Живучесть литых деталей подвижного состава с технологическими дефектами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат наук Протопопов Андрей Леонидович

• Протопопов Андрей Леонидович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Протопопов Андрей Леонидович

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Основные термины и определения

1.2 Конструктивные особенности тележки грузового вагона

1.3 Характеристики металлов литых деталей тележки

1.4 Виды повреждений и разрушений боковых рам в эксплуатации

1.5 Современное состояние темы исследования

1.6 Выводы по разделу

2 РАЗРАБОТКА ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВАГОНА С УПРУГОЙ РАМОЙ

2.1 Модель вагона

2.2 Редукция степеней свободы конечно-элементной модели рамы

2.3 НДС боковой рамы тележки

2.4 Собственные формы колебаний грузового вагона

2.5 Неровности пути

2.6 Моделирование динамических напряжений в боковой раме

2.7 Выводы по разделу

3 ИССЛЕДОВАНИЕ НДС РАМЫ С ДЕФЕКТАМИ

3.1 Механика разрушения и теоретические основы

3.1.1 Коэффициенты интенсивности напряжений

3.1.2 Пластическая зона у вершины трещины

3.1.3 /-интеграл и коэффициент интенсивности напряжений

3.1.4 Законы циклического усталостного роста трещин

3.1.5 Методы вычисления КИН

3.2 Моделирование НДС рамы с трещинами методом конечного элемента

3.2.1 НДС бездефектной боковой рамы

3.2.2 Конечно-элементная модель и НДС рамы с дефектами

3.3 Выводы по разделу

4 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЖИВУЧЕСТИ РАМЫ С ДЕФЕКТАМИ ЛИТЬЯ

4.1 Результаты моделирования реального случая излома рамы

4.2 Детерминированные расчёты кинетики дефектов

4.2.1 Схематизация внутренней технологической дефектности

4.2.2 Моделирование развития внутренних трещин в боковой раме

4.2.3 Схематизация поверхностной технологической дефектности

4.2.4 Кинетика развития поверхностных дефектов

4.3 Выводы по разделу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Живучесть литых деталей подвижного состава с технологическими дефектами»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследований. В современной науке механики материала к расчету прочности технических конструкций сложились два подхода: классический и неклассический. В первом подходе процесс разрушения материала конструкции не рассматривается. Оценку прочности проводят из предположения что предельное состояние наступает в материале, представляющем собой твердое сплошное тело. При этом подходе не принимается во внимание дискретный характер его строения, что приводит к недостаточности классических методов для оценки прочности. Практика показывает, что реальные конструкции изначально могут содержать различные структурные дефекты материала (неметалические включения, поры, пустоты и т.д.), которые как концентраторы напряжений могут стать причиной зарождения усталостных трещин. В этом случае используются неклассические подходы механики материала (механика разрушения). Разрушения материала рассматривается как процесс зарождения трещин и дальнейшее их распространение. Литым деталям тележек грузовых вагонов свойственна приобретенная эксплуатационная дефектность (усталостные трещины), а также исходная технологическая дефектность, которая характерна для крупногабаритных отливок сложной конфигурации. Данная дефектность может привести к аварийным разрушениям литых деталей тележек в процессе их эксплуатации. Изломы боковых рам тележек грузовых вагонов нередко сопровождаются сходом вагона с рельсов, создают угрозу безопасности движения поездов, представляют опасность для жизни и здоровья граждан, приносят значительные убытки ОАО «РЖД» и другим участникам перевозочного процесса (рисунок 1). Случаи изломов боковых рам бывает происходят в первые 1-3 года их эксплуатации. Это может быть косвенным подтверждением того, что изломы произошли не из-за приобретенных усталостных трещин, а из-за наличия исходных технологических литейных дефектов. «На основе анализа изломов боковых рам по сечению в зоне внутреннего радиуса ^55

буксового проема, произошедших на сети железных дорог ОАО «РЖД», выявлено влияние характерных дефектов, их начальных размеров и мест локализации по сечению излома.

Рисунок 1 - Сход грузового поезда из-за излома боковой рамы

На рисунке 2 показано распределение влияния дефектов по указанным признакам, представленное в виде диаграммы Парето.

При проведении анализа множество изломов, инициированных технологическими дефектами, разбивалось на следующие категории:

- дефекты с выходом на наружную поверхность нижнего пояса;

- внутренние раковины, рыхлоты в нижнем поясе;

- заварка, наплавка на поверхности нижнего пояса без термообработки;

- уменьшенная толщина вертикальных стенок;

- видимые дефекты в зоне излома отсутствуют.

Из полученной диаграммы следует, что примерно 78 % изломов боковых рам по сечениям в зоне ^55 вызваны в основном двумя причинами: дефекты с выходом на наружную поверхность нижнего пояса; раковины, рыхлоты, находящиеся внутри нижнего пояса. Фактические сроки службы рамы по этим дефектам составляют от 1,4 до 8,8 лет. На остальные три категории дефектов приходится примерно 22 % изломов. Такой результат вполне логичен и отвечает основному принципу диаграммы Парето: «20 % причин вызывает 80 % проблем»» [1].

Рисунок 2 - Диаграмма Парето по изломам боковых рам тележки модели 18-100 в зоне ^55

Для предотвращения аварий от излома боковых рам тележек, в вагонном хозяйстве принята система диагностического метода неразрушающего контроля наличия дефектов литых деталях тележек грузовых вагонов в первый и последующие межремонтные интервалы эксплуатации. Для боковых рам тележек грузовых вагонов свойственен относительно низкий уровень номинальных проектных напряжений, вследствие чего усталостные трещины до момента разрушения рамы могут иметь достаточно протяженные размеры. Поэтому при назначении периодичности межремонтного осмотра, необходимо знать какое время развивающаяся трещина до момента разрушения рамы будет находиться в высокой степени вероятности ее обнаружения. Дефектоскопия должна выявлять дефекты определенного размера, которые при их развитии могут привести к разрушению в последующий межремонтный период обследования грузовых вагонов. В связи с этим является актуаль-

ной необходимость уточнения размера дефекта, для оценки возможности эксплуатации боковых рам на различных этапах развития дефекта: от его обнаружения, до момента, когда становится невозможной эксплуатация рамы вследствие угрозы ее разрушения. Поэтому оценка работоспособности рамы выдвигает задачу разработки методов расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) рамы в эксплуатации, кинетики роста исходных и приобретенных дефектов рамы, для надежного определения безопасного периода их развития до ремонта. Данные о НДС конструкций подвижного состава могут быть получены путем, как натурных виртуальных экспериментах, так и создания компьютерных расчетных динамических моделей экипажей. При этом расчётная модель должна достаточно полно отражать реальные свойства исследуемого объекта, учитывать фактический спектр эксплуатационных нагрузок.

Степень разработанности темы. Разработке методов исследований и совершенствованию науки эксплуатационных качеств, динамики и прочности подвижного состава посвящены труды многих отечественных учёных, инженеров. Они нашли своё отражение в монографиях, учебниках и научных работах. Значительный вклад в развитие этой области внесли отечественные и зарубежные учёные: П.С. Анисимов, И.М. Андреев, Д.Я. Антипин, С.В. Беспалько, Е.П. Блохин, Г.П. Бурчак, Ю.П. Бороненко, М.Ф. Вериго, А.В. Вершинский, М.В. Винокуров, Н.Н. Воронин, А.Д. Гершгорин, В.Н. Данилов, О.Б. Камаев, Н.И. Карякин, В.А. Косарев, В.С. Коссов, Ю. Кофман, А.В. Кузнецов, В.А. Лазарян, А.С. Лисовский, В.П. Лоз-бинев, Е.А. Луцук, Т. Мацудайра, П. Мюллер, Н.Н. Невзорова, Е.Н. Никольский, Л.Н. Никольский, А.М. Орлова, Г.И. Петров, B.C. Плоткин, Д.Ю. Погорелов, Ю.С. Ромен, Г.В. Полторак, А.А. Попов, П.Г. Проскурнев, В.Б. Проскуряков, А.А. Рахмилевич, В.И. Сакало, О.М. Савчук, А.Н. Савоськин, К.А. Сафонцев, А.Л. Скор-ман, А.В. Смольянинов, М.М. Соколов, А.Б. Сурвилло, А.В. Табакман, Ю.А. Усма-нов, В.Ф. Ушкалов, В.Н. Филиппов, В.Д. Хусидов, В.Д. Цукерман, И.И. Черкашин, Л.А. Шадур, Н.Н. Шапошников, Е. Шперлинг, С.М. Шудрак и многие другие.

