CC BY
19
УДК 621.01:539.4:656.21.001.2
0 деформируемом состоянии механической системы «груз-вагон-крепление»
Х. Т. Туранов 1, Я. О. Рузметов 2, А. В. Якушев 3
1 Уральский государственный университет путей сообщения, Российская Федерация, 620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66
2 Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта, 100167, Ташкент, Республика Узбекистан, ул. Адылходжаева, 1
3 Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Российская Федерация, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9
Для цитирования: Туранов Х. Т., Рузметов Я. О., Якушев А. В. О деформируемом состоянии механической системы «груз-вагон-крепление» // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2019. - Т. 16, вып. 3. - С. 455-468. Б01: 10.20295/1815-588Х-2019-3-455-468
Аннотация
Цель: Рассмотреть прикладную задачу по расчету усилий в гибких элементах крепления груза и деформированного вида груза и подкладок при движении поезда по кривым участкам пути с применением современных программных средств. Провести вычислительные эксперименты при вариациях значений массы груза, коэффициента трения, продольных, вертикальных и ветровых нагрузок в автоматизированном режиме с помощью разработанного подхода к определению усилий в гибких элементах крепления. Методы: Прикладная задача по расчету усилий в гибких элементах крепления груза на вагоне решена с применением программных средств. Расчет по определению усилий в гибких элементах крепления при маневровых соударениях вагонов выполнен в следующей последовательности: построение геометрии системы «груз-крепление-вагон», деление поверхностей на сетки конечных элементов. Результаты: Эксперименты показали, что за счет перераспределения усилий при перемещении груза по продольным и поперечным осям вагона происходит его поворот вокруг вертикальной оси при одновременном действии продольных, поперечных, вертикальных сил. Это дает возможность выбрать рациональный способ размещения гибких элементов крепления груза в автоматизированном режиме и соответственно внести изменения в действующие технические условия погрузки и крепления грузов. Практическая значимость: Предложенный подход в перспективе может быть использован для определения деформированного и нагруженного состояний груза и подкладок при движении поезда по кривым участкам пути от действия поперечных сил инерции и ветровых нагрузок как по боковым, так и по лобовым сторонам груза.
Ключевые слова: Перевозка груза, крепление груза в вагонах, загрузка вагона, деление поверхностей на сетки конечных элементов, вычислительные эксперименты.
Введение
Для обеспечения безопасности движения и сохранности перевозимых грузов большое значение имеет правильное размещение и
крепление грузов в вагонах. Как показывает анализ, случаи несохранности нередко происходят из-за загрузки вагона сверх установленной нормы, неравномерной погрузки в вагоне, развала вертикально погруженных изделий и
неправильной подготовки груза к перевозке, повреждения под действием динамических нагрузок при транспортировке и др.
По существующему техническому условию погрузки и крепления грузов [1, 2] выполняется упрощенный проверочный расчет крепления груза. До настоящего времени сделаны некоторые попытки по созданию метода расчета усилий в креплениях груза от действия продольных, поперечных и вертикальных сил [3-9] с использованием возможностей современных вычислительных средств МаШСАБ, выполняя следующее:
- ввод исходных данных (технико-эксплуатационные характеристики вагона, геометрические параметры гибких элементов крепления и груза, масса, скорость движения вагона, коэффициент трения соприкасающихся поверхностей груза и пола вагона, усилия предварительных закруток гибких элементов крепления);
- непосредственное вычисление усилий в гибких элементах крепления грузов с помощью аналитических выражений, полученных в [7-9], и возможностей вычислительной среды МаШСАБ [7].
Однако не выполнены расчеты по определению усилий в гибких элементах крепления груза с применением возможностей программных продуктов (для примера см. [10]).
В связи с этим расчет усилий в гибких элементах крепления груза с использованием программных средств является приоритетной и актуальной прикладной задачей, имеющей важное значение для федерального железнодорожного транспорта и транспортной науки. Такой подход к расчету усилий в гибких элементах крепления груза, несомненно, внесет весомый вклад в развитие основ теории погрузки и крепления грузов на открытом подвижном составе.
