Программное обеспечение расчётных конструкций железнодорожного пути

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ответы на вопросы по дисциплине: Программное обеспечение расчётных конструкций железнодорожного пути



1. Назначение программного комплекса MSC. Nastran

MSC Nastran и NX Nastran различаются в деталях, обычно прозрачных для конечного пользователя. Решения полученные в одноименных видах анализа MSC Nastran и NX Nastran, в большинстве случаев полностью совпадают, формат входных и выходных текстовых файлов у них также практически одинаков, поэтому в дальнейшем изложении мы будем ссылаться на их общее имя.

Nastran - программа конечно-элементного анализа конструкций. Nastran является исчерпывающей программой конечно-элементного анализа общего назначения, которая включает в себя возможность выполнение анализа статики и динамики конструкций, анализа теплопередачи, оптимизации и анализа чувствительности, решения задач аэроупругости. Каждый вид анализа использует похожие входные файлы, что позволяет легко переключаться с одного вида анализа на другой.

Программа конечно-элементного анализа конструкций MSC. Nastran - это программа общего назначения. Это значит, что MSC. Nastran применим при решении широкого спектра инженерных задач (например, статических задач, динамических процессов, нелинейного поведения конструкций, задач теплопроводности, а также оптимизации), если сравнивать со специальными программами, ориентированными на определенные типы анализа. Программы MSC. Nastran написаны на языке FORTRAN и содержат около миллиона строк. MSC.Nastran работает на разнообразных типах компьютеров с различными операционными системами, от небольших рабочих станций до суперкомпьютеров. Независимо от вычислительной платформы, MSC.Nastran оптимизирован так, чтобы расчеты проходили наиболее эффективно и результаты получались идентичными для всех систем.

MSC.Nastran состоит из большого количества составляющих его блоков, называемых модулями. Модуль - это объединение написанных на языке FORTRAN подпрограмм, направленных на выполнение конкретных задач: обработку геометрии модели, построение матрицы, задание ограничений, операции с матрицами, вычисление выходных данных, печать решения и т. д. Управление модулями ведется на внутреннем языке, который называется Direct Matrix Abstraction

Program (DMAP). Каждый тип анализа из списка MSC.Nastran называется последовательностью решения, и каждая последовательность решения является набором сотен или тысяч команд на языке DMAP. Когда выбрана определенная последовательность решения, то определенный порядок команд DMAP выдает инструкции модулям, необходимым для выполнения заказанного решения. Все это выполняется автоматически, не требуя никаких усилий, кроме выбора последовательности решения.

MSC.Nastran - пакет программ общего назначения для решения инженерных задач методом конечных элементов, который включает в себя:

- линейный статический анализ;

- статический анализ с учетом нелинейности материала и процесса деформирования;

- анализ нестационарных процессов с учетом физической и геометрической нелинейности;

- определение собственных частот и форм колебаний;

- линейный и нелинейный стационарный теплообмен.

Структура входного файла MSC.Nastran

Входной файл состоит из пяти секций (задание трех обязательно) и трех строчных разделителей. Структура входного файла показана ниже.

Nastran statement - Optional

File Management Statements - Optional

Executive Control Statements - Required Section

CEND - Required Delimiter

Case Control Commands - Required Section

Begin Bulk - Required Delimiter

Bulk Data Entries - Required Section

ENDDATA - Required Delimiter

2. Назначение программного комплекса PATRAN

Программный комплекс Patran обеспечивает интеграцию автоматизированных систем проектирования, моделирования, анализа и оценки результатов расчетов на основе современного графического интерфейса пользователя. Функциями Patran является разработка конечно-элементных моделей и анализа результатов. Программа Patran предоставляет развитые средства генерации конечно-элементных сеток. Средства визуализации Patran позволяют ускорить и повысить качество анализа результатов расчета. Графический интерфейс Patran обеспечивает эффективность и удобство работы с программным продуктом.

Программа Patran предоставляет обширные возможности создания и модифицирования геометрических моделей, контроля CAD-геометрии и преобразования ее перед построением конечно-элементной модели. Patran предоставляет прямой доступ к CAD-геометрии.

