ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................................... 5
1 ОБЗОР МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-НАПРЯЖЕННОНАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ..................................... 10
1.1 Конструктивные особенности котлов железнодорожных цистерн ............... 10
1.2 Анализ теоретических источников и исследований по теории упругости ... 12
1.3 Анализ теоретических источников и исследований
по теории пластичности............................................................................................ 16
1.4 Анализ теоретических источников и исследований
по теории ползучести................................................................................................ 18
1.5 Анализ теоретических источников по определению напряженнодеформированного состояния котла вагона-цистерны ......................................... 21
1.6 Анализ теоретических источников по пробою оболочек................................ 28
1.7 Анализ теоретических источников по методу конечных элементов ............. 32
1.8 Обзор программного обеспечения, реализующего
метод конечных элементов ...................................................................................... 35
1.8.1 Программный комплекс FEMAP with NASTRAN……………………….35
1.8.2 Программный комплекс ANSYS………………………………………….37
1.8.3 Программный комплекс ABAQUS………………………………………..39
1.8.4 Программный комплекс T-FLEX………………………………………….40
1.9 Выводы по разделу 1........................................................................................... 41
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОБОЯ КОТЛА
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ЦИСТЕРНЫ........................................................................ 42
2.1 Исходные уравнения теории упругости ........................................................... 43
2.2 Закон пластичности и условие начала пластичности...................................... 49
2.3 Математическое моделирование удара............................................................. 53
3
2.4 Кинематический расчет для определения скорости удара ............................. 54
2.5 Исходные уравнения метода конечных элементов ......................................... 62
2.6 Характеристики конечных элементов............................................................... 65
2.7 Контактные конечные элементы ....................................................................... 72
2.8 Расчетная схема и принятые допущения .......................................................... 76
2.9 Выводы к разделу 2............................................................................................. 78
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ КОТЛА
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ЦИСТЕРНЫ С УЧЕТОМ ПОЛЗУЧЕСТИ....................... 80
3.1 Математическая формулировка закона ползучести ........................................ 81
3.2 Определение параметров уравнения состояния ползучести .......................... 83
3.3 Расчетная схема и принятые допущения .......................................................... 87
3.4 Моделирование силовой схемы......................................................................... 90
3.5 Методика определения объема оставшегося груза в кармане........................ 94
3.6 Выводы по разделу 3........................................................................................... 98
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОТЛА
ВАГОНА-ЦИСТЕРНЫ ПРИ ДЕЙСТВИИ ЛОКАЛЬНЫХ НАГРУЗОК
С УЧЕТОМ НЕЛИНЕЙНЫХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА......................................... 99
4.1 Оценка влияния формы и размеров броневой пластины
на напряженно-деформированное состояние котла вагонацистерны при
действии ударной нагрузки.................................................................................... 100
4.2 Оценка влияния толщин котла и броневой пластины на
напряженно-деформированное состояние котла цистерны при действии
ударной нагрузки..................................................................................................... 107
4.3 Оценка напряженно-деформированного состояния котла с броневой
пластиной, имеющей рациональную форму и толщину при действии
ударной нагрузки..................................................................................................... 109
4
4.4 Верификация разработанной методики моделирования удара .................... 110
4.5 Оценка влияния различных факторов на образование остаточных
деформаций в котле цистерны при длительной эксплуатации .......................... 113
4.5.1 Остаточные деформации котла................................................................... 115
4.5.2 Объем оставшегося груза ............................................................................ 118
4.6 Выводы по разделу 4 ...................................................................................... 121
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 123
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.............................. 127
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................... 128
ПРИЛОЖЕНИЕ А ....................................................................................................... 154