Методы решения
Прикладная задача по расчету усилий в гибких элементах крепления груза на вагоне
решена с помощью программных средств (для примера см. [10]).
Расчет по определению усилий в гибких элементах крепления при маневровых соударениях вагонов выполнен в такой последовательности:
- построение геометрии системы «груз-крепление-вагон»;
- деление поверхностей на сетки конечных элементов;
- задание свойств материалов груза, гибкого элемента крепления и подкладки. Например, параметры груза из железобетона: модуль упругости Е = 32,5'106 кН/м 2, коэффициент Пуассона V = 0,2 и плотность у = 2,5 т/м 3. Параметры подкладок из дерева (дуб): модуль упругости Е = 1,1-10 7 кН/м 2, коэффициент Пуассона V = 0,1 и плотность у = 0,69 т/м 3 [5];
- задание постоянных параметров (реальных констант) - гибкого элемента крепления, груза и подкладки. Геометрические размеры гибких креплений: диаметр ё = 0,006 м; проекции гибких элементов крепления на продольную ось а1 = а6 = 0,395, а2 = а7 = 0,695, а3 = а8 = 0,345, а4 = а9 = 0,275, а5 = а10 = 2,034; проекции гибких элементов крепления на поперечную ось Ьх = Ь2 = Ь3 = Ь4 = Ь6 = Ь7 = Ь8 = = Ь9 = 0,435, Ь5 = Ь10 = 0,935; проекции гибких элементов крепления на вертикальную ось Нх = Н2 = Н3 = Н4 = Н6 = Н7 = Н8 = Н9 = 2,1, Н5 = = к10 = 1,54. Здесь цифры 1, ...,10 - номера гибких элементов крепления;
- задание граничных условий (закрепление растяжек и подкладок);
- задание усилий начальных натяжений гибких элементов крепления. Начальные натяжения растяжек различные и колеблются в пределах от 16 до 26,5 кН (501 = 25,5, 502 = = 18,5, |5*03 = 23, Б04 = 21, |5*05 = 20,5, |5*06 = 24, |5*07 = = 16, 508 = 19,5 (с правой стороны груза), 501 а =
= 19,5, ¿02 а = 21,5, ¿03 а = 25, 504 а = 16, 505 а = 26,5,
5*06 а = 22,5, ¿07 а = 24, ¿08 а = 19 (с левой стороны груза)).
Особо отметим, что «Технические условия размещения и крепления грузов в вагонах и креплениях» не учитывают усилия началь-
ных натяжений гибких элементов, значения которых колеблются в широких пределах, например от 16 до 26,5 кН [7]. Данные способствуют прижатию груза через подкладки к полу вагона, приводя к большему удержанию груза от сдвигающих сил. В связи с этим учет таких усилий является обязательным этапом вычислений.
Для учета усилий начальных натяжений гибкого элемента крепления необходимо рассчитать удлинение его от заданных значений усилий начальных натяжений по общеизвестной формуле Гука: А/ = /(£0, /, ЕА) [5], где £0; и /1 - усилие начального натяжения (в кН) и длина (в м) гибкого элемента крепления соответственно; ЕА - жесткость на растяжение гибкого элемента крепления, кН (2,262 1 03 кН) [7]. Затем следует определить удлинение гибкого элемента крепления в зависимости от изменения температуры окружающей среды по общеизвестной формуле из курса физики: А/? = / (а, /, А?), в которой а - коэффициент линейного расширения материала гибкого элемента крепления, 1/град. (12 10-6 1/град.); А? -изменение температуры окружающей среды, град. Поскольку от действия усилия начального натяжения гибкого элемента крепления происходит укорачивание этого элемента, то, приравнивая полученные выше соотношения и учитывая, что разность температур, вызывающая начальное натяжение гибкого элемента, равна удлинению от усилий начальных натяжений данного элемента с отрицательным знаком, из условия совместности деформации находим [5]
М =-
alEA
Результаты расчетов по учету усилий начальных натяжений гибких элементов крепления были выполнены в вычислительной среде МаШСАБ. Приведем их в виде макета-документа:
- заданные значения усилий предварительных натяжений гибких элементов, кН:
- вычисленные значения длин гибких элементов, м: /1 = 2,971, /2 = 3,313, /3 = 1,405, /4 =
= 1,952, /5 = /1, /6 = /2, /7 = /3, /8 = /4;
- рассчитанные значения удлинений от заданных усилий предварительных натяжений гибких элементов, м:
- подсчитанные значения заданных отрицательных температур, град.:
Рис. 1. Схема погрузки и крепления груза
Схема размещения и крепления груза на платформе приведена на рис. 1.