Patran обладает исчерпывающим набором команд для создания и модификации геометрических моделей, позволяет объединять несколько поверхностей (включая перекрывающиеся, не соприкасающиеся и с отверстиями) в одну ограниченную поверхность для последующего построения на ней сетки. Программа Patran позволяет вычислять массово-инерционные характеристики геометрических и конечно-элементных моделей. При геометрическом моделировании в Patran существует возможность определения локальных систем координат (декартовых, цилиндрических, сферических) с любым расположением и ориентацией.)

Тип программы-решателя определяет вид формы для задания параметров расчетной модели: нагрузок, граничных условий, свойств элементов, свойств материалов, межузловых связей, вида расчета и его параметров. В программе Patran существует возможность обмена информацией в формате "нейтрального" файла (Patran Neutral File Preference) Patran обеспечивает задание характеристик расчетной модели: нагрузки, граничные условия, свойства материалов и элементов.

3. Назначение программного комплеска MSC.ADAMS

MSC.ADAMS - это лучшая на рынке программная система, предназначенная для виртуального моделирования сложных машин и механизмов. Широкие возможности программного пакета, высокая надёжность и малая трудоёмкость его использования позволяют исследовать десятки, сотни и даже тысячи вариантов конструкции сложных машин и механизмов, моделируя на компьютере реальные условия их работы, сравнивать и выбирать лучший вариант, совершенствовать и совершенствовать будущее изделие, тратя на это во много раз меньше времени и средств, чем традиционным старым путём.

Общая характеристика

Основой MSC.ADAMS являются высокоэффективный препроцессор и набор решателей. Препроцессор обеспечивает как импорт геометрических примитивов из многих CAD систем, так и создание твердотельных моделей непосредственно в среде MSC.ADAMS. Разработчики постоянно прилагают усилия к повышению эффективности математической базы программного пакета, благодаря чему использование решателей MSC.ADAMS гарантирует получение результатов при минимальных усилиях со стороны пользователя.

MSC.ADAMS - это программный пакет №1 для виртуального моделирования!



4. Назначение программного комплекса Dytran

Dytran - анализ высоконелинейных быстропротекающих динамических процессов. Dytran - это система моделирования быстропротекающих существенно нелинейных процессов взаимодействия "конструкция-конструкция" и "конструкция-жидкость (газ)", в том числе их разрушения. Отличительной особенностью Dytran является возможность особенно эффективного моделирования динамического взаимодействия жидкости и конструкции: учёт вязкости жидкости; несколько жидкостей с различными свойствами в одной модели; автоматическое построение эйлеровой сетки в процессе решения задачи и только в тех зонах пространства, куда устремляется жидкость и др.

Особенности Dytran:

* Dytran основан на явном методе интегрирования

* В Dytran два решателя: Лагранжа и Эйлера

* Dytran отлично моделирует

* Большие перемещения и вращения

* Большие деформации (в т.ч. разрушение) конструкции

* Контактные взаимодействия

* Течение материала (в т.ч. многофазное)

* Взаимодействие конструкции с жидкостью (газом)технологических процессов, оборонные исследования

5. Назначение программного комплекса Femap

Программа Femap предназначена для подготовки полноценных конечно-элементных моделей и обработки результатов. В ней существуют средства геометрического моделирования объектов, в том числе твердотельных, и возможности их редактирования. Для построения конечно-элементной модели могут использоваться инструменты автоматической генерации сеток на геометрических объектах. Средства импорта,

Экспорта и преобразования данных обеспечивают взаимодействие со многими программами конечно-элементного анализа. Программа имеет обширные возможности обработки, отображения и документирования результатов анализа.

6. Назначение программного комплекса «Универсальный механизм»

Программный комплекс «Универсальный механизм» (UM) предназначен для автоматизации процесса исследования механических объектов, которые могут быть представлены системой абсолютно твердых тел, связанных посредством кинематических и силовых элементов. К объектам такого типа относятся, например, автомобиль, локомотив, вагон, манипуляторы роботы и экскаватора, различные машины и механизмы.

Использование при моделировании лишь абсолютно твердых тел, конечно, накладывает определенные ограничения на класс задач, которые могут быть решены с помощью UM, но все-таки этот класс достаточно велик по объему. Фактически, возможности комплекса распространяются на большую часть систем, являющихся объектом применения методов теоретической и прикладной механики. С использованием UM решаются прямые и обратные задачи кинематики, динамики и управления.