Исследования по применению положений линейной механики разрушения, для оценки долговечности (живучести) конструкций подвижного состава с трещинами, определения характеристик трещиностойкости материалов, применяемых в железнодорожной технике, выполнялись учеными и инженерами: В.В. Болотин, Л.Р. Ботвина, Д. Броек, А.С. Гусев, В.П. Когаев, Дж. Коллинз, П.И. Кудрявцев Н.А. Махутов, В.В. Кобищанов, В.В. Понасюк, Е.М. Морозов, В.З. Партон, А.П. Шлю-шенков, И.В. Гадолина, С.Г. Лебединский, Дж.Р. Ирвин, А.А. Гриффитс, Д.С. Даг-дейл, А.А. Уэлс, П. Пэрис, Я.Б. Фридман, Ф. Эрдоган. Практика изготовления и эксплуатации ответственных деталей и конструкций железнодорожного транспорта показывает, что при существующем уровне научных, конструкторских и технологических проработок не удается полностью исключить повреждения, отказы и аварии на железнодорожном транспорте. Требуется дальнейшее развитие работ по оценке и обоснованию прочности, ресурса и рисков эксплуатации объектов.

Объектом исследования является литая боковая рама «трёхэлементной» тележки грузового вагона.

Цель и основные задачи диссертационного исследования.

Целью работы является на основе исследования живучести конструкции в эксплуатации сформулировать научно обоснованные требования к установлению параметров допустимых дефектов в металле, безопасных в межремонтный период.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

- разработка и верификация динамической модели грузового вагона для численного моделирования методом Крейга-Бемптона эксплуатационной динамической нагруженности боковой рамы тележки;

- разработка программного модуля автоматического создания конечно-элементной модели боковой рамы тележки, содержащей трещиноподобные дефекты разных типов (внутренние, поверхностные, сквозные);

- расчет коэффициента интенсивности напряжения (КИН) на фронте трещины и численное моделирование её развития, с разработкой алгоритма развития трещиноподобных дефектов на основе механики разрушения;

- обоснование размеров конечно-элементной сетки для устойчивости результатов расчета КИН на основе сравнения их с известными решениями;

- сравнение предложенной модели развития трещины в раме с экспериментальными данными и реальными случаями их изломов;

- исследование живучести рамы с различными типами дефектов в детерминированной постановках.

Научная новизна. 1 Разработаны численные методы исследования, подтверждающие возможность с приемлемой точностью идентифицировать спектр эксплуатационной нагруженности и живучесть несущих элементов конструкций трёхэлементных тележек средствами виртуального моделирования.

2 На основе экспериментальных исследований образцов боковых рам на живучесть с использованием специализированного стендового оборудования, проведения ходовых динамико-прочностных испытаний грузовых вагонов на испытательном полигоне, выявлены наиболее уязвимые по повреждаемости элементы боковой рамы и дано уточненное описание их напряженно-деформированного состояния.

3 Решена задача моделирования кинетики роста технологических дефектов литья разных размеров и типов (внутренние, поверхностные, сквозные) в зонах концентрации напряжений боковой рамы тележки грузового вагона с использованием конечно-элементного комплекса MSC.Marc, его процедурных команд, языка программирования Pyton, данных об эксплуатационной нагруженности рамы и характеристик трещиностойкости материала рамы.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в следующем:

- разработанные методы определения эксплуатационной нагруженности боковой рамы тележки и моделирования развития трещиноподобных дефектов в

зонах концентрации напряжений, позволяют оценить живучесть рамы в межремонтный период ее эксплуатации;

- полученные результаты обеспечивают возможность назначения минимальных размеров указанных дефектов с разной величиной запаса по живучести, которые должны быть выявлены методами неразрушающего контроля для обеспечения безаварийной эксплуатации рамы в интервалах регламентных ремонтных работ.

Методология и методы исследования. В настоящей диссертации использованы численные методы- путем создания математических моделей с использованием лицензионных программных комплексов (MSC.SOFTWARE), апробированных на сравнении с известными теоретическими результатами, экспериментальными данными и фактическими видами повреждений - разрушений боковых рам тележки грузового вагона в эксплуатации.

На защиту выносятся следующие положения:

- метод исследования эксплуатационного напряженно-деформированного состояния боковой рамы тележки грузового вагона средствами виртуального моделирования;

- способ трехмерного моделирования технологических дефектов в буксовом проеме боковой рамы грузового вагона трещинами разных типов;

- возможность предложенной методики моделировать развитие технологических дефектов в буксовом проеме боковой рамы грузового вагона до потери ею несущей способности при эксплуатации.

Степень достоверности и апробация результатов работы. Достоверность научных исследований и заключений основаны на корректном использовании численных методов, базирующихся на теоретических подходах, классическом методе конечных элементов, а также применения аттестованных методик, измерительных и испытательных средств. Результаты, полученные этими методами, подтверждены удовлетворительным совпадением с экспериментальными данными и известными теоретическими решениями с приемлемой степенью точности.

Основные положения и полученные в диссертационной работе результаты докладывались и обсуждались на:

- 69 международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» 21.05-22.05.2009, в г. Днепропетровск 2009 г.;

- XI Научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» 21-22 октября 2010 г., Москва, Россия;

- VI Международном симпозиуме по трибофатике МСТФ 2010 в г. Минск, БГУ 2010 г.;

- VII международной научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты» 6-10 июля 2011 г., в г. Санкт-Петербург, ПГУПС, 2011 г.;

- XIII международная конференция «Проблемы механики железнодорожного транспорта. Безопасность движения, динамика, прочность подвижного состава и энергосбережение», в г Днепропетровск 2012 г.;

- XIV Научно-практической конференции «БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ» (24-25 октября), в г. Москва, 2013 г.

Публикации. Основные положения диссертации и научные результаты опубликованы в 14 печатных работах. Три статьи опубликованы в журналах, входящих в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованный ВАК России для публикаций научных результатов диссертаций. Одна статья опубликована в издании, индексируемом в международной цитатно-анали-тической базе данных SCOPUS.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения с изложением результатов и выводов, списка литературы из 129 наименований и приложения. Материалы диссертации изложены на 134 страницах, включают 51 рисунок и 8 таблиц.

Основное содержание работы.

В первом разделе рассмотрены конструктивные и технологические особенности, приведен краткий обзор исследований живучести и нагруженности литых деталей тележки грузового вагона. Представлен краткий обзор теоретических и экспериментальных методов исследований НДС боковой рамы тележки грузового вагона. Показаны достоинства предложенной методики расчета НДС и живучести по сравнению с предыдущими исследованиями.

Во втором разделе показана возможность идентифицировать спектр эксплуатационной нагруженности боковой рамы тележки путём компьютерной имитации ходовых испытаний виртуальной ЭЛ-модели грузового вагона, движущегося по представительному участку ж.-д. пути. При этом учитывалось, что ЭЛ-модель системы «вагон-путь» должна отражать свойства реального объекта в части инерци-онно-жёсткостных (частотных) характеристик экипажа, а также в части спектра внешних возмущений от неровностей пути. ЭЛ-модель строилась в программном комплексе MSC.ADAMS/Rail как механическая система абсолютно твердых и упругих тел (боковые рамы тележки), связанных шарнирами и силовыми элементами. Динамическое поведение боковых рам моделировалось методом Крейга-Бе-мптона. Боковые и вертикальные неровности пути задавались в виде стационарных функций с определённой спектральной плотностью. Проведена верификация модели вагона по экспериментальным данным напряженно-деформированного состояния боковой рамы от статической нагрузки и частотных характеристик вагона для первых форм его колебаний. Получена гистограмма динамических амплитуд напряжений в буксовом проеме рамы при имитации движения вагона в прямых и кривых участках ж.-д. пути. Сравнение этих результатов с экспериментальными данными подтверждает возможность с приемлемой точностью идентифицировать спектр эксплуатационной нагруженности несущих элементов трёхэлементных тележек моделей типа 18-100 средствами виртуального моделирования.

В третьем разделе представлена методика (на основе процедурных команд программного комплекса MS.Marc и языка программирования высокого уровня Ру-ton) моделирования развития трещинно-подобных дефектов разных типов (внутренние, поверхностные, сквозные) в зоне внутреннего радиуса ^55 буксового выреза боковой рамы методом конечного элемента. Проведена верификация предложенной методики на предмет достоверности полученных результатов расчета коэффициента интенсивности напряжений на фронте трещины.

В четвертом разделе данная методика была применена для исследования реальных случаем излома боковой рамы. По данным расчетов определены предельные состояния рамы с дефектами до потери ею несущей способности. Представлен анализ результатов исследований живучести боковой рамы. По результатам исследований, были определены допустимые области начальных размеров поверхностных трещин для разных запасов по живучести рамы в период межремонтного обслуживания вагонов.

На основании результатов расчетов живучести боковой рамы с дефектами в зоне внутреннего угла буксового проема ^55 определены величины запасов по живучести [пж] от значения площади поверхностного дефекта Б, с который он должен быть обнаружен средствами неразрушающего контроля в межремонтный период эксплуатации рамы.

1 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 Основные термины и определения

В настоящей работе применены следующие термины с соответствующими определениями по ГОСТ 32400-2013 [2].

1 «Трехэлементная двухосная тележка - отдельная сборочная единица грузового вагона, конструкция которой включает в себя одну надрессорную балку и две боковые рамы, опирающиеся на две колесные пары.

