СЦБИСТ - железнодорожный форум, блоги, фотогалерея, социальная сеть - Показать сообщение отдельно

**Admin** · 16.04.2013, 12:00

Кузьмин Л.Ю. - Материалы УМК - Механика вагонов Скачать

Цитата:

1.1 ЦЕЛЬ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Процесс изучения дисциплины ставит своей основной целью овладение студентами знаниями в области расчета стержневых систем. Понятие расчет включает в себя следующие этапы: выбор расчетной схемы, определение внут-ренних усилий, построение эпюр и линий влияния внутренних силовых факто-ров, определение максимальных значений внутренних усилий и решение одно-го из трех типов задач. В первом типе задач требуется проверка (прочности) не-сущей способности сечений, во втором – проводят подбор размеров поперечно-го сечения конструкций и в третьем типе задач определяется величина макси-мально допустимой внешней нагрузки.
Успешное освоение курса строительной механики вагонов базируется на знаниях, приобретенных студентами в процессе изучения математики, теорети-ческой механики и сопротивления материалов. Изучая строительную механику вагонов, студенты знакомятся с расчетом как статически определимых, так и статически неопределимых стержневых систем, при этом рассматриваются многопролетные шарнирные и неразрезные балки, рамы и схем каркасов ваго-нов. Большое внимание уделяется расчету плоских и пространственных ферм. Строительная механика вагонов ставит своей целью вооружить будущих инже-неров основными методами расчета, такими как метод сил и метод перемеще-ний. Последний является основой метода конечных элементов.
Методы расчета стержневых систем строительной механики позволяют применять матричные алгоритмы и уравнения с последующей их реализацией на ЭВМ. В практике расчета сложных стержневых сооружений применяются вычислительные программные комплексы: COMPMEH, «ЛИРА» и др. Овладе-ние студентами алгоритмами расчета стержневых систем позволят им самим разрабатывать необходимые программные средства.
Строительная механика вагонов является наукой экспериментально-теоретической, призванной обеспечивать инженеров современными методами статического и динамического расчета. Основные цели изучения строительной механики вагонов будут достигнуты, если студенты сумеют применить полу-ченные теоретические знания в практических расчетах.

1.2 ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Изучив дисциплину, студент должен:
З н а т ь:
методы определения внутренних усилий в элементах стержневых систем (многопролетные балки, фермы, рамы);
отличительные свойства статически определимых и неопределимых систем;
классификацию плоских и пространственных ферм и методы определения уси-лий в сложных фермах;
методы построения линий влияния кинематическим методом;
общие теоремы строительной механики, определяющих работу внешних и внутренних сил;
приемы определения перемещений в статически определимых и неопре-делимых системах;
способы определения перемещений с помощью алгебры матриц;
основные положения расчета статически неопределимых систем метода сил;
основные положения расчета статически неопределимых систем метода перемещений;
основные вариационные принципы строительной механики;
критерии определения устойчивости упругих систем;
формы потери устойчивости сжатого стержня;
методы исследования устойчивости упругих систем (динамический, ста-тический и энергетический);
особенности динамических нагрузок;
основные положения расчета систем с одной степенью свободы;
методы динамического расчета рам.
У м е т ь:
исследовать геометрическую неизменяемость стержневых систем;
строить эпюры и линии влияния силовых факторов от статических и под-вижных нагрузок;
определять невыгоднейшее положение нагрузки на сооружении;
использовать теорию матриц для расчета статически определимых балок и рам;
строить линии влияния для элементов решетки в простых и шпренгель-ных фермах, определять по ним внутренние усилия;
решать задачи по определению внутренних усилий в статически неопре-делимых рамах методом сил;
использовать теорию матриц в расчете статически неопределимых систем методом сил и методом перемещений
определять внутренние усилия методом перемещений от действия темпе-ратуры;
использовать симметрию рам при расчете их методом сил и методом пе-ремещений;
рассчитывать рамы на устойчивость методом перемещений;
определять частоты и формы свободных колебаний статически определи-мых стержневых систем;