Программный комплекс Универсальный механизм (UM) предназначен для моделирования динамики и кинематики плоских и пространственных механических систем.

Поддерживается непосредственная анимация движения вашей модели в процессе расчета. Для анализа доступны практически все необходимые величины: координаты, скорости, ускорения, силы реакций в шарнирах, усилия в пружинах и т.д.

Развитый постпроцессор: линейный анализ, статистический анализ, многовариантные расчеты и оптимизация, экспорт результатов. Это эффективный инструмент для моделирования динамики различных машин и механизмов: космических конструкций, роботов и манипуляторов, железнодорожных экипажей, автомобилей, кабелей и т.д. Решение прямой и обратной задач кинематики и динамики.

7. Назначение модуля UM Loco в "Универсальном механизме"

программа инженерный dytran

Программный комплекс "Универсальный механизм" включает в себя специализированный модуль для моделирования динамики железнодорожных экипажей: локомотивов, пассажирских и грузовых вагонов, путевых машин.

UM Loco позволяет:

1.исследовать устойчивость рельсовых экипажей (РЭ), в том числе определение критической скорости;

2.рассчитывать динамику РЭ в полной пространственной постановке, в прямых и кривых участках пути, с учетом и без учета неровностей путевой структуры с одновременным расчетом переменных, характеризующих динамические показатели РЭ: ускорения произвольных точек любого тела, коэффициенты динамики, усилия в тягах и поводках, рамные силы, силы в контакте колесо - рельс, факторы износа, коэффициенты безопасности и так далее;

3.моделировать динамику локомотива в режиме тяги и выбега, с учетом и без учета эффекта замедления;

4.исследовать зависимость динамики РЭ от геометрии профилей колеса и рельса;

5.моделировать динамику состава в прямых участках пути в полной пространственной постановке;

6.задавать программу численных экспериментов с целью анализа влияния параметров модели на динамические показатели РЭ, выполнять многокритериальную оптимизацию модели;

7.рассчитывать частоты и формы колебаний кузова и рамы с использованием конечно-элементных моделей;

8. Алгоритм решения инженерных задач на основе метода конечных элементов

Препроцессорный блок включает в себя подготовку исходных данных, то есть генерацию полной конечно-элементной модели объекта проектирования в памяти компьютера.

Задание свойств материала моделей

Задание свойств самих элементов

Генерация конечных элементов моделей

Задание граничных условий моделей

Создание опорных точек моделей

Создание вариантов внешнего или внутреннего воздействия

Аналитический или процессорный блок - это непосредственно решение глобальной системы алгебраических уравнений, полученной после реализации вариантного подхода МКЭ для решений дифференциального уравнения рассматриваемого физического процесса.

Пост- процессорный блок направлен в основном на визуализацию результатов расчёта. В работе пост- процессорного блока имеет место блок оптимизации.



9. Структура программного комплекса «Универсальный механизм». Дерево элементов объекта

Комплекс «УМ» состоит из двух автономных программ связь между которыми осуществляется через внешние файлы.

UM Input - это модуль описания структуры и параметров моделей

UM Simulation - это модуль численного анализа уравнений движения, выполняет численное интегрирование уравнений движения с параллельным отображением результатов в виде анимации и графиков.

1. Инспектор данных (справа внизу) - используется для ввода, модификации и отображения параметров элементов объекта и другой информации об объекте

2. Анимационное окно - отображает объект и его отдельные элементы и используется для визуализации доступа к элементам модели, для визуального конструирования объектов.

3. Список (дерево) элементов - отображает список всех элементов моделей и предоставляет возможность доступа к параметрам отдельных элементов.

4. Список идентификаторов - используется для создания и модификации списка и идентификатора объекта, являющихся основой полной параметризации и УМ модулей.

Дерево элементов моделей объекта

Подсистемы - список подсистем в которую входят колесные пары, подвеска авто, гусеничные движетели, раннее созданные объекты подсистем

Графические объекты - список образцов используемых для визуализации тел или силовых элементов.

Тела - список тел и их параметров ( массы, моменты инерции, координаты цетра масс и т.д.)

Шарниры - это задание самих шарниров (поступательных, вращательных, и степеней свободы тел)

Биполярные силы - это список биполярных сил, то есть сил действующих вдоль оси элемента, соединяет пару точек. Используется для моделирования амортизаторов, гасителей колебаний, поводков и т.д.