2 Боковая рама - составная часть (деталь или сборочная единица) несущей конструкции тележки, передающая нагрузки от надрессорной балки на шейки двух осей колесных пар через буксовые узлы.

3 Надрессорная балка - составная часть (деталь или сборочная единица) несущей конструкции тележки, передающая нагрузки от кузова вагона на две боковые рамы через рессорное подвешивание.

4 Несущая способность - способность рамы и балки выдерживать воздействующие на деталь эксплуатационные нагрузки в трехэлементной двухосной тележке данного типа с сохранением этой способности без разрушения на всех этапах жизненного цикла до момента окончания гамма-процентного ресурса.

5 Коэффициент запаса сопротивления усталости - отношение величины предела выносливости натурной детали при испытаниях на усталостную прочность на базе 107 циклов к амплитудной нагрузке, эквивалентной повреждающему действию динамических нагрузок за назначенный срок службы и приведенной к базовому числу 107 циклов.

6 Зоны А - зоны повышенного риска отказов в боковой раме и надрессорной балке, указанные в конструкторской документации и обоснованные расчетами и испытаниями, в которых опасные отказы могут привести к переходу деталей из

опасного состояния в предельное при движении тележки под вагоном в составе поезда в межремонтный период вагона.

7 Зоны Б - зоны повышенного риска отказов в боковой раме и надрессорной балке, указанные в конструкторской документации и обоснованные расчетами и испытаниями, в которых опасные отказы могут привести к переходу деталей из опасного состояния в предельное до истечения их гамма-процентного ресурса.

8 Отжиг 1 рода - вид отжига, при котором в нормализованной стали не происходят структурные изменения, связанные с фазовыми превращениями.

9 Опасный отказ (железнодорожной техники) - событие, в результате которого железнодорожная техника переходит из исправного, работоспособного или частично работоспособного состояния в опасное состояние.

10 Предельное состояние (железнодорожной техники) - состояние железнодорожной техники, при котором ее дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна на основе оценки рисков.

11 Излом - потеря целостности детали» [2].

1.2 Конструктивные особенности тележки грузового вагона

На сегодняшний день, наиболее распространенной тележкой грузовых вагонов для железной дороги колеи 1520 мм, является тележка модели 18-100 (рисунок 3) и ее аналоги.

Рисунок Э - Тележка модели 18-100

В настоящее время Уралвагонзаводом спроектированы и внедрены экспериментальные двухосные тележки моделей 18-115,18-120 и 18-131 для повышенных скоростей движения 140 километров в час и нагрузок на ось до 245 кН. Основные характеристики для этих типов тележек приведены в таблице 1.

Основными особенностями вновь спроектированных моделей тележек является наличие упругих элементов в зоне взаимодействия вагона со скользунами тележки и в зоне взаимодействия буксового узла с боковой рамой тележки. Данные нововведения уменьшили степень виляния тележки и боковой качки кузова вагона, а также за счет демпфирования упругих прокладок между буксовым узлом и боковой рамы тележки достигнуто уменьшение сил инерции действующих на не обрес-соренные элементы тележки при их колебаниях.

Трехэлементная тележка модификации 18-100 состоит из следующих элементов.

1) Литых боковых рам, литой надрессорной балки отлитых в основном из низколегированной стали 20ГЛ.

2) Двух комплектов рессорного подвешивания, состоящих из разного количества, в зависимости от загруженности вагона (в основном семи) сдвоенных пружин. Статический прогиб комплекта рессорного подвешивания составляет величину порядка 50 мм.

3) Двух колесных пар с колесами диаметром 957 мм.

4) Четырех литых клиньев, которые расположены между надрессорной балкой и боковыми рамами. Клинья опираются на крайние пружины комплекта рессорного подвешивания. Их вертикальная поверхность взаимодействует с боковыми рами через фрикционные прокладки. Клинья выполняют роль демпфирования за счет сухого трения при колебаниях надрессорной балки относительно боковых рам.

5) Четырех буксовых узлов.

6) Скользунов.

7) Тормозной системы.

Боковые рамы и надрессорная балка имеют замкнутое коробчатое сечение, что придает им при наименьшем весе необходимую прочность и способность сопротивляться разным видам нагрузок, такие как крутящие и изгибные.

Таблица 1 - Основные показатели двухосных тележек

Параметр Двухосные тележки

модель

18-100 18-131 18-120 18-115

Масса тележки, кг 4800 5100 5250 4700

База тележки, м 1,85 1,85 1,85 1,85

Гибкость рессорного подвешивания, м/мН 0,125 0,116 - 0,173

Статический прогиб рессорного комплекта, мм 49 52 60 70

Максимальная статическая осевая нагрузка, кН 228 245 228 228

Коэффициент относительного трения рессорного подвешивания 0,08-0,1 0,08 0,081 0,08-0,1

Расстояние от головок рельсов до опорной поверхности подпятника, мм 801 810 810 812

Расстояние между центрами скользунов, м 1,524 1,524 1,524 1,524

Расстояние между центрами рессорных комплектов, м 2,036 2,036 2,036 2,036

Конструктивная скорость движения, км/ч 120 120 120 140

1.3 Характеристики металлов литых деталей тележки

Боковые рамы и надрессорные балки тележки грузового вагона являются литыми деталями, и в основной свой массе производятся из низколегированной стали 20ГЛ, с пределом прочности не менее 500 МПа, с пределом текучести не менее 300 МПа. Относительное удлинение, поперечное сужение должно быть, не менее 18 %, 25 %, соответственно. Ударная вязкость должна быть не менее 0,5 МДж/м2 при 20 0С, при -60 0С не менее 0,25 МДж/м2. Уральский вагоностроительный завод, в основном отливает эти детали из сталей марок 20Л, 20ГЛ, 20ТФЛ, 20ГФЛ. Химический состав и основные механические свойства стали марки 20ГЛ приведены в таблицах 2-3.

Таблица 2 - Химический состав стали марки 20ГЛ

С Б, Мп Б Р

0,15-0,25 % 0,2-0,4 % 1,2-1,6 % до 0,04 % до 0,04 %

Таблица 3 - Механические свойства при температуре 20 0С стали марки 20ГЛ

Ов Ох 3 у КСи Термообработка

МПа МПа % % кДж / м2 -

550 280 18 25 250 Закалка 880-900 0С

Обозначения:

ав - предел кратковременной прочности;

ох - предел пропорциональности (предел текучести);

3 - относительное удлинение;

у - относительное сужение;

КСи - ударная вязкость.

1.4 Виды повреждений и разрушений боковых рам в эксплуатации

Для несущих литых деталей трехэлементной тележки модели 18-100, то есть боковая рама и надрессорная балка нужно исходить из условия заведомого наличия технологических дефектов и эксплуатационных повреждений. Среди многообразия литейных дефектов, газовые раковины и неметаллические включения (земляные и шлаковые раковины) одни из наиболее часто встречающихся типов дефектов в зоне внутреннего угла буксового проема рамы. Согласно нормативным документам [3] в зоне «буксового проема рамы не допускается наличие и не подлежат исправлению следующие дефекты:

- сквозные литейные дефекты;

- сквозные горячие трещины;

- сосредоточенная пористость (кроме поверхностной).

В узлах скопления металла в зоне внутреннего угла буксового проема не допускаются усадочные раковины, расположенные ближе 8 мм от наружных поверхностей, являющиеся следствием нормальной объемной усадки, если при этом площадь усадки или рыхлоты не превышает 30 % площади круга, вписанного в сечение элемента рамы или балки» [3]. Однако, вследствие возможных нарушений технологии литья рамы и требований к методам неразрушающего контроля, данные условия могут быть не выполнены. Косвенным подтверждением этого могут служить данные по изломам боковых рам в последнее время, пик которых приходится на первые годы эксплуатации (рисунок 4) [4] и особенно в зимние месяцы эксплуатации (рисунок 5) [4]. То есть, срок службы боковых рам определяется не только ее номинальной напряженностью, но и наличием исходных технологических дефектов. При этом безопасность движения, должна быть обеспечена качеством диагностики методами неразрушающего контроля, при плановых видах ремонта и своевременной выбраковки деталей с недопустимыми дефектами.

й Он

й 25

л

и

о 20 ю и

0

1 15

ч

со

К §10

н о и ЕТ К Ч

О «

10

1

17

2

II

2

II

У У У у у у у у у

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Протопопов Андрей Леонидович, 2020 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

\. Оценка условий безопасности эксплуатации литых деталей тележки грузового вагона [Текст] / В. С. Коссов, Э. С. Оганьян, Н. Ф. Красюков, А. Л. Протопопов // Тяжелое машиностроение. - 20\6. - № 5. - С. 20-24.

2. ГОСТ 32400-20\3. Рама боковая и балка надрессорная литые тележек железнодорожных грузовых вагонов. Технические условия [Текст]. - М.: Стандар-тинформ, 20\4. - 50 с.

