Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Ташкент, Узбекистан
ББК 392 Железнодорожный транспорт
В статье исследуется влияние наружного и внутреннего избыточного давления на характеристики жесткости оболочек котлов вагонов-цистерн, которые играют ключевую роль в конструкции вагона, обеспечивая сохранность грузов, таких как нефть, нефтепродукты, сыпучие грузы, газ и химические вещества. Исследование направлено на разработку научного подхода для оценки влияния различных давлений на частотные характеристики оболочек и их устойчивость, что критически важно для обеспечения их надежности и безопасности. Были разработаны математические выражения для определения частот собственных колебаний и критического давления, при котором происходит потеря устойчивости оболочки котла. Проведенный численный анализ с использованием метода конечных элементов подтвердил адекватность и точность предложенных моделей. Результаты исследования показали, что снижение внутреннего давления приводит к снижению жесткости оболочки и, соответственно, частот собственных колебаний, что может вызвать переход в неустойчивое состояние. В то же время, увеличение внутреннего давления способствует повышению жесткости и частот колебаний. Эти выводы имеют значительное значение для проектирования и эксплуатации вагонов-цистерн, так как позволяют учитывать потенциальные риски и разрабатывать более безопасные и эффективные конструктивные решения. Полученные данные могут способствовать улучшению безопасности перевозок грузов в том числе опасных грузов.
вагон-цистерна, колебания, давление, устойчивость, метод конечных элементов, характеристики
1. Мойкин, Д.А. Определение браковочных характеристик и влияние повреждений на работоспособность вагонов-цистерн / Д.А. Мойкин // Наука и прогресс транспорта. Вестник Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта. 2005. № 8. С. 147-150.
2. Григорьев, П.С. О связи частот собственных колебаний и критических нагрузок при оценке жесткости несущих элементов вагонных конструкций / П.С. Григорьев // Вестник Уральского государственного университета путей сообщения. 2022. № 1(53). С. 17-23. DOI:https://doi.org/10.20291/2079-0392-2022-1-17-23
3. Григорьев, П.С. Оценка частот собственных колебаний и динамических напряжений в оболочке котла цистерны / П.С. Григорьев, К.Е. Суворова // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2017. Т. 14. № 4. С. 637-643.
4. Богачев, В.И. Оценка колебаний жидкого груза в котле цистерны / В. И. Богачев // Мир транспорта. 2012. № 1. С. 32-37.
5. Григорьев, П.С. Подходы к оценке собственных частот котлов вагонов-цистерн с учетом влияния жидкости / П.С. Григорьев, Фу Т. Чан, Ш.Р. Ибодуллоев, А.Н. Нуралиев // Международная научно-практическая конференция «Рахматулинские чтения»: Тезисы докладов. Ташкент, 26-27 мая 2023 года / Составители: А.Х. Закиров, Ш.Р. Ибодуллоев. Национальный университет Узбекистана, 2023. С. 51-52.
6. Чан, Фу Тхуан. Расчетные зависимости и оценки частот и форм колебаний оболочки котлов цистерн / Фу Тхуан Чан, П.С. Григорьев, К.Е. Суворова // Мир транспорта. 2018. № 5(78). С. 84-90.
7. Беспалько, С.В. Разработка и анализ моделей повреждающих воздействий на котлы цистерн для перевозки криогенных продуктов : дис. ... докт. техн. наук / С.В. Беспалько. М.: МИИТ, 2000. 427 с.
8. Морзинова, Т.Г. Колебания оболочек котлов цистерн с учетом их конструктивных особенностей : дис. ... канд. техн. наук / Т.Г. Морзинова. М.: МИИТ, 1983. 118 с.
9. Weingarten VI. The effect of internal or external pressure on the free vibrations of conical shells. Int J Mech Sci. 1966;8(2):115-24. DOI:https://doi.org/10.1016/0020-7403(66)90070-1
10. Sofiyev AH, Karaca Z. The vibration and buckling of laminated non-homogeneous orthotropic conical shells subjected to external pressure. Eur J Mech A Solids. 2009;28(2):317-28.
11. Zhang YL, Gorman DG, Reese JM. Vibration of prestressed thin cylindrical shells conveying fluid. Thin-Walled Struct. 2003;41(12):1103-27. DOI:https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2008.06.002
12. Piacsek AA, Abdul-Wahid S, Taylor R. Resonance frequencies of a spherical aluminum shell subject to static internal pressure. J Acoust Soc Am. 2012;131(6). DOI:https://doi.org/10.1121/1.4721647
13. Доннелл, Л.Г. Балки, пластины и оболочки / Л. Г. Доннелл. М.: Наука, 1982. 568 с.
14. Григорьев, П.С. Вариант представления разрешающего уравнения полубезмоментной теории круговых цилиндрических оболочек в форме Доннелла для расчетов напряженного состояния и устойчивости котлов вагонов-цистерн / П.С. Григорьев, С.В. Беспалько, Н.С. Кодиров // Железнодорожный подвижной состав: проблемы, решения, перспективы : Материалы Второй Международной научно-технической конференции, Ташкент, 19–22 апреля 2023 года. – Ташкент: Ташкентский государственный транспортный университет, 2023. С. 114-119.
15. Григорьев, П.С. Оценка вибрационных воздействий массивных деталей на цилиндрическую часть котлов вагонов-цистерн на основе теории оболочек / П.С. Григорьев, С.Н. Коржин, Ш.Р. Ибодуллоев, В.В. Гончаров // Транспортное машиностроение. – 2023. – № 5. – С. 69–78. DOI:https://doi.org/10.30987/2782-5957-2023-5-69-78
16. Лукин, В.В. Конструирование и расчет вагонов : учеб. для студентов вузов ж.-д. транспорта / В.В. Лукин, Л.А. Шадур, В.Н. Котуранов [и др.] ; под ред. В.В. Лукина. М., 2000. 726 с. – ISBN: 978-5-9994-0060-4
17. Шадур, Л.А. Большегрузные восьмиосные вагоны : учебник / Л.А. Шадур, Б.С. Евстафьев, В.В. Лукин, [и др.]. М.: Транспорт, 1968. 288 с.