10. Определение математического моделирования. Основные цель и задачи математического моделирования

Математическое моделирование - это процесс построения и изучение математических моделей.

Математическая модель - это математическое представление реальности.

Основной целью моделирования конструкций является : оптимизация физических и геометрических параметров конструкций с тем что бы с минимальными затратами добиться максимальной эффективности работы.

Математическое моделирование работы конструкций - это процесс представления физических явлений, происходящих под нагрузкой в виде математических зависимостей по возможности максимально приближённой к реальной картине.

11. Основы метода конечных элементов

МКЭ - применяется для различных задач механики деформируемого твердого тела, гидро- и газодинамики, электромагнитизма.

Одной из основных задач является задача определения напряженно деформированного состояния (НДС) конструкций при заданных условиях термомеханического нагружения.

При решении задач определения НДС необходимо стыковать поле перемещения деформации и нагружения при заданной геометрии, свойствах материалов, нагрузок и граничных условий. Такая задача называется прямой.

Главная идея МЭК заключается в том, что:

Любая сложная пространственная конструкция может быть разбита воображаемыми поверхностными линиями на элементарные формы, объёмы (конечные элементы) для которых можно вычислить их жёсткостные характеристики на основе их элементарной геометрии и известные свойства материалов

На каждом элементе фиксируется конечное число узлов и считается, что конечные элементы соединяются между собой в этих узлах. Узлы и элементы нумеруются - эта операция называется генерацией

Значение перемещения рассматриваются как неизвестные только в этих узлах, таким образом число неизвестных от бесконечности сводится к какому-нибудь определенному числу

На основе элементарной геометрической формы конечных элементов и физических свойств материалов вычисляют матрицы жёсткости элементов и все действующие нагрузки приводятся к узловым

Задаются граничные условия

Решается система из которой находится вектор перемещения в узлах

По принятым законам аппроксимации определяется перемещение внутри элементов

Аппроксимация или приближение - научный метод, состоящий в замене одних объектов другими, в том или ином смысле близкими к исходным, но более простыми. Кривые можно заменить ломаными.

Из перемещений на основе геометрических уравнений определяются деформации в каждом элементе

Из деформации на основе физических уравнений в каждом элементе определяют напряжение



12. Моделирование механических систем на примере математического маятника

Объектами применения UM являются системы абсолютно твердых тел (СТТ). Тела системы могут быть как несвязанными друг с другом, так и связанными посредством шарниров и силовых элементов (Рис. 2.1). В частном случае тела могут быть материальными точками. Движение СТТ исследуется по отношению к базовому телу (базе), под которым будем понимать некоторую инерциальную систему координат. Во многих случаях такая система координат может быть с достаточной точностью связана с поверхностью Земли. Базовое тело считается неподвижным и поэтому не включается в исследуемую систему, но оно активно используется при ее описании. Для базовой системы координат используется обозначение СК0. Обычно разделение конкретного объекта на отдельные тела не представляет проблем. Например, двойной физический маятник состоит из двух тел, а манипулятор робота Puma - из четырех. В некоторых случаях деформируемое тело, например упругая балка, может быть представлено как СТТ. Для этого балку расчленяют на отдельные тела, каждое из которых является абсолютно твердым. Отдельные тела связываются шарнирами с безынерционными упругими элементами.

Для математического описания движения системы с каждым телом связывается прямоугольная декартова система координат (СК), начало которой помещается в любую точке тела, а оси жестко связаны с телом. Таким образом, тело является неподвижным относительно этой СК, и координаты всех его точек постоянны. Вообще говоря, ориентация осей по отношению к телу может быть выбрана произвольным образом, но уравнения движения будут несколько более компактными, если оси являются главными осями инерции. В дальнейшем мы будем говорить об этих системах как о связанных системах координат (СК) и использовать для них обозначение СК[номер тела], например, СК1 - СК, связанная с телом номер 1. В частном случае, когда тело имеет оси симметрии, оси связанной СК удобно (но не обязательно) направить по осям симметрии. В качестве примера рассмотрим модель двойного физического маятника, состоящего из двух однородных стержней, соединенных вращательным шарниром и прикрепленных посредством шарнира к неподвижной опоре (Рис. 2.2). Оси шарниров параллельны, поэтому движение системы происходит в плоскости, однако в UM все СК - трехмерные. Базовая СК Ox0y0z0 имеет началом точку О, совмещенную с центром шарнира. Связанные с телами СК O1x1y1z1 и O2x2 y2z2 имеют начала отсчета в центрах масс (, а оси направлены по осям симметрии тел.