3. ОСТ 32.\83-200\. Тележки двухосные грузовых вагонов колее \520 мм. Детали литые. Рама боковая и балка надрессорная. Технические условия [Текст]. -М.: МПС России, 200\. - 23 с.

4. Управление вагонного хозяйства Центральной дирекции инфраструктуры. Документы [Электронный ресурс] / ОАО «РЖД». - Электрон. дан. - Режим до-ступа:http://rzd.ru/ent/public/ru?STRUCTURE_ID=5\85&layer_id=5554&refererLaye гИ=5553&ра§е5553_4\09=2&М=\ \4\#5699, свободный. - Загл. с экрана. - Дата об-ращ.: \0.\2.20\6.

5. Барбарич, С.С. Результаты испытаний тележки \8-578 [Текст] / С.С. Барба-рич // Железнодорожный транспорт. - 2006. - №7. - С. 56-6\.

6. Анисимов, П. С. Влияние конструкции и параметров тележек на износ колес и рельсов [Текст] / П.С. Анисимов // Железнодорожный транспорт. - \999. - № 6. - С. 38-42.

7. Анисимов, П. С. Гасящий потенциал фрикционного клина [Текст] / П. С. Анисимов // Мир транспорта. - 20\0. - № \. - С. 32-35.

8. Анисимов, П. С. Испытания вагонов [Текст] / П.С. Анисимов. - М.: Маршрут, 2004. - \97 с.

9. Конструирование и расчет вагонов: учебник [Текст] / В. В. Лукин, П. С. Анисимов, В. Н. Котуранов [и др.]; под ред. П. С. Анисимова. - М.: ФГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте»,

2011. - 688 с.

10. О параметрах перспективной двухосной тележки грузовых вагонов [Текст] / П. С. Анисимов, М. Ф. Вериго, Л. О. Грачева [и др.] // Труды ВНИИ вагоностроения. - Вып. 20. - 1973. - С. 3-21.

11. Вершинский, С. В. Динамика вагона [Текст] / С. В. Вершинский, В. Н. Данилов, В. Д. Хусидов; ред. С. В. Вершинский. - М.: Транспорт, 1991. - 360 с.

12. Петров, Г. И. Адаптация математической модели полувагона к условиям разгрузки кузова способом опрокидывания [Текст] / Г. И. Петров, И. В. Чепур-ненко, О. И. Паначев // Транспортное дело России. - 2017. - № 1. - С. 138-142.

13. Петров, Г.И. О модернизации грузовой тележки с установкой поперечной связи [Текст] / Г.И. Петров, Н.Ю. Черняев, И.Ж. Жайсан, С.В. Калетин, О.И. Паначев, А.М. Соколов, С.И. Порядин // МИИТ. - 2016. - XVII научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов». - С. II-54.

14. Петров, Г.И. Оценка безопасности движения вагонов при отклонениях от норм содержания ходовых частей и пути [Текст] / Г.И. Петров, А.Н. Шамаков, В.М. Богданов, В.М. Меланин, Н.В. Телегин // Глобус. - 2003. - 257 с.

15. Петров, Г.И. Пассивное и активное гашение вибраций для подвижного состава [Текст] / Г.И. Петров, В.В. Писаренко, О.И. Паначев // МИИТ. - 2016. - XVII научно-практическая конференция «Безопасность движения поездов». - С. II-51 -II-52.

16. Численный эксперимент по оценке влияния фрикционных свойств контакта колесо-рельс на показатели износа и динамики порожнего полувагона [Текст] / Г. И. Петров, Д. В. Иванов, В. М. Кузович [и др.] // Труды IX научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (МИИТ, 2008 г.). - С. XIV9-XIV11.

17. Петров, Н. П. Давление колес на рельсы железных дорог, прочность рельсов и устойчивость пути [Текст] / Н. П. Петров. - СПб.: 1915. - 430 с.

18. Хохлов, А.А. Построение единой математической модели колебаний многоосных вагонов [Текст] / А.А. Хохлов // ВНИИЖТ. - 1982. - № 3. - С. 46-48.

19. Погорелов, Д.Ю. Введение в моделирование динамики систем тел [Текст] / Д.Ю. Погорелов // БГТУ. - 1997. - 156 с. Погорелов, Д.Ю. Компьютерное моделирование динамики рельсовых экипажей [Текст] / Д.Ю. Погорелов // Ростов-на-Дону. - 2003. - Сб. докл. междунар. конгресса «Механика и трибология транспортных систем - 2003». - С. 226-232.

20. Применение эластомерных амортизаторов в подвешивании тележек грузовых вагонов [Текст] / В. П. Богданов, Г. И. Петров, В. Н. Филиппов, С. В. Дмитриев // Труды МИИТ. - 2003. - С. VII4-VII5.

21. Проблемы износа колес и рельсов. Возможные способы борьбы [Текст] / В. М. Богданов, Ю. А. Евдокимов, В. Н. Кашников, Я. А. Майба // Железнодорожный транспорт. - 1996. - № 12. - С. 30-31.

22. Богданов, В. М. Снижение интенсивности износа гребней колес и бокового износа рельсов [Текст] / В. М. Богданов // Железнодорожный транспорт. - 1992. -№ 12. - С. 30-34.

23. Вериго, М. Ф. Взаимодействие пути и подвижного состава [Текст] / М. Ф. Вериго, А. Я. Коган. - М.: Транспорт, 1986. - 559 с.

24. Вериго, М. Ф. Взаимодействие пути и подвижного состава в кривых малого радиуса и борьба с боковым износом рельсов и гребней колес [Текст] / М. Ф. Вериго; ПКТБ ЦП МПС. - М., 1997. - 207 с.

25. Вериго, М. Ф. К вопросу о процессах взаимодействия необрессоренных масс и пути [Текст] / М. Ф. Вериго, А. Я. Коган // Вестник ВНИИЖТ. - 1969. - № 6. - С. 22-25.

26. Вериго, М. Ф. Результаты путевых и динамических испытаний нового подвижного состава [Текст] / Под ред. М. Ф. Вериго, С. С. Крепкогорского // Труды ЦНИИ МПС. - Вып. 296. - 1965. - 260 с.

27. Ромен, Ю. С. Вход в кривую железнодорожного экипажа [Текст] / Ю. С. Ромен // Вестник ВНИИЖТ. - 1966. - № 7. - С. 29-32.

28. Ромен, Ю. С. Математическое моделирование влияния перекоса колесных пар на интенсивность износных процессов [Текст] / Ю. С. Ромен // Сборник трудов IX международной конференции «Проблемы механики железнодорожного транспорта» (Днепропетровск, 1996 г.). - С. 127-128.

29. Ромен, Ю. С. О нелинейных колебаниях железнодорожного экипажа в кривых произвольного очертания [Текст] / Ю. С. Ромен // Труды ЦНИИ МПС. - 1967. - Вып. 347. - С. 5-27.

30. Челноков, И.И. Гасители колебаний вагонов [Текст] / И.И. Челноков, Б.И. Вишнянко, В.М. Гарбузов, А.А. Эстлинг // Трансжелдориздат. - 1963. - 176 с.

31. Выбор параметров трехэлементной тележки грузового вагона методами компьютерного моделирования его динамики [Текст] / B. C. Коссов, Э. М. Сороч-кин, Г. С. Михальченко, Д. Ю. Погорелов, В. А. Симонов // Вестник Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта имени акад. В. Лазаряна. - 2004. - Вып. 5. - С. 109-113.

32. Расчетно-экспериментальная оценка прочности, ресурса и живучести вагонных тележек. Коллективн. Монография членов и научн. Партнеров Объединен. Ученого совета ОАО «РЖД» «Ренессанс железных дорог: Фундаментальные научные исследования и прорывные инновации» [Текст] / Н. А. Махутов, В. С. Коссов, М. М. Гаденин, Э. С. Оганьянс // Под ред. Б. М. Лапидуса. - МО. Ногинск: АНАЛИТИКА РОДИС. - 2015. - С. 113-125.

33. Методы определения ресурса нерезервируемых несущих элементов подвижного состава и пути [Текст] / Н. А. Махутов, Д. О. Резников, В. С. Коссов, Э. С. Оганьян, Г. М. Волохов, М. Н. Овечников, А. Л. Протопопов // Бюллетень Объединенного Ученого Совета ОАО «РЖД». - 2017. - №3. - С. 19-37.

34. О параметрах перспективной двухосной тележки грузовых вагонов [Текст] / П. С. Анисимов, М. Ф. Вериго, Л. О. Грачева [и др.] // Труды ВНИИ вагоностроения. - \973. - Вып. 20. - С. 3-2\.

35. Бороненко, Ю. П. Опыт проектирования трехэлементных тележек [Текст] / Ю. П. Бороненко, А. М. Орлова // Железнодорожный транспорт. - 2006. - № 5. - С. 58-62.

