Purpose. The work is aimed to investigate the loading of load-bearing structure with composite material roof. This will allow reducing the dead weight of the hopper car and will contribute to the possibility of increasing its carrying capacity. Methodology. Investigations were performed using the example of hoper car for grain transporting, model 19-6869, manufactured by Karpaty Experimental Mechanical Plant. It is important to say that the use of composite material reduces the roof weight by up to 40% in comparison with the metal design. That is why mathematical modeling of dynamic loading of the hopper car with composite roof was carried out. Differential equations were solved by Runge-Kutta method in MathCad software package. Initial conditions were assumed to be zero. During the calculations, the spring suspension parameters of the 18-100 bogie models were taken into account. The obtained results of calculations were used when determining the main indicators of the roof strength. The spatial model of the hopper car roof was created in SolidWorks software complex. Calculation was performed by the finite element method, which is implemented in the SolidWorks Simulation (CosmosWorks) software complex. When constructing the finite element model of the hopper car, the isoparametric tetrahedra were used. The optimum number of the model elements was determined by the grapho-analytical method. Findings. The basic indices of load-bearing structure dynamics of hopper car with composite roof were obtained. Acceleration of the body in the mass center was 5,0 m/s2. Coefficient of vertical dynamics is equal to 0.67. It was found that the maximum equivalent stresses in the roof for all the considered loading schemes do not exceed the admissible values, that is, the roof strength is ensured. Originality. The mathematical modeling of dynamic loading of the load-bearing structure of the hopper car with composite roof was carried out. The acceleration values as the components of dynamic loading acting on it during operation as well as vertical dynamics coefficient were determined. The strength indicators of the composite roof under the main operational loading modes have been found out. Practical value. The conducted research will contribute to the creation of guidelines for the design of innovative structures of the rolling stock, as well as increase the efficiency of its operation.
Мета. У роботі передбачено дослідити навантаження несучої конструкції вагона-хопера з дахом із композитного матеріалу. Це дозволить зменшити тару вагона-хопера та сприятиме збільшенню його вантажопідйомності. Методика. Дослідження проведено на прикладі вагона-хопера для перевезення зерна моделі 19–6869 виробництва ДМЗ «Карпати». Важливо, що використання композитного матеріалу сприяє зменшенню маси даху майже на 40 % порівняно з металевою конструкцією. Тому проведено математичне моделювання динамічного навантаження вагона-хопера з дахом із композитного матеріалу. Розв’язок диференціальних рівнянь здійснено за методом Рунге–Кутти в програмному комплексі MathCad. Початкові умови взято рівними нулю. Для проведення розрахунків узято параметри ресорного підвішування візків моделі 18–100. Отримані результати розрахунків використано під час визначення основних показників міцності даху. Просторову модель даху вагона-хопера створено в середовищі програмного комплексу SolidWorks. Розрахунок здійснено за методом скінченних елементів, який реалізовано в програмному комплексі SolidWorks Simulation (CosmosWorks). Для побудови скінченно-елементної моделі даху вагона-хопера використано ізопараметричні тетраедри. Оптимальну кількість елементів моделі визначено за графоаналітичним методом. Результати. Отримано основні показники динаміки несучої конструкції вагона-хопера з дахом із композиту. Прискорення кузова в центрі мас склало 5,0 м/с2. Коефіцієнт вертикальної динаміки дорівнює 0,67. Установлено, що максимальні еквівалентні напруження в даху за всіх розглянутих схем навантаження не перевищують допустимих значень, тобто міцність даху забезпечується. Наукова новизна. Проведено математичне моделювання динамічного навантаження несучої конструкції вагона-хопера з дахом із композиту. Визначено уточнені величини прискорень як складові динамічного навантаження, що діють на нього в експлуатації, а також коефіцієнт вертикальної динаміки. Установлено показники міцності даху з композиту за основних експлуатаційних режимів навантаження. Практична значимість. Проведені дослідження сприятимуть проєктуванню інноваційних конструкцій рухомого складу, а також підвищенню ефективності його експлуатації.
Loading Research of Load-Bearing Structure of Hopper Car with Composite Roof.
Дослідження навантаження несучої конструкції вагона-хопера з дахом із композитного матеріалу
2022-10-17
Science and Transport Progress ; No. 1(97) (2022); 71-79
Article (Journal)
Electronic Resource
Ukrainian
Metadata by SPU is licensed under CC BY 3.0
Scientific Periodicals of Ukraine | 2020
|Loading Research of Load-Bearing Structure of Hopper Car with Composite Roof
DOAJ | 2022
|Scientific Periodicals of Ukraine | 2009
|Scientific Periodicals of Ukraine | 2009
|