Моделирование - это методология научной и практической деятельности людей, основанная на построении, исследовании и использовании моделей. Моделирование решает задачи изучения и исследования объектов и систем, предсказания их функционирования и поведения.

13. Связность системы и понятие шарнира в программном комплексе «Универсальный механизм»

Большая часть шарниров, реализованных в UM, допускают описание положения одного тела относительно другого путем введения шарнирных координат. Естественно, при таком подходе шарнир можно ввести между любой парой тел, как кинематически связанных, так и несвязанных. Если пара тел связана шарниром в обычном смысле этого слова, например вращательным шарниром, то его задание в смысле UM предполагает, что будет описано положение одного тела относительно другого, а именно, положение связанной СК (системы координат) одного тела относительно связанной СК другого тела, и введены шарнирные координаты, то есть переменные, описывающие это положение. Полный набор координат для всего объекта при этом получается простым объединением локальных шарнирных координат. Такое описание шарниров происходит в программах ввода исходных данных и в значительной мере автоматизировано. При этом не обязательно, чтобы существовал шарнир, связывающий каждое тело с базой, достаточно, чтобы для каждого тела существовала цепочка попарно связанных тел, по которой можно добраться до базового тела. В этом и заключается обязательное условие связности моделируемого объекта.

По условию связности также требуется, чтобы шарниры в цепочке были не произвольными, а конкретных типов. Всего в настоящее время в UM предусмотрены обобщенные

модели шарниров следующих типов:

-вращательный;

-поступательный;

-шарнир с шестью степенями свободы;

-обобщенный;

-кватернионный;

-связь в виде невесомого стержня.

Первые четыре типа шарниров (вращательный, поступательный, шестистепенной и обобщенный) принадлежат к одной группе. Они имеют в программе единое внутреннее представление и определяют кинематические пары с различным числом поступательных и вращательных степеней свободы (от нуля до шести). Первые три типа шарнира могут быть эквивалентным образом описаны с помощью шарнира обобщенного типа. Кватернионный шарнир часто используется для введения координат тела, свободно движущегося в пространстве, а также сферического (шарового) шарнира. Шарнир в виде невесомого стержня не вводит координаты, а лишь ограничивает относительное движение пары тел. Ограничения, связанные с выводом уравнений движения в символьной форме требуют, чтобы для каждого тела системы существовала цепочка (путь), соединяющая его с базовым телом. Этот путь должен содержать лишь шарниры, которые однозначно определяют положение одного тела в паре относительно другого при заданных значениях шарнирных координат (все приведенные выше типы, за исключением стержня). Это дает возможность описать положение связанной СК любого тела системы относительно базовой СК в зависимости от шарнирных координат. В случае двойного физического маятника для удовлетворения сформулированных требований достаточно ввести два вращательных шарнира: между базовым и первым телом, между первым и вторым.

14. Основы взаимодействия пути и подвижного состава. Основные задачи исследования данного взаимодействия

От колес подвижного состава на путь передается сложное силовое воздействие, которое можно разложить на вертикальные и горизонтальные (поперечные и продольные) составляющие: вертикальное давление, вызывающее осадку пути и изгиб рельсов; боковое давление, стремящееся сдвинуть путь в сторону, и продольные силы - причина угона (продольного смещения) рельсошпальной решетки. В общем случае взаимодействие пути и подвижного состава определяется особенностями конструкций ходовых частей подвижного состава и рельсовой колеи, а также качеством технического содержания локомотивов, вагонов и пути. При движении поезда на рельсы действуют и переменные горизонтальные поперечные силы: рамное давление (силы, действующие на кузов и передаваемые через раму на колесные пары), а также боковое давление, вызванное поворотом состава в кривых (вписывание подвижного состава в кривые). Рамные усилия могут достигать 6000-7000 кгс (6-7 тс); боковые давления составляют 0,2-0,65 максимального значения вертикальных сил. Силы давления на рельсы от гребней колес в прямых участках, вызванные вилянием подвижного состава, могут достигать 3-4 тс. Рельсы воспринимают также и горизонтальные продольные силы (силы угона, торможения и продольные усилия от действия температуры. Подвижной состав железнодорожного транспорта в отличие от других видов (автомобильного, водного, воздушного) не имеет рулевого управления. Траекторию его движения определяет рельсовая колея. Этим определяются и особенности ходовых частей: наличие реборд (гребней) у бандажей колес; глухая насадка колес на оси; параллельное расположение осей у безтележечных экипажей и у тележек локомотивов и вагонов; коничность бандажей колес; возможность поворота тележек и отдельных осей. Постоянство рельсовой колеи требует и постоянства расстояния между колесами, для этого их запрессовывают так, чтобы они не могли ни смещаться на оси, ни поворачиваться относительно нее. Это называется глухой насадкой колес. Ось с насаженными на нее двумя колесами называют колесной парой.