36. Орлова, А. М. Сравнение вариантов модернизации тележек грузовых вагонов по техническим и экономическим параметрам [Текст] / А. М. Орлова // Транспорт Урала. - 2008. - № 3. - С. 3\-35.

37. О модернизации грузовой тележки с установкой поперечной связи [Текст] / Г. И. Петров, Н. Ю. Черняев, И. Ж. Жайсан [и др.] // Труды XVII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (М.: МИИТ, 20\6 г.). - С. 11-54.

38. Построение уточненной математической модели, описывающей процесс опрокидывания кузова полувагона [Текст] / Г. И. Петров, И. В. Чепурченко, С. В. Калетин [и др.] // Труды XVII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (М.: МИИТ, 20\6 г.). - С. П-\02-П-\04.

39. Анализ компьютерного моделирования НДС боковой рамы тележки вагона с учетом наличия концентраторов напряжений [Текст] / И. В. Плотников, Г. И. Петров, С. В. Калетин, О. И. Паначев, А. М. Соколов // Труды XVII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (М.: МИИТ, 20\6 г.). - С. II-99-П-\00.

40. Соколов, М. М. Выбор жесткости упругих прокладок в тележках грузовых вагонов с буксовым подвешиванием [Текст] / М. М. Соколов, Д. Д. Беньковский, Г.

B. Левков; под ред. И. И. Челнокова. - Вып. 298. - М.: Транспорт, \969. - С. 96-\00.

4\. Соколов, М. М. Экспериментальные исследования боковых колебаний грузовых вагонов на тележках буксового и центрального подвешивания [Текст] / М. М. Соколов, Г. В. Левков, Е. А. Корнильев // Труды ЛИИЖТ. - Вып. 363. - \973. -

C. 78-83.

42. Kik, W. and Piotrowski: J. A fast approximate method to calculate normal load at contact between wheel and rail and creep forces during rolling, Proceedings of 2nd mini. conf. Contact Mechanics and Wear of Rail/Wheel Systems, 1996, p. 52-61.

43. Северинова, Т. П. Спектр нагруженности боковой рамы тележки грузового вагона в эксплуатации [Текст] / Т. П. Северинова // Труды ВНИИЖТ: Исследование прочности, устойчивости воздействия на путь и техническое обслуживание вагонов в поездах повышенных массы и длины. - М.: Транспорт, 1992. - С. 70-80.

44. Craig, R. R. Coupling of substructures for dynamic analysis [Текст] / Craig R. R., Bampton M. C. // AIAA Journal. - 1968. - Vol. 6. - № 7. - P. 1313-1319.

45. Михеев Г. В. Компьютерное моделирование динамики систем абсолютно твердых и упругих тел, подверженных малым деформациям: дис. ... канд. техн. наук. - Брянск, 2004. - 153 с.

46. MSC.Adams.Flex software documentation.

47. Юдаков, А. А. Общие уравнения движения упругих тел, основанные на методе конечных элементов и модели Крейга-Бэмптона // Сборник статей XI международной научно-практической конференции «Высокие технологии, образование, промышленность» (СПб., 2011 г.). - Т. 4. - С. 135-142.

48. Бойков, В. Г. Моделирование динамики системы твердых и упругих тел в программном комплексе EULER [Текст] / В. Г. Бойков, А. А. Юдаков // Информационные технологии и вычислительные системы. - 2011. - № 1. - С. 42-52.

49. Когаев, В. П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность [Текст] / В. П. Когаев, Н. А. Махутов, А. П. Гусенков. - М.: Машиностроение, 1985. 224 с.

50. Хеллан К. Введение в механику разрушения. - М.: Мир, 1988. - 364 с.

51. Сиратори, М. Вычислительная механика разрушений [Текст] / М. Сиратори, Т. Миеси, Х. Мацусита. - 1986. - 335 с.

52. Броек, Д. Основы механики разрушения [Текст] / Пер. с англ. - М.: Высшая школа, 1980. - 368 с.

53. Вычислительные методы в механике разрушения [Текст] / Под ред. С. Ат-лури. - М.: Мир, \990. - 392 с.

54. Черепанов, Г. П. Механика хрупкого разрушения. - М.: Наука, \974. - 640 с.

55. Морозов, Е. М. А№ YS в руках инженера: Механика разрушения [Текст] / Е.М. Морозов, А.Ю. Муйземнек, А.С. Шадский. - М.: ЛЕНАНД, 2008. - 456 с.

56. Партон, В. З. Механика упругопластического разрушения [Текст] / В. З. Партон, Е. М. Морозов. - М.: Наука, \985. - 504 с.

57. Андрейкив, А. Е. К вопросу об определении коэффициентов интенсивности напряжений в трехмерных телах с трещинами [Текст] / А. Е. Андрейкив // Проблемы прочности. - \974. - № 3. - С. 45-50.

58. Ахметзянов, М. Х. Исследование причин развития поперечных усталостных трещин в железнодорожных рельсах (дефект 2\) [Текст] / М. Х. Ахметзянов, П. Г. Суровин // Экспериментально-расчетные методы исследования задач прочности: Сб. науч. тр. /Сибирский гос. ун-т путей сообщения. - Новосибирск, 2002. - С. 4 - 9.

59. Ахметзянов, М. Х. Определение коэффициентов интенсивности напряжений при смешанном типе нагружения трещины [Текст] / М. Х. Ахметзянов, В. М. Тихомиров, П. Г. Суровин // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2003. - № \. - С. \9-25.

60. Беспалов, В. А. Численный анализ несущей способности проушины с несквозной трещиной [Текст] / В. А. Беспалов, Т. Б. Гоцелюк, К. А. Матвеев // Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. -2006. - № 4 (25). - С. 45-52.

6\. Вайншток, В. А. Инженерные методы вычислительной механики разрушения, базирующиеся на применении весовых функций [Текст] / В. А. Вайншток // Проблемы прочности. - \988. - № 3. - С. 3\-36.

62. Вайншток, В. А. Метод расчета коэффициентов интенсивности напряжений для типичных пространственных дефектов [Текст] / В. А. Вайншток, И. В. Варфоломеев // Проблемы прочности. - \986. - № 8. - С. \8-24.

63. Варфоломеев, И. В. Количественная характеристика погрешностей вычисления КИН для поверхностных трещин [Текст] / И. В. Варфоломеев // Проблемы прочности. - 1997. - № 1. - С. 103-112.

64. Варфоломеев, И. В. Критерии и устойчивые формы роста несквозных трещин при циклическом нагружении. Сообщения 2 [Текст] / И. В. Варфоломеев, В. А. Вайншток, А. Я. Красовский // Проблемы прочности. - 1990. - № 9. - С. 11-16.

65. Гуревич, С. Е. О скорости распространения трещины и пороговых значениях коэффициентов интенсивности напряжений в процессе усталостного разрушения [Текст] / С. Е. Гуревич, А. Д. Едидович // Усталость и вязкость разрушения металлов. - М.: Наука, 1974. - С. 36-79.

66. Карасев, А. В. Численная оценка роста пространственной трещины на основе деформационного и силового критериев [Текст] / А. В. Карасев, Е. М. Морозов // Контроль. Диагностика. - 2003. - № 12. - С. 18-21.

67. Лю, А. Ф. Рост угловых трещин, примыкающих к отверстию [Текст] / А. Ф. Лю, Х. П. Канн // Теоретические основы. - 1982. - Т. 104, № 2. - С. 46-54.

68. Никишков, Г. П. Расчет коэффициента интенсивности напряжений с использованием изопараметрических конечных элементов [Текст] / Г. П. Никишков, Е. М. Морозов // Прикладная механика. - 1977. - Т. 13, № 4. - С. 72-77.

69. Нэир, П. К. Модель роста усталостных трещин применительно к несквозным дефектам в пластинах и трубах [Текст] / П. К. Нэир // Теоретические основы. - 1979. - Т. 101, № 1. - С. 54-60.

70. Панасюк, В. В. К вопросу о разрушении хрупкого тела с дискообразной круглой трещиной [Текст] / В. В. Панасюк, А. Е. Андрейкив // Прикладная механика. - 1967. - Т. 3, № 12. - С. 28-33.

71. Панасюк, В.В. Предельное равновесное состояние неограниченного хрупкого тела с произвольно-ориентированной эллиптической трещиной [Текст] / В. В. Панасюк, А. Е. Андрейкив // Физико-химическая механика материалов. - 1969. -№ 1. - С. 116-118.

72. Парис, П. Критический анализ законов распространения трещин [Текст] / П. Парис, Ф. Эрдоган // Техническая механика. - \963. - № 4. - С. 60-68.

73. Ромвари, П. Анализ закономерностей распространения усталостных трещин в металлах [Текст] / П. Ромвари, Л. Тот, Д. Надь // Проблемы прочности. - \980. -№ \2. - С. \8-28.

74. Сапунов, В. Т. Сопротивление материалов распространению трещины при циклическом нагружении [Текст] / В. Т. Сапунов, Е. М. Морозов. - М.: МИФИ, \978. - 69 с.