Результаты решения и их анализ
Построение геометрии системы «груз-крепление-вагон», деление поверхностей на сетки конечных элементов и другие действия выполним в следующей последовательности.
Постановка и описание граничных условий
Для примера приведем отдельные случаи расчета (см. [10]). Так, в частности, заходим в меню GEOMETRY:
1. Выбрать команду Plane, которая задает плоскость, параллельную одной из плоскостей декартовой системы координат. Выбранная команда выглядит так: PLANE, Z,0,1. Затем перейти к команде Grid On (рисует сетку в активной плоскости): GRIDON,0,0,0.1,0.1,30,30,2. Здесь цифры 0.1 и 0.1 показывают размеры каждой клетки, м (10х10 см), а цифры 30 и 30 - число клеток сетки.
2. Создать геометрию половины груза (в случае симметрии) в фронтальной плоскости заданием необходимых точек по координатам, взятым из схемы погрузки и крепления груза. При этом использовать команды Points - Define: PT,1,1.5,0,0...PT,10,1.9,0,0. Здесь первые цифры 1,___,10 означают номера точек по порядку, а 1.5,...,1.9, 0,...,0 и 0,...,0 - значения координат X, Y и Z. Если возникнет необходимость пометить номера точек, то следует выполнить следующие действия: Status 1 - Pt (квадратик следует пометить мышкой) - Save -Auto.
3. Соединить между собой близлежащие точки, применяя команды Curves - Liner with 2 Pts: CRLINE,1,1,2...CRLINE, 9, 10, 1, где первые цифры 1,...,9 означают номера кривых, 1.2,...,10.1 - номера точек, между которыми проходят кривые (здесь прямая, как частный случай кривой). Чтобы соединить две близлежащие точки, следует мышкой по два раза щелкнуть на начальную и конечную точки.
4. Построить фаску, используя команды Curves - Manipulation - Filet: CRFILRT,10, 4, 5, 0.1 (остальные цифры присваиваются по
умолчанию). Здесь цифра 10 присвоена машиной. Цифры 4 и 5 - номера кривых, между которыми следует провести фаску, цифра 0.1 -радиус фаски, которую принимаем из чертежа груза. В результате между кривыми 4 и 5 получаем фаску с радиусом 0,1 м (10 см).
5. Создать поверхности по точкам с помощью команд Manipulation - Break near Pt: CRPTBRK, 1, 9, 0. Здесь цифра 1 означает номер кривой, на которой необходимо пометить новую точку, которая будет лежать напротив точки, например 9, на переходной кривой. Перенумеруем кривые через Status 1 - CR (квадратик следует пометить мышкой) - Save - Auto. Повторяя команды, имеем: CRPTBRK, 8, 8, 0. Еще раз повторяя команды, получим: CRPTBRK, 2, 8, 0, и на фигуре увидим появление кривой под номером 10. Затем стираем номера кривых через Status 1 - CR (следует убрать мышкой пометку из квадратика) - Save - Auto.