15. Типы контактов системы «колесо-рельс». Силы, возникающие в месте контакта колеса и рельса

Взаимодействие колеса и рельса является физической основой движения подвижного состава по железным дорогам. От параметров этого взаимодействия во многом зависят безопасность движения и основные технико-экономические показатели хозяйств пути и подвижного состава. Так, в частности, потери энергии, обусловленные изнашиванием в системе колесо-рельс, составляют 10% - 30% расходуемых на тягу поездов топливно-энергетических ресурсов. Кроме того, расходы на реновацию рельсов и колесных пар составляют немалую часть общих расходов дистанций пути и локомотивных и вагонных депо соответственно. Особенно большие издержки в связи с этими расходами терпят локомотивные депо, поскольку за последние полвека средний срок службы локомотивной колесной пары существенно сократился. На износостойкость пары “колесо - рельс” по данным влияют: твердость материала бандажей, рельс, содержание углерода, структура металлов и содержание серы. Разработка эффективных методов снижения степени износа зависит от наличия методик исследования, оценки параметров контактного взаимодействия пары “колесо - рельс” с помощью численных методов. С целью снижения интенсивности изнашивания КП до приемлемых значений в последние годы проводится ряд мер технического и организационно-технологического характера (лубрикация, улучшение конструкции пути и подвижного состава, совершенствование геометрии профиля поверхности катания КП и рельсов, повышение качества их металла и т.д.). К сожалению ни одно из этих мероприятий в полном объеме проблемы не решило.

16. Схемы вписывания экипажа в кривые

Первая - при достаточной ширине колеи задняя колесная пара будет стремиться занять радиальное положение, при этом полюс вращения «О» будет находиться на оси задней колесной пары. Такая установка тележки возможна при свободном вписывании

Схема свободного вписывания трехосной тележки в кривую

При свободном вписывании имеет место одна направляющая горизонтальная сила y1 в точке В в результате этого наблюдается минимальное силовое взаимодействие ходовых частей подвижного состава и колеи, а следовательно, наименьший износ рельсов и колес, а также уменьшаются затраты энергии на движение. Поэтому свободное вписывание должно быть обеспечено для массового вида экипажей - вагонов.

Вторая - крайняя установка экипажей - при минимальной теоретически возможной ширине колеи. При этом полюс вращения О находится посередине жесткой базы. Такая установка тележки экипажа возможна при заклиненном вписывании.

В этом случае колесные пары жесткой базы тележки не имеют никакой поперечной свободы, вследствие чего создаются особо неблагоприятные условия взаимодействия подвижного состава и рельсовой колеи. При двухосных тележках поперечные горизонтальные силы Y2-H, Y1-H, Y2-BH, Y1-BH соответственно будут иметь место в точках А, В, С, Д (рис. 6.2), при трехосных Y3-H, Y1-H, Y2-BH - соответственно в точках А, В, С (рис. 6.3). В нормальных условиях эксплуатации заклиненное вписывание не допускается

Расчетная схема положения жесткой базы двухосной тележки в кривой для расчета ширины колеи при заклиненном вписывании

Промежуточное положение жесткой базы тележки между свободным и заклиненным вписыванием характеризует принудительное вписывание. В этом случае полюс вращения О будет находиться между осью задней колесной пары и серединой жесткой базы. Направляющие горизонтальные силы будут в точках В, С. Принудительное вписывание допускается в основном для длиннобазовых экипажей - локомотивов.