75. Сушинский, А. И. К методике оценки опасности несквозных трещин [Текст] / А. И. Сушинский // Проблемы прочности. - \987. - № 5. - С. \03-\05.

76. Тихомиров, В. М. Кинетика распространения усталостных трещин в трехмерных элементах конструкций [Текст] / В. М. Тихомиров // Экспериментально-расчетные методы исследования задач прочности: сборник научных трудов [Текст] / Под ред. М. Х. Ахметзянова. - Новосибирск, 2003. - С. 33-45.

77. Тихомиров, В. М. Аналитические зависимости для определения перемещений поверхности разреза в плоских и трехмерных телах [Текст] / В. М. Тихомиров // Экспериментально-расчетные методы исследования задач прочности: сборник научных трудов [Текст] / Под ред. М. Х. Ахметзянова. - Новосибирск, 2003. - С. 9-33.

78. Тихомиров, В. М. Развитие усталостных трещин смешанного типа в образцах из стали [Текст] / В. М. Тихомиров, П. Г. Суровин // Прикладная механика и техническая физика. - 2004. - № \. - С. \35-\42.

79. Трощеико, В. Т. Деформирование и разрушение металлов при многоцикловом нагружении [Текст] / В. Т. Трощенко. - Киев: Наукова Думка, \98\. - 344 с.

80. Хархурим, И. Я. Специальный конечный элемент с трещиной для решения задач линейной механики разрушения [Текст] / И. Я. Хархурим // Метод конечных элементов в строительной механике. - Горький, \975. - С. 3\-40.

81. Черепанов, Г. П. О распространении трещин в сплошной среде [Текст] / Г. П. Черепанов // Прикладная математика и механика. - 1967. - Т. 31, № 3. - С. 476488.

82. Эрдоган, Ф. О развитии трещин в пластинах под действием продольной и поперечной нагрузок [Текст] / Ф. Эрдоган, Дж. Сих // Техническая механика. -1963. - № 4. - С. 49-59.

83. Ярема, С. Я. Коэффициенты интенсивности напряжений для цилиндрических образцов с наружной трещиной переменной глубины [Текст] / С. Я. Ярема // Физико-химическая механика материалов. - 1970. - № 1. - С. 87-89.

84. Ярема, С. Я. Некоторые вопросы методики испытаний материалов на циклическую трещиностойкость [Текст] / С. Я. Ярема // Физико-химическая механика материалов. - 1977. - № 4. - С. 68-77.

85. Северинова, Т. П. Метод расчета напряженного состояния зоны технологического дефекта [Текст] / Т. П. Северинова, С. М. Шудрак // Вестник ВНИИЖТ. -1996. - № 1. - С. 26-29.

86. Северинова, Т. П. Определение коэффициента интенсивности напряжений при наличии трещины в нижнем поясе надрессорной балки грузового вагона [Текст] / Т. П. Северинова // Вестник ВНИИЖТ. - 1990. - № 1. - С. 32-34.

87. Северинова, Т. П. Расчетно-теоретическое обоснование живучести боковых рам и надрессорных балок с допустимыми дефектами [Текст] / Т. П. Северинова // Вестник ВНИИЖТ. - 2002. - № 5. - С. 18-21.

88. Computational methods in the mechanics of fracture [Текст] / Ed. S. N. Atluri. -Amsterdam, 1986. - 420 p.

89. Никишов, Г. П. Функции влияния полиноминальных нагрузок для расчета коэффициентов интенсивности напряжений полуэллиптических четвертьэллипти-ческих трещин [Текст] / Никишов Г. П., Смирнов Ю. И., Черныш Т.А. - МИФИ, 1989. - 24 с.

90. Костенко, Н. А. Прогнозирование надежности транспортных машин. - М.: Машиностроение, \989. - 240 с.

9\. Змеева, В. Н. Статистические закономерности развития усталостных трещин в литых сталях деталей грузовых вагонов [Текст] / Змеева В. Н., Лебединский С. Г. // Вестник ВНИИЖТ. - \999. - № 3. - С. 26-3 \.

92. Змеева, В. Н. Вероятностное прогнозирование длительности развития усталостных трещин в литых сталях деталей грузовых вагонов [Текст] / Змеева, В. Н., Лебединский С. Г. // Вестник ВНИИЖТ. - 2000. - № 2. - С. 44-47.

93. Москвитин, Г. В. Определение порога развития усталостных трещин в сталях железнодорожных конструкций [Текст] / Москвитин Г. В., Лебединский С. Г. // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 2007. - № 6. - С. 63-68.

94. Москвитин, Г. В. Стадии развития усталостных трещин в низколегированной стали при нерегулярном нагружении [Текст] / Москвитин Г. В., Лебединский С. Г., Пугачев М. С. // Проблемы машиностроения и надежности машин. - 20\5. - № 2. -С. 28-3\.

95. Северинова, Т. П. Исследование характеристик трещиностойкости стали типа 20ГФЛ при регулярном и случайном нагружениях [Текст] / Северинова Т. П., Козлов А. Г. // Вестник ВНИИЖТ. - \994. - № 2. - С. 32-35.

96. Воронин, Н. Н. Основные причины излома боковых рам тележек грузовых вагонов [Текст] / Воронин Н. Н., Воронин Н. Н., Бударина О. Н. // Технология машиностроения. - 20\8. - № 4(\90). - С. 34-37.

97. Расчетные неровности железнодорожного пути для использования при исследованиях и проектировании пассажирских и грузовых вагонов: РД 32.68-96. -М.: ВНИИЖТ, \997. - 20 с.

98. Черняк, А. Ю. Моделирование случайных возмущений в системе «рельсовый экипаж - путь» // Вестник Восточноукраинского национального университета именим В. Даля. - 2003. - № 9. - С. \73-\77.

99. Прочность и безотказность подвижного состава железных дорог [Текст] / А. Н. Савоськин, Г. П. Бурчак [и др.]. - М.: Машиностроение, 1984. - 240 с.

100. Broek, D. The Practical Use of Fracture Mechanics. - Norwell: Kluwer Academic Publishers, 1988. - 522 p.

101. Griffith, A. A. The phenomena of rupture and flow in solids // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, 221. - 1921. - P. 163-197.

102. Irwin, G. R. Crack-extension force for part-through crack in a plate // Transactions of the American Society of Mechanical Engineers. Ser. E. Journal of Applied Mechanics. - 1962. - No. 29. - P. 651-654.

103. Westergaard, H. M. Bearing pressures and crack // Transactions of the American Society of Mechanical Engineers. Ser. E. Journal of Applied Mechanics. - 1939. - No. 61. - P. A49-53.

104. Kassir, M. K. Three-dimensional stress distribution around an elliptical crack under arbitrary loadings [Текст] / M. K. Kassir, G. C. Sih // International Journal of the Engineering Sciences. - 1967. - V. 5. - P. 899-912.

105. Smith, F. W. Stress intensity factors for cracks. Part 1: Infinite solid [Текст] / Smith F. W., Emery A. F., Kobayashi A. S. // Transactions of the American Society of Mechanical Engineers. Ser. E. Journal of Applied Mechanics. - 1967. - No. 34. - P. 946952.

106. Paris, P. C. Critical analysis of crack propagation laws [Текст] / Paris, P. C., Erdogan, F. // Transactions of the American Society of Mechanical Engineers. Ser. D. Journal of Basic Engineering. - 1963. - No. 85. - P. 528-534.

107. Walker, K. The effect of stress ratio during crack propagation and fatigue for 2024T3 and 7075T6 aluminum // Effect of environment and complex loading history on fatigue life. - 1970. - P. 1-15.

108. Pook, L. P. Analysis and application of fatigue crack growth data // Journal of Strain Analysis for Engineering Design. - 1975. - No. 10. - P. 242-250.

109. Rolfe, S. T. Fracture and Fatigue Control in Structures [Текст] / Rolfe S. T., Barsom I. M. - New Jersey: Prentice Hall, 1977. - 516 p.

110. Forman, R. G. Numerical analysis of crack propagation in cyclic loaded structure [Текст] / Forman R. G., Kearney V. E., Engle R. M. // Transactions of the American Society of Mechanical Engineers. Ser. D. Journal of Basic Engineering. - 1967. - No. 89.

- p. 459-464.

111. McEvily, A. I. Current aspects of fatigue // Metals Science. - 1977. - No. 11. -P. 274.

112. Rice, 1. R. A path independent integral and the approximate analysis of strain concentrations by notches and cracks // Transactions of the American Society of Mechanical Engineers. Ser. E. Journal of Applied Mechanics. - 1968. - No. 35. - P. 379-386.

113. Irwin, G. R. Analysis of stresses and strains near the end of a crack traversing a plate // Transactions of the American Society of Mechanical Engineers. Ser. E. Journal of Applied Mechanics. - 1957. - No. 24. - P. 361-364.

