерная геофизика / Ф.М. Ляховицкий, В.К. Хмелевской, З.Г. Ященко М. : Недра, 1989. 252 с.
2. Возбуждение и распространение сейсмических волн / Уайт Дж. Э. М. : Недра, 1986. 216 с.
3. Методические рекомендации по определению состава и состояния и свойств грунтов сейсмо-акустическими методами. М. : ЦНИИС, 1985. Кудрявцев С.А., Сахаров И.И., Парамонов В.Н. Промерзание и оттаивание грунтов практические примеры и конечноэлементные расчеты. СПб., 2014. 248 с.
Кудрявцев С.А. Расчетно-теоретическое обоснование проектирования и строительства сооружений в условиях промерзающих пучинистых грунтов. СПб., 2004. 39 с.
4.
5.
УДК Неживляк Андрей Евгеньевич,
к. т. н., директор Научно-исследовательского и опытно-конструкторского института транспорта,
Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. 8(3952) 63-83-99, доб. 0538, e-mail: [email protected]
Гречнева Мария Васильевна, доцент кафедры машиностроительных технологий и материалов, Иркутский национальный исследовательский технический университет, тел. 8(3952) 63-83-99, доб. 0538, e-mail: [email protected] Неживляк Дмитрий Андреевич, магистрант, Иркутский национальный исследовательский технический университет, тел. 8(3952) 63-83-99, доб. 0148, e-mail: [email protected]
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ БАЛКИ ВАГОНА НА ОСНОВЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
A. E. Nejivlyak, M. B. Grechneva, D. A. Nejivlyak
IMPROVING THE DESIGN OF THE CONNECTING BEAMS OF A RAILWAY CARRIAGE
BASED ON THE FINITE ELEMENT METHOD
Аннотация. Одной из проблем эксплуатации 8-осных цистерн на сети железных дорог является низкая надёжность 4-осных колёсных тележек, обусловленная недостаточной эксплуатационной надёжностью одного из основных несущих узлов конструкции - соединительной балки. В процессе эксплуатации происходит выход её из строя из-за появления трещин и изменения геометрических параметров всех опорных поверхностей конструкции. На основе конечноэлементного анализа напряжённо-деформированного состояния при различных схемах нагружения выявлены зоны, имеющие максимальный уровень напряжений. Разработаны предложения по усовершенствованию конструкции для увеличения прочности наиболее повреждаемых узлов: полное спрямление сварного шва, соединяющего нижний лист с пятником; ввод усиливающих накладок; ввод дополнительного ребра жёсткости в центральную часть конструкции.
Ключевые слова: соединительная балка, конечноэлементная модель, максимальные напряжения, прочность, напряжённо-деформированное состояние.
Abstract. Among the operational problems of 8-axle tanks on the railway network there is a low reliability of 4-axle wheel trucks caused by insufficient operational reliability of a connecting beam, which is one of the main load-bearing nodes of the structure. Appearance of cracks during the operation and changes in geometric parameters of all supporting surfaces result in operating troubles of the connecting beam. Using the finite element analysis of the stress-strain state, highest-tension zones have been revealedfor different loading schemes. Proposals to improve the design of most damage-sensitive sites have been developed. These are complete flattening of the weld joining the bottom sheet with a pivot; usage of amplifying side plates; adding a supplementary strengthening rib in the central part of the structure.
Keywords: connecting beam, finite element model, maximum tensions, strength, stress-strain state.
Введение близлежащими элементами вагона. Кроме того, от-
Специфическая форма конструкции соедини- сутствует возможность усиления отдельных зон тельной балки четырехосных тележек обусловлена накладками и т. п. Уникальное количество элемен-выполнением функции восприятия больших верти- тов воспринимающих нагрузку и имеющих четкую кальных и горизонтальных нагрузок, а также стес- функциональную связь, ведет к тому, что отклоне-ненными габаритами. Стесненные габариты разме- ние параметров в любой паре сопряжений неиз-щения балки ведут к тому, что даже незначитель- бежно влияет на работоспособность и нагруженное изменение ее геометрических параметров при- ность всей конструкции (рис. 1). Уточнённому рас-водит к нежелательному контакту с различными
