SYMULACJA ODDZIAŁYWANIA OBCIĄŻENIA STATYCZNEGO I DYNAMICZNEGO NA WYTRZYMAŁOŚĆ PLATFORMY KOLEJOWEJ

Podobne dokumenty
PORÓWNANIE WYNIKÓW ANALIZY MES Z WYNIKAMI POMIARÓW TENSOMETRYCZNYCH DEFORMACJI KÓŁ KOLEJOWYCH ZESTAWÓW KOŁOWYCH

ANALIZA WYTRZYMAŁOŚCIOWA MES ZŁAMANIA SZYJKI KOŚCI UDOWEJ STABILIZOWANEJ GWOŹDZIEM ŚRÓDSZPIKOWYM TYPU GAMMA

SZCZEGÓŁOWY OPIS PRZEDMIOTU ZAMÓWIENIA

Projekt MES. Wykonali: Lidia Orkowska Mateusz Wróbel Adam Wysocki WBMIZ, MIBM, IMe

Instrukcja Laboratoryjna

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

MODELOWANIE ZA POMOCĄ MES Analiza statyczna ustrojów powierzchniowych

Karta (sylabus) przedmiotu Inżynieria Biomedyczna Studia stacjonarne pierwszego stopnia o profilu: ogólnoakademickim P

Ćwiczenie: "Ruch harmoniczny i fale"

UKŁAD ROZRUCHU SILNIKÓW SPALINOWYCH

Komentarz Sesja letnia 2012 zawód: technik eksploatacji portów i terminali 342[03] 1. Treść zadania egzaminacyjnego wraz z załączoną dokumentacją

Samochody ciężarowe z wymiennym nadwoziem

Obciążenie dachów wiatrem w świetle nowej normy, cz. 1

ZAWARTOŚĆ OPRACOWANIA

8. Zginanie ukośne. 8.1 Podstawowe wiadomości

Wybrane zagadnienia z crash testu samochodu osobowego

PL B1. POLITECHNIKA LUBELSKA, Lublin, PL BUP 14/14

DB Schenker Rail Polska

3. BADA IE WYDAJ OŚCI SPRĘŻARKI TŁOKOWEJ

WZORU UŻYTKOWEGO EGZEMPLARZ ARCHIWALNY. d2)opis OCHRONNY B62D 61/10 ( ) Wiesław Królik, Warka, PL. (22) Data zgłoszenia:

Rozbudowa domu przedpogrzebowego na cmentarzu komunalnym w Bierutowie. Specyfikacja techniczna wykonania i odbioru robót budowlanych - Okna i drzwi

Zarządzanie projektami. wykład 1 dr inż. Agata Klaus-Rosińska

LABORATORIUM TECHNOLOGII NAPRAW WERYFIKACJA TULEJI CYLINDROWYCH SILNIKA SPALINOWEGO

PL B BUP 19/04. Sosna Edward,Bielsko-Biała,PL WUP 03/10 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

WYKORZYSTANIE ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH W ANALIZIE NUMERYCZNEJ PROJEKTOWANIA CZĘŚCI MASZYN

Badania (PN-EN A1:2010) i opinia techniczna drzwi zewnętrznych z kształtowników aluminiowych z przekładką termiczną systemu BLYWEERT TRITON

PRZEDSTAWIENIE WARIANTÓW TECHNOLOGII OBRÓBKI KORPUSU GAZOMIERZA POPRZEZ WYBÓR ROZWIĄZANIA KONSTRUKCJI UCHWYTU MOCUJĄCEGO

2.Prawo zachowania masy

Harmonogramowanie projektów Zarządzanie czasem

Korzyści sklepu mobilnego. Błyskawiczne rozpoczęcie sprzedaży. Doskonała forma reklamy i budowania prestiżu. Łatwość adaptacji wyposażenia sklepu 1

Sterowanie maszyn i urządzeń

A. Pytania kierunkowe Katedra Budowy, Eksploatacji Pojazdów i Maszyn

CHARAKTERYSTYKI DYNAMICZNE KŁADEK DLA PIESZYCH

Przewozy pasażerów i towarów

V. Wymagania dla wsparcia projektu oraz nadzoru eksploatacyjnego... 6

Egzamin dyplomowy. (TiL studia I stopnia)

SERI A 93 S E RI A 93 O FLUSH GRID WITHOUT EDGE TAB

2. Ogólny opis wyników badania poszczególnych grup - pozycji pasywów bilansu przedstawiono wg systematyki objętej ustawą o rachunkowości.