6. Создать поверхности по двум кривым, используя команды Sufaces - Define by 2 Cr: SF2CR, 1, 1, 5, 0. Здесь цифра 1 означает номер первой поверхности, следующая цифра 1 - номер первой кривой, а цифра 5 - номер второй. В итоге получим закрашенный прямоугольник, т. е. поверхность № 1, которая построена между кривыми 1 и 5. Такие действия повторим столько раз, сколько необходимо построить поверхностей. При необходимости следует перенумеровать кривые, стирая их после использования.
Деление поверхностей на сетки конечных элементов
Необходимо зайти в меню MESHING. Для обеспечения непрерывности соединения узлов между собой деление поверхностей в порядке возрастания их номеров является обязательным. При этом применяется команда Parametric - Mesh_Sufaces: M_SF,1,1,1,4,8,4,1,1; M_SF,2,2,1,2,4,1,1; M_SF,3,3,1,4,4,4,1,1; M_ SF,4,4,1,4,4,4,1,1 и т. д.
Например, после того, как вошли в меню
MESHING:
1. Для обеспечения непрерывности соединения узлов между собой деление поверхностей в порядке возрастания их номеров обязательно. При этом используется команда Parametric - Mesh_Sufaces: M_SF,1,1,1,4,8,4,1,1; M_SF,2,2,1,2,4,1,1; M_SF,3,3,1,4,4,4,1,1; M_SF,4,4,1,4,4,4,1,1 и т. д. Здесь цифра 1 означает номер первой поверхности, следующая цифра 1 - номер первой кривой, а цифра 5 - номер второй кривой. В итоге получим закрашенный прямоугольник, т. е. поверхность № 1, которая построена между кривыми 1 и 5. В результате увидим фигуру, разделенную на сетки конечных элементов.
2. Выбрать локальную систему координат, применяя которую можно поворачивать фигуру относительно выбранной оси координат, например относительно оси х. Для этого используем команду Geometry - Coordinate Systems - 3 Points: CSYS, 3,0,1,6,2. Здесь цифра 1 означает номер первой точки, с которой совпадает начало локальной системы координат; 6 - номер шестой точки, через которую проходит ось х, и 2 - номер второй точки, через которую проходит ось у.
3. Поворачивать фигуру относительно оси х с помощью команды Meshing - Elements -Generation - Symmetry: ELSYM,1,10 000,1, X,1,0. Здесь 10 000 - любое большое число. В результате получим повернутую относительно плоскости y - z фигуру, разделенную на сетки конечных элементов.
4. Выполнить объединение близлежащих узлов, используя команду Meshing - Nodes -Merge: NMERGE,1,220,1,0.001,0,1,0. Здесь все цифры появляются по умолчанию.
5. Произвести сжатие узлов, применяя команду Meshing - Nodes - Compress: MC0MPRESS,1,220,... Здесь все цифры также появляются по умолчанию.
6. Произвести сжатие элементов при помощи команды Meshing - Elements - Compress: EC0MPRESS,1,144, ... Здесь все цифры также появляются по умолчанию.
7. Произвести вытягивание (протягивание) фигуры по его длине по оси z, применяя коман-
ду Meshing - Elements - Generation - Extrusion: ELEXTR,1,10 000,1, Z -,9.1,30,1,1. Здесь 10 000 - любое большое число. В результате получим повернутую относительно плоскости y - z фигуру, разделенную на сетки конечных элементов.
Результаты деления поверхностей груза и подкладок на сетки конечных элементов представлены на рис. 2. При этом вид сверху, с торца и с боку показаны соответственно на рис. 2, а-в. Задание ветровых нагрузок на боковую поверхность груза иллюстрирует рис. 3.
После задания свойств материалов груза, гибкого элемента крепления и подкладки следует выполнить задания их постоянных параметров: выполняем закрепление растяжек и подкладок (рис. 4). Для этого используем меню Loads BC, подменю Structural - Displacement и команду Define by Nodes: DND,1, AL, 0,10 000,1.
Значения начальных натяжений растяжек различные и колеблются в пределах от 16 до 26,5 кН.