114. Irwin, G. R. Fracture // Handbuch der Physik. - Vol. IV. - 1958. - P. 551-590.

115. Fett, T. Stress intensity factors and weight functions [Текст] / T. Fett, D. Munz.

- Southampton: Boston: Computational Mechanics Publications, 1997. - 36p

116. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости — М.: Наука, 1966. — 709 c.

117. Bowie, O. L. Analysis of an Infinite Plate Containing Radial Cracks Originat-ingat the Boundary of an Internal Circular Holes // Journal of Mathematical Physics. -1956. - No. 35. - P. 60-71.

118. Gross, B. Stress Intensity Factors for A single-edgenotched Tension Specimen by Boundary Collocation of a Stress Function: technical note D-2603 [Текст] / B. Gross, J. E. Strawley, W. F. Brown. - NASA, 1965. - 13p.

119. Rice, J. R. A path independent integral and the approximate analysis of strain concentration by notches and cracks // Transactions of the American Society of Mechanical Engineers. Ser. E. Journal of Applied Mechanics. - 1968. - No. 16. - P. 1-12.

120. Cruse, T. A. Numerical solutions in three-dimensional elastostatics // International Journal of Solids and Structures. - 1969. - No. 5. - P. 1259-1274.

121. Sneddon, I. N. Crack Problems in the Classical Theory of Elasticity [Текст] / I. N. Sneddon, M. Lowengrub. - New York: Wiley, 1969. - 221 p.

122. Bueckner, H. F. A novel principle for the computation of stress intensity factors // Zeitschrift fur Angewandte Mathematik und Mechanik. - 1970. - No. 50. - P. 529546.

123. Rice, J. R. Some remarks on elastic-tip stress fields // International Journal of Solids and Structures. 1972. - No. 8. - P. 751-758.

124. Benthem, J. P. Asymptotic approximations to crack problems [Текст] / J. P. Benthem, W. T. Koiter // Proceedings of an International Conference on Dynamic Crack Propagation. - Leyden: Noordhoff International Publ., 1973.

125. Справочник по коэффициентам интенсивности напряжений. В 2 т. [Текст] / Пер. с англ.; под ред. Ю. Мураками. - М.: Мир, 1990. - 448 с.

126. Вычислительные методы в механике разрушения [Текст] / Под ред. С. Ат-лури. - М.: Мир, 1990. - 392 с.

127. Трещиностойкость и механические свойства конструкционных материалов технических систем [Текст] / В. В. Москвичев, Н. А. Махутов, А. П. Черняев [и др.]; отв. ред. акад. Ю. И. Шокин. - Новосибирск: Наука, 2002. - 333 с.

128. Гетман, А. Ф. Неразрушающий контроль и безопасность экплуатации сосудов и трубопроводов давления [Текст] / А. Ф. Гетман, Ю. Н. Козин. - М.: Энер-гомиздат, 1997. - 288 с.

129. Шлюшенков, А. П. Механика разрушения и расчеты на прочность и долговечность машин и конструкций с трещинами [Текст] / А. П. Шлюшенков. - Брянск: БГТУ, 1996. - 232 c.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Программа моделирования развития поверхностной трещины в боковой раме тележки грузового вагона с использованием языка программирования PYTON и процедурных команд программного комплекса MSC.MARC

# chap2.py

# Purpose:

# PyMentat example to make an element crack

# Usage:

# Invoke from Mentat using:

# py_call_module chap2

# Dependencies

# Uses PyMentat functions:

# py_send from py_mentat import * from py_post import * import os

import time def redraw(): draw_element return def main():

o = open("d:\listing.txt","w")

sig=range(13)

n=range(13)

sig[1]=15.

sig[2]=20.

sig[3]=25.

sig[4]=30.

sig[5]=35.

sig[6]=40.

sig[7]=45.

sig[S]=5G.

sig[9]=55.

sig[1G]=бG.

sís[11]=65.

sig[12]=7G.

и[1]=5722б

n[2]=1S593

и[3]=742б

n[4]=2G39

n[5]=S31

П[6]=277

и[7]=11б

n[S]=66

n[9]=33

n[1G]=11

n[11]=11

n[12]=5

print sig[12], n[12]

ss=G.GG1 aa=G.G14

# aaa=G.GG1 bb=G.5 cc=G.5 nsum=G

fkkk=1

for jk in range(1,2): alll=M%eM%(aa)

# allll="%e"%(aaa) rkk=1/bb rkk1=1/cc rk="%e"%(rkk)

rk1="%e"%(rkk1) py_send("*define rk1") py_send(rk) py_send("*define rk2") py_send(rk1) py_send("*define al") py_send(alll)

# py_send("*define all")

# py_send(allll) py_send("#crack big axel c a/c=k ") py_send("*define cl") py_send("alll/rk") file1=("file1")

ss="%1i%5s"%(jk+100,file1) py_send("*system_align")

py_send(" -7.869483714534e-001 4.992999999998e-007 4.570159756771e-001") py_send("-7.869509120762e-001 2.336994813333e-002 4.570169915363e-001")

py_send("-7.878487802155e-001 4.790416794068e-007 4.552301246025e-001")

#################################################

# system coordinate

#################################################

py_send("*add_points")

py_send("-0.5 -0.2 0 0.5 -0.2 0 0.5 0.2 0 -0.5 0.2 0 ") py_send("# |end of list ")

# py_send("*import marc_read d:\mod\crack\cracknew.dat ") py_send("*import iges d:\mod\crack\ckvos3.IGS ") py_send("*set_sweep_tolerance ") py_send("0.00001")

py_send("*sweep_points all_existing") py_send("*renumber_all") py_send("*set_curve_type composite") py_send("*add_curves") py_send("4 5 6 ")

py_send("# |end of list ") py_send("*renumber_all") py_send(" *subdivi de_curves_real 4") py_send("# |end of list ") py_send("*set_curve_type composite") py_send("*add_curves") py_send("5 6") py_send("# |end of list ")

py_send("*renumber_all")

#################################################

# define region contur

#################################################

py_send("*set_nodes off1') py_send("*set_elements off1') py_send("*set_points off") py_send("*set_curves off1') py_send("*set_applys off1')

py_send("*set_surfaces off1')

#################################################

# define crack center

#################################################

# py_send("*define pcx 0.105 ") py_send("*define pcx 0.045") py_send("*define pcy 0.0001 ")

py_send("*define pcz 0 ")

#################################################

# define point

#################################################

py_send("pcx pcy pcz ")

#################################################

# define curve contur

#################################################

# py_send("*set_curve_type line ")

# py_send("*add_curves ")

# py_send(" 1 2 2 3 3 4 ")

#################################################

# define crack nodes

#################################################

# py_send("*add_nodes ")

# py_send("al*rk1+pcx pcy pcz ")

# py_send("pcx pcy-al pcz ")

# py_send("pcx-al*rk2 pcy pcz ")

#################################################

# define curve crack and crack region

#################################################

py_send("*set_curve_type arc_cpp ")

py_send("*add_curves pcx pcy pcz pcx-al pcy pcz pcx pcy-al pcz") py_send("*add_curves pcx pcy pcz pcx pcy-al pcz pcx+al pcy pcz")

py_send("*define al 1") py_send("al-0.001")

py_send("*add_curves pcx pcy pcz pcx-al1 pcy pcz pcx pcy-al1 pcz") py_send("*add_curves pcx pcy pcz pcx pcy-al1 pcz pcx+al1 pcy pcz") py_send("*define al2") py_send("al+0.001")

py_send("*add_curves pcx pcy pcz pcx-al2 pcy pcz pcx pcy-al2 pcz") py_send("*add_curves pcx pcy pcz pcx pcy-al2 pcz pcx+al2 pcy pcz") py_send("*move_reset ") py_send("*set_move_point pcx pcy pcz ") py_send("*set_move_scale_factors ") py_send("rk1 1 1 ") py_send("*move_curves 5 #") py_send("*set_move_scale_factors ") py_send("(rk1*al-0.001)/(al-0.001) 1 1 ") py_send("*move_curves 7 #")

py_ send( "*set_move_scale_factors ")

py_ send( "(rk1*al+0.001)/(al+0.001) 1 1 ")

py_ send( "*move curves 9 #")

py_ send( "*set_move_scale_factors ")

py_ send( "rk2 1 1 ")

py_ send( "*move curves 6 #")

py_ send( "*set_move_scale_factors ")

py_ send( "*set_move_scale_factors ")

py_ send( "(rk2*al-0.001)/(al-0.001) 1 1 ")

py_ send( "*move curves 8 #")

py_send("*set_move_scale_factors ")

py_ send( "(rk2*al+0.001)/(al+0.001) 1 1 ")

py_ send( "*move curves 10 #")

py_ send( "*set_move_scale_factors ")

py_ send( "*set_surface_type quad")

py_ send( "*add_surfaces")

py_ send( "3 4 1 2")

py_ send( "# |end of list ")

py_ send( "*move_reset")

py_ send( " *move_to_geom_mode_directed ")

py_ send( " *set_move_to_geom_direction ")

py_ send( "0 0 1 ")

py_ send( " *move_to_geom_mode_directed ")

py_ send( "*move_points_to_surface 1")

py_ send( "*all_existing")

py_ send( "*renumber all")