OPIS OCHRONNY PL 61792

WYBRANE MODERNIZACJE POMP GŁÓWNEGO OBIEGU PARA-WODA ELEKTROWNI

Przykład 1.a Ściana wewnętrzna w kondygnacji parteru. Przykład 1.b Ściana zewnętrzna w kondygnacji parteru. Przykład 1.c Ścian zewnętrzna piwnic.

Moduł. Rama 2D suplement do wersji Konstruktora 4.6

ODPOWIEDŹ. Na uwagi Pana dr hab. inż. Piotra Niesłonego, prof. nadzw. PO z dnia r. zamieszczone w recenzji rozprawy doktorskiej pt.

EKSPERTYZA TECHNICZNA

TEMAT: EKSPERTYZA TECHNICZNA DLA INWESTYCJI: REMONTU BUDYNKU INFORMACJI TURYSTYCZNEJ W JURGOWIE

14P2 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - II POZIOM PODSTAWOWY

PODNOŚNIK KANAŁOWY WWKR 2

Tadeusz Opasiak* BADANIA PODSTAWOWYCH PARAMETRÓW SPRZĘGIEŁ PODATNYCH 1. WSTĘP

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Numeryczne metody analizy konstrukcji

2. Deformacje odrzwi stalowej obudowy podatnej pod wpływem deformacyjnego ciśnienia górotworu w świetle przeprowadzonych pomiarów i obserwacji

Świat fizyki powtórzenie

TARYFA KOLEJOWA ważna od 1-go października 2015 r.

PASYWNE ELIMINATORY DRGAŃ (1)

PROJEKT UPRZĘŻY ORTOPEDYCZNEJ DO ODCIĄŻENIA PACJENTÓW W TRAKCIE LOKOMOCJI

Pojazd podstawowy AT. łączników w automatycznych. Wymaganie to nie dotyczy następuj. łączników. w: - od akumulatora do układu zimnego startu i wyłą

KONKURS PRZEDMIOTOWY Z FIZYKI dla uczniów gimnazjów województwa lubuskiego 23 marca 2012 r. zawody III stopnia (finałowe)

I.1.1. Technik spedytor 342[02]

PROJEKT WYKONAWCZY KONSTRUKCJI

DRGANIA MECHANICZNE. materiały uzupełniające do ćwiczeń. Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych studia inżynierskie

Warszawa, 15 marca Eksploatacja nawierzchni szynowej z zastosowaniem zintegrowanej nawierzchni kolejowo-drogowej typu Edilon LC-L na przejazdach

WYNIK D UGOTRWA EGO BADANIA WSPÓ CZYNNIKA PARCIA BOCZNEGO W O RODKU ROZDROBNIONYM METOD POMIARU OPORÓW TARCIA. 1. Wst p

WZORU UŻYTKOWEGO EGZEMPLARZ ARCHIWALNY. d2)opis OCHRONNY. (19) PL (n) Centralny Instytut Ochrony Pracy, Warszawa, PL

Szkolenie wstępne InstruktaŜ stanowiskowy ELEKTRYK. opracowanie: Henryk Batarowski pod red. Bogdana Rączkowskiego

OBLICZENIA STATYCZNE remont dachu ul. Kędzierzyńska 21

WST PNA ANALIZA PRACY PO CZENIA RUBOWEGO W Z CZU CIERNYM. 1. Wst p. Górnictwo i Geoin ynieria Rok 34 Zeszyt

WIATRAKOWIEC I-28 UKŁAD STEROWANIA

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

INSTRUKCJA OBSŁUGI WD2250A. WATOMIERZ 0.3W-2250W firmy MCP

Urządzenie do pomiaru ciśnienia.

WPŁYW WIELKOŚCI OTWORÓW KONSTRUKCYJNYCH NA WYTĘŻENIE POPRZECZNICY MOSTU SKŁADANEGO TYPU DMS-65

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH

WYZNACZANIE PRZYSPIESZENIA ZIEMSKIEGO ZA POMOCĄ WAHADŁA REWERSYJNEGO I MATEMATYCZNEGO

POPRAWKA do POLSKIEJ NORMY. PN-EN :2008/Ap2. Dotyczy PN-EN :2008 Eurokod 7 Projektowanie geotechniczne Część 1: Zasady ogólne

Adres strony internetowej, na której Zamawiający udostępnia Specyfikację Istotnych Warunków Zamówienia:

Wymagania techniczno-montażowe dla lekkiego, drewnianego budownictwa szkieletowego

Lekcja 173, 174. Temat: Silniki indukcyjne i pierścieniowe.

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Automatyka. Etymologicznie automatyka pochodzi od grec.