Admin добавил 16.04.2013 в 13:00
Сергеев К.А., Бомбардиров А.П. - Динамика вагонов Скачать

Цитата:

Содержание УМКД
стр.
1. Рабочая программа 4
2. Методические указания для студентов 12
2.1. Задания на контрольную работу с методическими указаниями 12
2.2. Методические указания к выполнению лабораторных работ 34
3 Методические материалы для преподавателей 54
3.1 Конспект лекций 54
3.2 Список учебно-методической литературы 81
4 Материалы текущего и итогового контроля знаний студентов 84
4.1 Экзаменационные билеты 85
4.2 Тесты 93

Цитата:

1. ЦЕЛЬ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Цель изучения дисциплины состоит в развитии практического и аналитического мышления будущих инженеров, умении математически моделировать сложные динамические процессы, происходящие в движущемся вагоне и поезде, возможности привить глубокое понимание того, что изучение и применение в практике основ динамики позволяет непрерывно совершенствовать перевозочный процесс и, главным образом, его технические средства - подвижной состав.
В дисциплине “Динамика вагонов” излагаются методы теоретического и экспериментального определения условий безопасного и плавного движения вагонов по железнодорожным путям в составах большой массы и с высокими скоростями, величин динамических сил взаимодействия вагонов между собой и с железнодорожным путем, необходимых при проектировании новых и модернизации вагонов для расчета на прочность, устойчивость и надежность, установления критериев оценки их динамических качеств.
На выводах дисциплины основываются положения норм расчета и проектирования вагонов - основного документа , определяющего техническую политику в области вагоностроения и эксплуатации вагонов.
Задачи изучения дисциплины. Изучив дисциплину, студент должен:
Знать и уметь использовать дифференциальные уравнения применительно к описанию колебаний системы вагон-путь.
Владеть методами теоретического и экспериментального исследования нагрузок, действующих на вагон при его движении.

2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1 Вагон и железнодорожный путь - единая динамическая система
2.1.1 Цель и задачи исследования системы.
Роль процессов колебаний в динамике подвижного состава и необходимость их ограничений из условий обеспечения устойчивости движения, плавности хода, снижения сил взаимодействия вагона и железнодорожного пути: динамических напряжений, износов деталей и узлов, повышения надежности оборудования различных узлов и соединений вагона [1; 2; 3;4; 5].
2.1.2 Основные элементы системы.
Вагон. Характеристики вагона с грузом как системы физических (твердых, упругих, вязких, упруго-вязких и жидких ) тел и связей между ними. Обрессоренные и необрессоренные части вагона. Характеристики кузова, рам тележек и других частей как твердых тел, их массы, моменты инерции, положение центра массы при загрузках кузова различными грузами. Линейные размеры вагона, определяющие его динамические свойства.
Виды связей между частями вагона: жесткие, упругие, их классификация, влияние на конфигурацию системы . Силовые характеристики (линейные и нелинейные) упругих, упруго-фрикционных и упруго-вязких связей: рессор, пружин, торсионов, гасителей колебаний .
Железнодорожный путь, Динамические характеристики верхнего строения пути. Упругость в вертикальном и горизонтальном (поперечном) направлениях, величины масс пути, участвующих в процессах взаимодействия пути и подвижного состава, силы неупругого сопротивления железнодорожного пути [1; 2; 3; 4].

2.1.3 Источники силовых и кинематических возмущений системы “вагон-путь”.
Природа сил взаимодействия вагона и пути. Источники кинематических возмущений, связанных с конструкцией верхнего строения пути. Причины образования упругих и остаточных деформаций рельсового пути в вертикальном и поперечном (горизонтальном) направлениях . Вид неровностей (длинные и короткие, изолированные и периодические) величина и законы их повторения. Детерминированные и случайные неровности. Стыковые соединения и крестовины. Кинематические возмущения, определяемые конструкцией и состоянием колесной пары вагона. Движение колесной пары без учета скольжения колес по рельсам в прямом и криволинейном участке пути. Движение колесной пары и тележки с учетом скольжения колес по рельсам в прямом и криволинейном участке пути. Упругое скольжение и связь с ним касательных сил в контакте колес с рельсами. Длина волн извилистого движения. Критические скорости движения колесной пары и тележки. Понятие устойчивости извилистого движения.
Неравномерный прокат, выбоины (ползуны) на поверхности катания колеса, эксцентричность круга катания по отношению к шейке оси, дисбаланс колесных пар, как источник кинематических и силовых возмущений колебаний колес на упругом пути.
Нормы содержания и требования к колесным парам вагонов в зависимости от скорости движения [1; 2; 4].