На практике при маневровых соударениях вагонов возникают ускорения, которые превышают 1g. В данном случае принимали ускорения от 1,1 до 2g [3, 4, 7]. Для этого используем меню Loads BC, подменю Structural - Gravity и команду Define Acceleration: ACEL,0, 0, -g. Значение 1g по продольной оси равно минимальной величине ускорения, при которой работают те растяжки, направление закрепления которых совпадает с направлением действующей силы инерции. Противоположно расположенные растяжки при этом не испытывают нагрузку.
Для подготовки к расчету усилий в гибких элементах крепления используем меню Analysis, подменю Static и команду Static Analysis Option.
Рис. 2. Деление поверхностей груза и подкладок на сетки конечных элементов: а - вид сверху; б - вид сбоку; в - вид с торца
б
е
Рис. 4. Закрепление растяжек и подкладок
Для расчета усилий в гибких элементах крепления при маневровых соударениях вагонов применим меню Analysis, подменю Static и команду Run Static Analysis.
Вывод на экран дисплея деформированного вида груза и гибких элементов крепления (анимация) проведем с помощью меню Results, подменю Plot и команду Animate.
Анализ деформированного вида груза (рис. 5) показывает, что прокладки размещены по длине груза нерационально. Это приводило к прогибу груза. Кроме того, видны деформации груза вблизи монтажных петель, поскольку они по длине груза также расположены нерационально.
Вывод на экран дисплея перемещений в гибких элементах крепления
Для этого используем меню Results, подменю Plot и команду Displacement: ACTDIS,1, UZ, 0; DISPLOT, 0 ... (рис. 6).
Значение перемещений при этом незначительны - до 0,03 мм. Анализируя результаты расчетов, убеждаемся, что от действия продольных сил инерции гибкие элементы крепления в основном удлиняются вблизи точек закрепления с монтажными петлями груза, от действия центробежных сил и ветровых нагрузок вблизи точек закрепления с монтажны-
Рис. 5. Деформированный вид груза по вертикальной оси
Рис. 6. Перемещения в гибких элементах крепления
ми петлями груза. Кроме того, происходит поворот груза вокруг его продольной оси (рис. 7).
Вывод на экран дисплея эпюры нормальных напряжений в гибких элементах крепления
Для этого используем меню Results, подменю Plot и команду Stress: ACTSTR, 1, VON, 1, 1, 0, 0; STRPLOT, 0, 1, 2704,... (рис. 8).
Анализ эпюр нормальных напряжений в гибких элементах крепления показывает, что максимальные их значения возникают в пологих (длинных) растяжках в сечениях, расположенных вблизи монтажных петель, что соответствует результатам работ [4, 7]. При принятых исходных данных нормальные напряжения в гибких элементах крепления незначительны - достигают всего 5149 кПа, а усилия в растяжке с диаметром 6 мм и числом нитей 8 (А = 2,62'Ю-4 м 2) - 5149'2,62'Ю-4 = 1,35 кН.
1 .<ва«Е-«аз
/ у= 100 К = 350
Рис. 7. Поворот груза и перемещение в гибких элементах крепления
Рис. 8. Эпюры нормальных напряжений в гибких элементах крепления
Анализ зависимостей нормальных напряжений по длине растяжек показывает, что растяжки, расположенные с правой стороны вагона, менее нагружены, чем с левой стороны. Кроме того, такой фактор также свидетельствует о возможном повороте груза относительно продольной и поперечной осей симметрии вагона, что также отмечено в [7]. Это объясняется различными значениями усилий предварительных
натяжений растяжек, которые колеблются в пределах от 16 до 26,5 кН.
Таким образом, для определения усилий в гибких элементах крепления груза вначале необходимо создать геометрию системы «груз-крепление-вагон» и осуществить задание значений усилия предварительных (начальных) натяжений гибких элементов крепления, что является достаточно длительным
процессом сравнительно со временем, затрачиваемым на расчет какого-либо параметра системы. После этого достаточно изменить лишь исходные данные, например значения продольного ускорения, получая непосредственно результаты расчета, не прибегая к каким-либо дополнительным действиям, делая такой способ расчета современным.