#################################################

# rotate curve nodes crack and crack region

#################################################

py_send("*move_reset ")

#################################################

# define crack front

#################################################

py_send("*add_nodes ")

py_send("0 0 -1 ")

py_send("0 0 -1 ")

py_send("0 0 -1 ")

py_send(" *select_fi lter_none")

py_send("*remove_elements all_existing")

py_send("*renumber_all ")

py_send(" *set_pl ot_curve_div_hi gh")

py_send(" *regenerate")

# py_send("*set_curve_type composite")

# py_send("*add_curves")

# py_send("6 7")

# py_send("# jend of list ")

# py_send("2 3")

# py_send("# jend of list ")

# py_send("4 5")

# py_send("# jend of list ")

# py_send("*renumber_all ")

# py_send("*subdivide_curves_real ")

# py_send("l")

# py_send("# jend of list ")

# py_send("*subdivide_curves_real 8")

# py_send("8")

# py_send("# jend of list ") py_send("*set_convert_divisions 1000 1000") py_send("*curve_interpolated 4") py_send("# jend of list ") py_send("*intersect_curves") py_send("all_existing") py_send("*select_method_single") py_send("*select_curves")

# py_send("50 52 40 24 32 22 20 43 27 35 44 28 36 14 16 58 56 39 31 47") py_send("20 12 16 26 28 19 15 23 32 34")

py_send("# jend of list ") py_send("*remove_curves") py_send("all_selected") py_send("*remove_points all_existing")

py_send("*renumber_all")

#################################################

# create mesh division outline contur

#################################################

py_send("*move_nodes_to_point 27 1") py_send("# j End of List") py_send("*move_nodes_to_point 29 2") py_send("# j End of List") py_send("*move_nodes_to_point 32 3") py_send("# j End of List") py_send("*move_reset ") py_send("*set_convert_divisions 20 10") py_send("*convert_curves 4 5 #") py_send("*remove_elements all_existing") py_send("*sweep_nodes all_existing") py_send("*renumber_all")

py_send("*new_crack *crack_option dimension:3d ") py_send(" *set_crack_tip_node_path ") py_send(" 1 2 3 ") py_send("# jend of list ")

py_send("*crack_option application:i_integral ") py_send(" * crack_opti on rigreg_m ethod: topol ogy") py_send("*crack_param num_rig_regions") py_send("9")

# py_send("*crack_param geom_srch_rl")

# py_send("0.00l")

# py_send("*crack_param geom_srch_r2")

# py_send("0.002")

# py_send("*crack_param geom_srch_r3")

# py_send("0.003")

# py_send("*crack_param geom_srch_r4")

# py_send("0.0045") py_send("*set_curve_div_type_fix_avgl ") py_send("*set_curve_div_type_fix_avgl *set_curve_div_avgl ") py_send("0.003")

py_send("*apply_curve_divisions ")

py_send("10 12")

py_send("# |end of list ")

py_send("*set_curve_div_type_fix_avgl ")

py_send("*set_curve_div_type_fix_avgl *set_curve_div_avgl ")

py_send("0.002")

py_send("*apply_curve_divisions ") py_send(" 11 3 1 2") py_send("# |end of list ") py_send("*sweep_points all_existing") if jk < 3:

py_send(" *set_curve_div_type_fix_avgl ") py_send("*set_curve_div_type_fix_avgl *set_curve_div_avgl ") py_send("0.002")

py_send("*apply_curve_divisions ") py_send(" 11 ")

py_send("# |end of list ")

#################################################

# create csurface and mesh crack region

#################################################

py_send("*set_mesh_transition 1") py_send("*set_surface_type ruled") py_send("*add_surfaces 6 4 7 5 4 8 5 9") py_send("*convert_surfaces 4 5 ") py_send("# | End of List") py_send(" *new_contact_body") py_send("*contact_deformable")

py_send(" * add_contact_body_elements")

py_send("all_visible")

py_send("*select_contact_body")

py_send("cbodyl ")

py_send("*invisible_selected")

py_send("*convert_surfaces 2 3")

py_send("# j End of List")

py_send(" *new_contact_body")

py_send("*contact_deformable")

py_send(" * add_contact_body_elements")

py_send("all_visible")

py_send("*select_contact_body cbodyl cbody2") py_send("*sweep_cbody_integrity off ") py_send("*sweep_nodes") py_send("all_selected") py_send("*remove_surfaces 2 3 4 5 ") py_send("# j End of List")

# py_send("*set_curve_div_type_fix_avgl ") py_send("*set_curve_div_type_fix_avgl *set_curve_div_avgl ")

# py_send("0.002")

# py_send("*apply_curve_divisions all_existing") py_send("*select_contact_body") py_send("cbody1 ") py_send("*select_curves 4 6 5 7 11") py_send("# j End of List") py_send("*select_filter_outline") py_send("*select_method_curve_dist") py_send(" *set_select_distance le-5 ") py_send("*select_edges")

py_send("8 9") py_send("*edge_curves") py_send("all_selected") py_send("# j End of List")

py_ send( '*remove_curves")

py_ send( '9 5 8 4")

py_ send( '# | End of List")

py_ send( '*set_mesh_transition 1.5")

py_ send( '*af_planar_trimesh")

py_ send( 'all_unselected")

py_ send( '*select_method_single")

py_ send( '*remove_curves")

py_ send( 'all_unselected")

py_ send( '*select_clear_elements")

py_ send( '*select_clear_nodes")

py_ send( '*select_contact_body cbody2")

py_ send( ' *previous_contact_body")

py_ send( '*add_contact_body_elements")

py_ send( 'all_unselected")

py_ send( '*select_contact_body cbody1 cbody2")

py_ send( '*sweep_nodes")

py_ send( 'all_selected")

py_ send( '*select_clear_elements")

py_ send( '*select_clear_edges")

py_ send( '*select_clear_curves")

py_ send( '*select_contact_body cbody2")

py_ send( '*select_curves 6 7 ")

py_ send( '# | End of List")

py_ send( '*select_filter_outline")

py_ send( '*select_method_curve_dist")

py_ send( '*set_select_distance 1e-5")

py_ send( '*visible_selected")

py_ send( '*select_edges")

py_ send( "6 7")

py_ send( '*edge_curves")

py_ send( 'all_selected")

py_ send( '# | End of List")

py_send("# j End of List")

py_send("*select_method_single")

py_send("*select_curves 6 7 ")

py_send("# j End of List")

py_send("*set_mesh_transition 1.5")

py_send("*af_planar_trimesh")

py_send("all_unselected")

py_send("*select_method_single")

py_send("*select_clear_elements")

py_send("*select_contact_body")

py_send("cbodyl ")

py_send(" *next_contact_body")

py_send(" * add_contact_body_elements")

py_send("all_unselected")

py_send("*select_contact_body cbodyl cbody2")

py_send("*sweep_nodes")

py_send("all_selected")

py_send("*set_nodes off1')

py_send("*set_elements off1')

py_send("*set_points off')

py_send("*set_curves off1')

py_send("*set_applys off1')

py_send("*system_align")

# py_send(" -7.335l854l0000e-00l 8.250000330000e-002 5.692829490000e-00l ")

# py_send("-7.292758823800e-00l 8.250000330000e-002 5.650402903800e-00l ")

# py_send("-7.335l83769632e-00l 7.635506493333e-002 5.69282896546le-00l") py_send(" -7.34l0l2l50250e-00l -8.250000000000e-002 5.684609792920e-00l ") py_send(" -7.28693l958440e-00l -8.250000000000e-002 5.6586226258l0e-00l")

py_send("-7.34l0ll7l7l39e-00l -7.022l74382936e-002 5.684609574495e-00l")

#########################################################

py_send("*select_filter_none") py_send("*select_contact_body ") py_send("cbodyl cbody2")

py_send("*detach_nodes") py_send("all_existing ") py_send("*detach_elements") py_send("all_existing ") py_send("*set_move_translations 0.00 0 0 ") py_send("*move_nodes ") py_send("all_existing") py_send("*duplicate_elements ") py_send("all_selected ") py_send("*set_expand_combined nodes off ")

# py_send("*set_expand_point -8.073361859653e-01 -2.253595753333e-02 4.058354750347e-01")

py_send("*set_expand_translations -0.0001 0 0 ") py_send("*set_expand_repetitions 10 ") py_send("*expand_shift ") py_send("*expand_elements ") py_send("all_selected ") py_send("*expand_remove") py_send("*set_expand_translations -0.002 0 0") py_send("*set_expand_repetitions 2 ") py_send("*expand_elements ") py_send("all_selected ") py_send("*select_clear_nodes ") py_send("*select_sets crack1_nodes ")

# py_send("*select_sets crack2_nodes ") py_send("*sweep_nodes ") py_send("all_unselected ") py_send("*renumber_all ")