Анализ напряженно-деформированного состояния рамы тепловоза ТЕ10М

     Доброго времени суток, ув. читатели! В данной статье будет описан анализ линейной статики рамы тепловоза при разных комбинациях граничных условий.
     Итак начнем с описания конструкции.

Рисунок 1 – Рама тепловоза 2ТЕ10М

1 - ударно-тяговые приборы, 2, 3 - балласты, 4 - кронштейн для подъема на домкратах, 5 - кронштейн для крепления топливного бака, 6 - ящик для аккумуляторов, 7 - желоб, 8 - стяжные ящики, 9 - кондуит, 10 - каналы нагнетательные, 11 - заглушка, 12 - кольцо шкворня, 13 - шкворень, 14 - полоса усиливающая, 15 - хребтовая балка, 16 - швеллер, 17 - окантовка, 18 - стакан, 19 - кольцо опорное, 20 - кронштейн для крепления путеочистителя, 21 - балласт дополнительный

     Т.к. данная модель участвовала в дипломной работе, то построение геометрии мы опустим и перейдем сразу к построению конечно-элементной (КЭ) модели. Для создания мы использовали программный комплекс FEMAP 10.3.

     В основе КЭ модели лежит 4х узловой элемент типа Plate с 6ю степенями свободы в каждом узле. Размер элемента = 50 мм.

Рисунок 2 – конечно-элементная модель

Таблица 1 - параметры КЭ модели

    Следующим этапом создания расчетной модели будет задание граничных условий. В данном исследовании будут рассмотрены растягивающие усилия, прогиб конструкции под собственным весом и их комбинация. Теперь рассмотрим подробнее:

     1-й тип краевых условий для анализа растягивающих усилий. Сюда входят:

- закрепления одной стороны рамы;

Рисунок 3 – Закрепления модели для растягивающих усилий

- приложение нагрузок в местах шкворневых соединений (8, 10 и 12 тонн);

Рисунок 4 – Нагрузки для растягивающих усилий

    2-й тип краевых условий для анализа прогиба модели под собственным весом. Сюда входят:

- ограничение модели от перемещений по оси Oy (закрепляется поверхность верхней части стакана);

Рисунок 5 – Закрепления модели для расчета под собственным весом

- задание вертикальных сил эквивалентно равных установленному на раму оборудованию (масса кузова – 23т масса дизеля – 16,7т масса АКБ – 2т масса электродвигателя – 3т; гравитационная постоянная g - 7, 10 и 13 );

Рисунок 6 – Нагрузки для анализа под собственным весом

    3-м типом граничных условий служат все возможные комбинации первых 2х типов краевых условий.

     Далее были созданы "Analyse Set" в соответствии всем созданным краевым условиям.

     Следующим этапом будет анализ полученных результатов.

     Деформации и напряжения первого типа краевых условий:

Рисунок 7 – Total Translation

Рисунок 8 – Equivalent stress

     Деформации и напряжения второго типа краевых условий:

Рисунок 9 – Total Translation

Рисунок 10 – Equivalent stress

     Деформации и напряжения третьего типа краевых условий:

Рисунок 11 – Total Translation

Рисунок 12 – Equivalent stress

     Полный список результатов приведен в таблице ниже.

Таблица 2 – Результаты анализа первой модели

     Следующим этапом будет анализ модели без учета запаса толщины пластин на коррозию. В таких типах конструкции он составляет 20-25%. По этому уменьшаем все толщины на поверхностях на 20%, но при этом варьируем плотностью для сохранения общей массы конструкции. Повторяем расчеты.

     Деформации и напряжения первого типа краевых условий:

Рисунок 13 – Total Translation

Рисунок 14 – Equivalent stress

     Деформации и напряжения второго типа краевых условий:

Рисунок 15 – Total Translation

Рисунок 16 – Equivalent stress

     Деформации и напряжения третьего типа краевых условий:

Рисунок 17 – Total Translation

Рисунок 18 – Equivalent stress

     Полный список результатов приведен в таблице ниже.

Таблица 3 – Результаты анализа второй модели

     По итогам проведенной работы и полученных результатов можно сказать:

•Построена конечно элементная модель;

•Задание нагрузок и закреплений;

•Проведение анализа линейной статики;

•Проведение линейного статического анализа для модели без учета запаса по толщинам поверхностей под воздействие коррозии;

•Сравнение различных комбинаций нагрузок и закреплений.

 На практике было доказано, что сумма напряжений отдельных расчетов не равна напряжениям, которые возникают при одновременном воздействии сил.

   Найдены места повышенной концентрации напряжения и места близкие к разрушению при коррозии материала.