Вывод на экран дисплея деформированного вида груза и подкладок (анимация)
Для этого используем меню Results, подменю Plot и команду Animate (рис. 9).
Анализ деформированного вида системы «груз-крепление-подкладка» показывает, что
Рис. 9. Деформированный вид системы «груз-крепление-подкладка»
Рис. 10. Деформированный вид груза по вертикальной оси
между прокладками происходит прогиб груза из-за того, что они размещены по его длине нерационально.
Вывод на экран дисплея деформированного вида груза
Деформированный вид груза по продольной оси и вертикали при ускорении маневрового соударения вагонов, равном 1,2§ [3, 4, 7], соответственно показан на рис. 10.
Анализируя результаты расчетов по определению деформированного вида системы «груз-крепление-подкладка», убеждаемся, что от действия продольных сил инерции в основном деформируются те места поверхности груза, которые находятся вблизи точек закрепления гибких элементов крепления с монтажными петлями. Это показывает на то, что монтажные петли по длине груза также размещены нерационально.
Величины перемещений по продольной и вертикальной осям достигают 0,02 мм. Кроме того, выявлено, что деформируются не только поверхности груза со стороны монтажных петель, но и нижние поверхности, расположенные между подкладками.
Вывод на экран дисплея эпюр нормальных напряжений, возникающих на поверхности груза
Эпюры нормальных напряжений на поверхности груза по Мизесу (что равносильно четвертой теории прочности [5]) приведены на рис. 11. Их анализ показывает, что максимальные значения этих напряжений возникают вблизи монтажных петель, находящихся в середине длин груза. При принятых исходных данных нормальные напряжения по Мизесу незначительны - изменяются до 5150 кПа.
Анализируя результаты этих исследований, также убеждаемся, что возможен поворот груза относительно вертикальной плоскости, поскольку большему нагружению подвергнуты четыре передних гибких элемента крепления, находящихся с правой стороны груза, и столько же задних креплений - с его левой стороны.
Анализ результатов исследований
Анализ результатов по определению усилий в гибких элементах крепления показал, что в работу по удержанию груза от продольного
и поперечного сдвигов включаются и гибкие элементы крепления, расположенные противоположно направлению действующих сил.
Таким образом, выявлено ранее неизвестное в теории погрузки и крепления груза явление включения в работу по удержанию груза от сдвига также гибких элементов крепления, расположенных противоположно направлению действующих сил.
Кроме того, отметим, что для определения усилий в гибких элементах крепления груза достаточно изменить лишь исходные данные, не прибегая к каким-либо дополнительным действиям, что делает такой способ расчета современным. Разработанный способ расчета усилий в креплениях груза позволяет выполнить вычислительные эксперименты с целью рационального выбора схем крепления и размещения груза на открытом подвижном составе при любых вариациях исходных данных, что является неоспоримым преимуществом такого способа расчета. Предложенный способ расчета крепления груза также вносит существенный вклад в развитие основ теории крепления и погрузки грузов.
Заключение
Разработанный подход к определению усилий в гибких элементах крепления позволил провести вычислительные эксперименты при вариациях значений массы груза, коэффициента трения, продольных, вертикальных и ветровых нагрузок в автоматизированном режиме. Результаты экспериментов показали, что за счет перераспределения усилий при перемещении груза по продольным и поперечным осям вагона возникает его поворот вокруг вертикальной оси при одновременном действии продольных, поперечных, вертикальных сил. Это дает возможность выбрать рациональный способ размещения гибких элементов крепления груза в автоматизированном режиме и соответственно внести изменения в действующие технические условия погрузки и крепления грузов.
Данный подход в перспективе может быть применен для определения деформированного и нагруженного состояний груза и подкладок при движении поезда по кривым участкам пути от действия поперечных сил инерции и ветровых нагрузок как по боковым, так и по лобовым сторонам груза.
Библиографический список
1. Технические условия размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах. - М. : Юртранс, 2003. - 544 с.