Схема заклиненного вписывания трехоснойтележки без поперечных разбегов осей

Для облегчения вписывания трехосных тележек экипажей в кривые их колесные пары имеют, как правило, поперечные разбеги (смещения) относительно жесткой рамы.

17. Горизонтальные поперечные силы , возникающие при вписывании экипажа в кривую

Поперечные силы. Когда экипаж движется в прямых участках пути, горизонтальные поперечные (боковые) силы возникают в основном из-за виляния, т. е. из-за плавных набеганий гребня на рельсовую нить и отхода от нее. Боковая сила равна нажатию гребня на рельс (передача так называемого рамного усилия) плюс (или минус в зависимости от направления) сила трения скольжения между колесом и рельсом. При движении вагонов и локомотивов в кривых участках пути горизонтальные поперечные силы намного возрастают. При движении вагонов и локомотивов в кривых участках пути горизонтальные поперечные силы намного возрастают. Помимо рамного усилия (или, что то же, бокового нажатия гребня колес на рельсы в связи с вилянием), в кривых возникают еще направляющие усилия и центробежные силы. Направляющие усилия действуют, как правило, от первой оси тележки, так как колесо, вступая в кривую, стремится продолжить прямолинейное движение, но рельс, уложенный по кривой, заставляет колесо повернуть. При этом возникают направляющие усилия, действующие как на рельс, так и на колесо. При движении экипажа по кривой возникают центробежные и центростремительные ускорения и соответствующие им силы. Если возвышение наружного рельса рассчитано и сделано совершенно точно, то сумма этих сил равна нулю. Фактически поезда движутся с разной скоростью и поэтому для части поездов всегда есть так называемые непогашенные горизонтальные ускорения, которые представляют собой разность центробежных и центростремительных ускорений. Сейчас для всех видов подвижного состава по предложению О. П. Ершкова построены графики-паспорта, по которым можно в зависимости от величины непогашенного ускорения найти направляющие усилия, боковую силу и рамное усилие.

18. Оценка состояния пути в программном комплексе «Универсальный механизм»

Д.Ю. Погореловым в Брянском государственном техническом университете разработан программный комплекс «Универсальный механизм». Он включает в себя специализированный модуль для моделирования динамики железнодорожных экипажей: локомотивов, вагонов и путевых машин. Моделирование производится в зависимости от времени. С помощью «Универсального механизма» можно создавать полностью параметризованные модели: задавать с помощью идентификаторов или выражений инерционные и геометрические параметры (в том числе и графические изображения элементов, профилей рельсов), а также основные характеристики силовых элементов (например, жесткости пружин, коэффициенты демпфирования, коэффициенты трения в контактах и так далее). Параметризация модели является основой оптимизации железнодорожных экипажей.

В программном комплексе «Универсальный механизм» исходные данные о геометрии пути могут быть представлены: геометрией рельсов в идеальной прямой (ширина колеи, подуклонка, профили), макрогеометрией кривых (длины прямых, переходных кривых, радиус кривой) и неровностями рельсовых нитей в плане и профиле. На различных участках пути может задаваться различные профили рельсов. Так же могу быть назначены переменные по длине пути коэффициенты демпфирования (вертикальный и горизонтальный), коэффициенты упругости (вертикальный и горизонтальный).

Для моделирования динамики рельсовых экипажей была разработана с использованием программной среды «Универсальный механизм» математическая модель движения грузового вагона. Схема силового взаимодействия между телами системы «вагон - путь»

В качестве исходных данных о пути вводят файл описания координат рельсовой колеи (продольный профиль, вертикальные координаты, план линии, описание поперечного профиля головки рельса), файл описания поперечного профиля колес и файлы описания характеристик подсистем пассажирского вагона (кузов, тележки, колесные пары, рессорное подвешивание, демпферы, автосцепка и т.д.), взаимной ориентации колес и рельсов. Левое и правое колесо вагона рассматривают отдельно со своими системами координат.

В расчетах принимают во внимание отступления в геометрии рельса от правильной кривой или прямой (его геометрические отступления в плане и профиле от проектного положения). Отступления в плане учитываются смещением основания контактной площадки. Демпфирование колебаний определяют с учетом скорости деформации демпферов в соответствии с их нелинейными характеристиками.

Размещено на Allbest.ru

...