2.1.4 Расчетные методы системы “вагон-путь”.
Принципы построения расчетных моделей в зависимости от целей исследования.
Выбор и обоснование основных параметров, числа степеней свободы модели и принятые допущения. Виды колебаний. Возможность использования упрощенных (усеченных) моделей в изучении сложных задач динамики вагонов. Составление уравнений на основе аналитической механики (принцип Даламбера и уравнение Лагранжа второго рода) в декартовых и обобщенных координатах. Методы решения дифференциальных уравнений. Роль аналитических методов в качественном и количественном анализах динамики системы “вагон-путь”. Применение вычислительных машин, их возможности по углублению и ускорению процесса исследования динамики вагона. Критерии оценки достоверности теоретических исследований - лабораторные и поездные испытания[1; 2; 4].

2.2 Колебания вагона с одинарным рессорным подвешиванием
Расчетная модель и ее параметры. Особенности систем одинарного рессорного подвешивания. Основные виды и классификация колебаний кузова и тележек, их номенклатура. Оси колебаний. Обоснование возможности применения усеченных расчетных схем для изучения колебаний кузова на рессорах 4-, 6- и 8-осных вагонов.
Собственные колебания. Дифференциальные уравнения собственных колебаний вагона, методы их решения. Частоты и формы колебаний. Влияние сил неупругого сопротивления рессор на процессы колебания вагона. Частные случаи процессов колебания вагонов в зависимости от симметрии расположения груза в вагоне (плоские колебания в продольной, поперечной и горизонтальной плоскостях вагона).
Вынужденные колебания. Системы дифференциальных уравнений колебаний вагона с учетом возмущающего действия различных неровностей на пути и колесных парах, а также извилистого движения отдельных колесных пар и тележек. Решение этих уравнений. Установившиеся, переходные и случайные виды вынужденных колебаний.
Влияние базы вагона и базы тележки, в том числе 6- 8-осных вагонов, на характер возмущающего влияния неровностей на пути. Влияние сил неупругого сопротивления на снижение амплитуд колебаний вагонов в резонансном режиме движения. Частные случаи вынужденных колебаний вагона в зависимости от расположения груза в кузове. Определение критических скоростей движения применительно к отдельным видам колебаний. Подпрыгивание и галопирование, боковая качка, влияние и их оценка в заданных интервалах конструкционных и эксплуатационных скоростей. Определение оптимальных параметров гасителей колебаний и их рационального расположения в системе рессорного подвешивания. Определение коэффициента динамики для отдельных узлов вагона и пути их снижения. Динамические поглотители вертикальных колебаний кузова вагона на рессорах.
Оценка устойчивости движения вагона. Меры подавления колебаний виляния вагонов, предназначенных для высокоскоростного движения. Оценка динамических качеств вагона: безопасности и плавности его хода [1; 2; 4].