2. Приложение 14 к СМГС «Правила размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах». -М. : Планета, 2008. - 191 с.
3. Вершинский С. В. Динамика вагона / С. В. Вертинский, В. Н. Данилов, В. Д. Хусидов. - М. : Транспорт, 1991. - 360 с.
4. Зылев В. Б. Вычислительные методы в нелинейной механике конструкций / В. Б. Зылев. - М. : Науч.-исслед. центр «Инженер», 1999. - 145 с.
5. Беляев Н. М. Сопротивление материалов / Н. М. Беляев. - М. : Наука, 1976. - 608 с.
6. Anderson N. Equipment for rational securing of cargo on railway wagons / N. Anderson, R. Bylander, S. Petersen // Bob Zether MariTerm AB. VINNOVA Report/Rapport VR 2004:05. - URL : http://www. vinnova.se/upload/EPiStorePDF/vr-04-05.pdf (дата обращения : 20.06.2019).
7. Туранов Х. Т. Теоретическая механика в задачах грузовых перевозок : монография / Х. Т. Ту-ранов. - Новосибирск : Наука, 2009. - 376 с.
8. Turanov Kh. Analytical investigation of cargo motion lengthwise the wagon under the action of plane force system / Kh. Turanov // Global Journal of Researches in Engineering : A Mechanical and Mechanics Engineering (New York). - 2013. - Vol. 13, iss. 10. -Version 1.0 Year. - P. 7-16.
9. Turanov Kh. Mathematical modeling of cargo motion crosswise the wagon under the action of plane force system / Kh. Turanov // Science and Technology. - 2015. - Vol. 5, N 1. - P. 5-14. - DOI: 10.5923/j. scit.2015 0501.02
10. Елизаров С. В. Современные методы расчета инженерных конструкций на железнодорожном
транспорте. Метод конечных элементов и программа COSMOS/M : учеб. пособие для студентов вузов ж.-д. транспорта / С. В. Елизаров, А. В. Бенин, О. Д. Тананайко. - СПб. : ПГУПС, 2002. - 226 с.
Дата поступления: 21.06.2019 Решение о публикации: 02.07.2019
Контактная информация:
ТУРАНОВ Хабибулла Туранович - д-р техн. наук, профессор; khturanov@yandex.ru РУЗМЕТОВ Ядгор Озодович - канд. техн. наук, доцент; yadgor.ruzmetov@yandex.ru ЯКУШЕВ Алексей Вячеславович - канд. техн. наук, доцент; av-yakushev@ya.ru
On deformable state of the "cargo-wagon-fastening" mechanical system
Kh. T. Turanov 1, Ya. O. Ruzmetov 2, A. V. Yakushev 3
1 Ural State University of Railway Transport, 66, Kolmogorova ul., Yekaterinburg, 620034, Russian Federation
2 Tashkent Railway Engineering Institute, 1, Adilxojayev ul., Tashkent, 100167, Republic of Uzbekistan
3 Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 9, Moskovsky pr., Saint Petersburg, 190031, Russian Federation
For citation: Turanov Kh. T., Ruzmetov Ya. O., Yakushev A. V. On deformable state of the "cargo-wagon-fastening" mechanical system. Proceedings of Petersburg Transport University, 2019, vol. 16, iss. 3, pp. 455-468. DOI: 10.20295/1815-588X-2019-3-455-468 (In Russian)
Summary
Objective: Consider an applied problem for calculation of strain in flexible elements of cargo fastening and deformed shape of the cargo and bearing surfaces during train movement on curved track using modern software. Conduct simulation experiments with variable values of cargo weight, friction coefficient, longitudinal, vertical and wind load in automated regime. Use developed method to determine strain in flexible elements of fastening. Methods: Applied problem for calculation of strain in flexible elements of cargo fastening on the wagon was solved using software applications. Calculation for determination of strain in flexible elements of fastening during shunting collision of wagons was conducted in the following order: composition of the geometry of the "cargo-fastening-wagon" system, splitting of surfaces into finite element grids. Results: Experiments indicated that by redistributing efforts during transportation of cargo along longitudinal and lateral axes of the wagon, its turn around the vertical axis occurs with concurrent action of longitudinal, lateral and vertical forces. Study results allow selection of a rational method for distribution of flexible elements of cargo fastening in automated regime and accordingly make amendments to the existing technical conditions of loading and fastening of cargoes. Practical importance: The approach proposed can be applied in the future to defining deformed and loaded state of cargo and bearing surfaces during train movement through curved track from the influence of lateral inertia forces and wind loads by side and front faces of the cargo.
