Расчет кузова крытого вагона на прочность. Методика расчета. Подготовка исходных данных. Схема распределения активного давления по стенам кузова крытого вагона

4 РАСЧЕТ КУЗОВА КРЫТОГО ВАГОНА НА ПРОЧНОСТЬ

4.1 Методика расчета

В дипломном проекте при ремонте кузова крытого вагона используется пакет прикладных программ DPMFEM, разработанный Брянским институтом транспортного машиностроения.

Основная идея метода конечных элементов (МКЭ) состоит в том, что сложная конструкция мысленно разделяется на конечные элементы такой простой формы, чтобы для каждого из них можно было решать вариационную задачу. На границах конечных элементов произвольно выбираются точки, называемые узлами. В соответствии с возможными перемещениями узлов устанавливается число степеней свободы каждого из них. Каждой степени свободы узла отвечает определенное перемещение. Предполагается, что конечные элементы соединены между собой только в узлах и взаимодействие между ними происходит только в узлах. Силы взаимодействия принимаются в виде сосредоточенных сил. Силы соответствуют перемещениям узлов и имеют те же направления. Внутри конечных элементов задаются законы распределения перемещений с точностью до перемещения узлов. Эти законы выражаются функциями, куда узловые перемещения входят как неизвестные параметры. После определения перемещений узлов указанные функции внутри конечных элементов становятся вполне определенными, и перемещения, деформации и напряжения могут быть вычислены в любой точке каждого элемента. Таким образом, расчет любой конструкции по МКЭ сводится к определению перемещений всех узлов расчетной схемы.

При составлении расчетной схемы следует руководствоваться идеей возможности приведения эксплуатационных нагрузок и условию их симметрии относительно продольной и поперечной осей конструкции. Это позволит тогда выбирать расчетную схему не всей, а только ¼ или ½ части конструкции, что значительно упростит решение задачи

Вагонную конструкцию можно привести к стержневой или комбинированной (подкрепленной листовой) системам. Такое моделирование реальной конструкции является исключительно важной операцией во всем процессе расчета, поскольку правильно выбранная расчетная схема конструкции позволяет получить достаточно точное представление о ее истинном напряженном состоянии. В то же время следует помнить, что переход к более точной расчетной схеме увеличивает трудоемкость составления расчетной модели и подготовки исходной информации, а также время расчета на ПЭВМ. В целом на выбор соответствующей расчетной схемы оказывают влияние следующие факторы: геометрический характер реальной конструкции (плоская или пространственная); способ соединения различных частей конструкции (жесткое или достаточно податливое, которое может быть имитировано шарниром); тип опирания и вид нагружения; использование условий симметрии, косой симметрии; возможности имеющейся в нашем распоряжении программы; время  выполнения расчетов.

Входные данные для пакета программ DPMFEM подготавливают в следующих текстовых файлах.

Все исходные данные для пакета DPMFEM готовятся в нескольких текстовых файлах. Имена исходных файлов формируются по правилам MS DOS из имени задачи, выбираемого пользователем, и расширений, которые должны иметь определенные значения. Естественно, длина имени задачи не может превышать 8-ми символов. В целях совместимости не рекомендуется в имени задачи использовать символы кириллицы.

Файл имя задачи, fidявляется основным файлом исходных данных. В нем содержится информация о конечно-элементной расчетной схеме конструкции. Этот файл должен присутствовать всегда.

Файл имя задачи, idpсодержит информацию о нагрузках, для которых необходимо выполнять расчеты. Он необходим только при расчетах, требующих силовых нагрузок.

Во время ввода данных процессор ввода создает два выходных текстовых файла: файл имя задачи, errс информацией об обнаруженных ошибках и файл имя задачи, out, который содержит обработанные строки введенных данных и используется для контроля.

Основным результатом работы процессора ввода является бинарный файл имя задачи, fib, который содержит введенные данные в бинарном виде и используется всеми расчетными модулями пакета DPMFEM.

В основном файле данных помещается информация о собственно расчетной схеме конструкции.

При описании элементов следует обращать особое внимание на положение локальных осей координат каждого элемента. Именно в локальной системе координат задаются характеристики элемента. Кроме того, именно в локальных системах координат элементов рассчитываются напряжения по элементам.

Все пластины и мембраны, в настоящее время используемые в пакете DPMFEM, считаются ортотропными. Направления их локальных осей координат определяются по следующим правилам:

локальная ось Z всегда перпендикулярна плоскости пластины или мембраны. Ее направление определяется правилом правого винта: если расположить правый винт параллельно локальной оси Z пластины или мембраны и вращать его в соответствии с порядком обхода узлов, то он будет двигаться в положительном направлении локальной оси Z пластины или мембраны;