2.3 Динамическое взаимодействие колес с рельсами
2.3.1 Движение колеса по рельсу с короткими периодическими и изолированными неровностями.
Характеристики неровностей на поверхностях катания колес и рельсов. Условия безотрывного движения колеса по рельсу. Зависимость сил взаимодействия колес с рельсами от жесткости пути, колес и скорости движения по этим неровностям. Динамическая оценка дефектов рельсового пути и поверхности катания колес. Движение колеса по неравноупругому рельсу. Динамические силы, возникающие при движении колес с дисбалансом. Допускаемые величины дисбаланса для колес скоростных вагонов.
2.3.2 Движение вагона по криволинейным участкам железнодорожного пути.
Взаимодействие колеса и рельса в горизонтальном(боковом) направлении при входе вагона в криволинейные участки пути и влияние неправильности рихтовки пути. Особенности взаимодействия при входе вагонов в стрелочные переводы. Горизонтальные силы динамического взаимодействия колес с крестовинами. Допускаемые скорости движения вагона по стрелочным кривым. Влияние норм содержания колесных пар и элементов стрелочного перевода на условия безопасности движения. Расчет сил взаимодействия колес и рельсов (направляющих и рамных сил) при установившемся движении вагона в круговой кривой.
2.3.3 Особенности воздействия на путь многоосных вагонов.
Расчет вертикальных прогибов и изгибающих моментов от сил динамического давления колес на головку рельса. Напряжения изгиба в подошве рельса, силы давления рельса на шпалы, напряжения в основной площадке земляного полотна в зависимости от числа колесных пар в тележке и расстояний между ними [1; 2; 4].
2.4 Устойчивость вагона
Элементы общей теории устойчивости механических систем и ведущая роль отечественных ученых в ее создании. Анализ условий, способствующих вкатыванию колеса гребнем на головку рельса при малых и больших скоростях движения вагонов. Обоснование рациональных профилей головки рельса и поверхностей катания колес и гребней.
Поперечная устойчивость и валкость кузова на рессорах. Метацентр, понятие и определение его месторасположения. Оценка безопасности движения по опрокидыванию
вагона под действием поперечных сил. Влияние характеристик рессорного подвешивания на поперечную устойчивость вагона. Выбор параметров систем горизонтального поперечного подрессоривания из условий плавности хода и поперечной устойчивости. Устойчивость вагона в поезде при действии на него продольных растягивающих и сжимающих сил. Устойчивость его против стаскивания с рельсов при тяге поезда в кривом участке пути. Виды установок вагонов в поезде: понятие о критических силах прямолинейной (соосной) формы равновесия вагонов в сжатом составе. Расчетное определение коэффициента запаса устойчивости вагона против выжимания продольными сжимающими силами и стаскивания с рельсов растягивающими силами в кривом участке пути.
2.5 Динамические качества хода вагона: воздействие перегрузок на конструкцию, пассажиров и перевозимые грузы
Критерий оценки динамических качеств вагона: безопасность движения в смысле устойчивости против схода, динамические силы и плавность хода. Допустимый уровень колебаний вагона, исходя из физиологических и гигиенических норм. Оценка плавности хода и ее обеспечение при проектировании вагона. Влияние колебаний вагона на перевозимые грузы.
2.6 Шум в пассажирских вагонах
Шум, как неупорядоченное сочетание звуков, представляющих собой высокочастотные механические колебания среды. Влияние шума на организм человек. Источники шума при движении вагона в работе оборудования, вентиляции и установок кондиционирования воздуха вагонов. Системы оценки уровня и способы измерения шума. Децибелы, фоны. Меры по уменьшению шума: изоляция, отражатели, резиновые прокладки, противошумные пасты и их расчет. Нормы по ограничению шума [1; 2].
2.7 Продольная динамика вагонов в поезде и при маневровых соударениях
Составление расчетной схемы для поезда как дискретной одномерной системы масс, соединенных нелинейными связями ( с учетом люфтов: трения и т.п.), и как упругого призматического стержня. Составление систем расчетных уравнений и метод их решения. Качественные рассмотрения продольных колебаний поезда. Виды продольного взаимодействия вагонов при торможении и трогании поезда. Влияние неоднородности поезда на величины продольных сил. Расчет сил соударения вагонов в процессе маневровой работы на станциях и сортировочных горках.
Выбор и обоснование расчетных растягивающих и сжимающих усилий с учетом перспективы роста массы и длины поезда, мощности локомотивов и скорости движения, особенности динамики составных поездов. Рекомендации по выбору параметров поглощающих аппаратов [1; 2; 4].