Keywords: Cargo transportation, fastening of cargo in wagons, wagon loading, splitting surfaces into finite element grids, simulation experiments.
References
1. Tekhnicheskie usloviia razmeshcheniia i krep-leniia gruzov v vagonakh i konteinerakh [Technical conditions for allocation and fastening of cargoes in wagons and containers']. Moscow, Yurtrans Publ., 2003, 544 p. (In Russian)
2. Pravila razmeshcheniia i krepleniia gruzov v vagonakh i konteinerakh [Rules for allocation and fastening cargoes in wagons and containers]. Supplement N 14 to the Agreement on International Goods Transport by Rail. Moscow, Planeta Publ., 2008, 191 p. (In Russian)
3. Vershinskii S. V., Danilov V. N. & Khusidov V. D. Dinamika vagona [Wagon dynamics]. Moscow, Transport Publ., 1991, 360 p. (In Russian)
4. Zylev V. B. Vychislitel'nye metody v nelineinoi mekhanike konstruktsii [Computational methods in non-linear structural mechanics]. Moscow, NITs In-zhener Publ., 1999, 145 p. (In Russian)
5. Beliaev N. M. Soprotivlenie materialov [Strength of materials]. Moscow, Nauka Publ., 1976, 608 p. (In Russian)
6. Anderson N., Bylander R. & Petersen S. Equipment for rational securing of cargo on railway wagons. Bob Zether MariTerm AB. VINNOVA Report/Rapport VR 2004:05. Available at: http://www.vinnova.se/upload/ EPiStorePDF/vr-04-05.pdf (accessed: 20.06.2019).
7. Turanov Kh. T. Teoreticheskaia mekhanika v zadachakh gruzovykh perevozok. Monografiia [Theoretical mechanics in cargo transportation problems. Monograph]. Novosibirsk, Nauka Publ., 2009, 376 p. (In Russian)
8. Turanov Kh. Analytical investigation of cargo motion lengthwise the wagon under the action of plane force system. Global Journal of Researches in Engineering. A Mechanical and Mechanics Engineering (New York), 2013, vol. 13, iss. 10. Version 1.0 Year, pp. 7-16.
9. Turanov Kh. Mathematical modeling of cargo motion crosswise the wagon under the action of plane force system. Science and Technology, 2015, vol. 5, no. 1, pp. 5-14. DOI: 10.5923/j.scit.20150501.02
10. Elizarov S. V., Benin A. V. & Tananaiko O. D. Sovremennye metody rascheta inzhenernykh konstruktsii na zheleznodorozhnom transporte. Metod konech-nykh elementov i programma COSMOS/M. Uchebnoe posobie dlya studentov vuzov zheleznodorozhnogo transporta [Modern methods for engineering structural analysis in railway trainsport. Finite elements methods and COSMOS/M program. Study guide for railway university students]. Saint Petersburg, PGUPS [Peterburg State Transport University] Publ., 2002, 226 p. (In Russian)
Received: June 21, 2019 Accepted: July 02, 2019
Author's information:
Khabibulla T. TURANOV - Dr. Sci. in Engineering, Professor; khturanov@yandex.ru Yadgor O. RUZMETOV - Cand. Sci. in Engineering, Associate Professor; yadgor.ruzmetov@yan-dex.ru
Aleksei V. YAKUSHEV - Cand. Sci. in Engineering, Associate Professor; av-yakushev@ya.ru