Dobór nastaw PID regulatorów LB-760A i LB-762

Badanie silnika asynchronicznego jednofazowego

Test optymalizacji ażurowej konstrukcji cylindrycznej z wykorzystaniem narzędzi LS-Opt i HyperMesh

System centralnego ogrzewania

WP YW OBCI ENIA DYNAMICZNEGO NA PARAMETRY PRACY Z CZA CIERNEGO. 1. Wst p. Górnictwo i Geoin ynieria Rok 35 Zeszyt

Kratownice Wieża Eiffel a

Pomiar prędkości dźwięku w metalach

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2014/2015

Soczewkowanie grawitacyjne 3

Wojskowa Akademia Techniczna, Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej

Badanie bezszczotkowego silnika prądu stałego z magnesami trwałymi (BLDCM)

PREFABRYKOWANE STUDNIE OPUSZCZANE Z ŻELBETU ŚREDNICACH NOMINALNYCH DN1500, DN2000, DN2500, DN3200 wg EN 1917 i DIN V

Innowacyjna gospodarka elektroenergetyczna gminy Gierałtowice

Technik spedytor 342[02] Technik spedytor 342[02] Ad II. Za o enia do opracowania projektu wynikaj ce z tre ci zadania i za czonej dokumentacji.

Drabiny pionowe jednoelementowe

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Spis treści Wykład 3. Modelowanie fal. Równanie sine-gordona

Inwestor KRUS Oddział Regionalny w Krakowie, ul. Bratysławska 1A.

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Przenośnik taśmowy Zasada działania

TYTUŁ IPS P przyrząd do badania imisji wg nowej metody pomiaru

Komentarz do prac egzaminacyjnych w zawodzie technik administracji 343[01] ETAP PRAKTYCZNY EGZAMINU POTWIERDZAJĄCEGO KWALIFIKACJE ZAWODOWE

Transkrypt:

Mgr inż. Karol CHŁUS, e-mail: kchlus@wat.edu.pl Wojskowa Akademia Techniczna, Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej Dr inż. Wiesław KRASOŃ, email: wkrason@wat.edu.pl Wojskowa Akademia Techniczna, Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej SYMULACJA ODDZIAŁYWANIA OBCIĄŻENIA STATYCZNEGO I DYNAMICZNEGO NA WYTRZYMAŁOŚĆ PLATFORMY KOLEJOWEJ Streszczenie: Celem pracy jest zbudowanie modelu numerycznego platformy wagonu kolejowej, wykonanie obliczeń statycznych i porównanie wyników obliczeń z wynikami eksperymentalnymi pomiaru strzałki ugięcia rzeczywistej platformy wagonu kolejowego, a także wykonanie analizy dynamicznej. Badana platforma kolejowa służy do transportu pojemników wymiennych w systemie ACTS (Abroll Container Transport System- odsuwany, kontenerowy system transportowy). Analizę wytrzymałościową konstrukcji ramy takiego wagonu wykonano metodą elementów skończonych MES. Dyskretny model MES wykonano za pomocą preprocesora MSC Patran a do obliczeń użyto programu MSC Nastran. Otrzymane wyniki analizy statycznej zweryfikowano za pomocą wyników eksperymentalnych pomiaru strzałki ugięcia rzeczywistej platformy wagonu kolejowego. Zweryfikowany model numeryczny użyto do analizy modalnej drgań własnych i do analizy dynamicznej z obciążeniem zmiennym w czasie. SIMULATION OF STATIC AND DYNAMIC LOAD IMPACT TO RAILWAY PLATFORM STRENGTH Abstract: The aim of the paper is to build a numerical model of a railway wagon, to perform statics calculation as well as to compare the calculations results with the experimental results of measurement of a real railway wagon maximal deflection and to develop dynamic analyses. The examined railway wagon was designed to transport interchangeable containers in ACTS (Abroll Container Transport System). 3D shellbeam model of the wagon were prepared to perform strength and dynamic numerical analyses with a finite element method (FEM). The discreet FEM model was built using MSC Patran preprocesor and MSC Nastran program was applied in numerical analysis. The obtained results were verified based on the experimental results of measurement of the real railway wagon maximal deflection. The verified model was applied both for modal analysis of free vibration and time dependent dynamic analysis. 1. WSTĘP Transport kombinowany kolejowo-drogowy stanowi obecnie w Europie znaczącą alternatywę dla towarowego transportu samochodowego. W systemach przewozów intermodalnych dużą rolę odgrywają wygodne i sprawne systemy przeładunkowe [3]. Bazują one najczęściej na zasadzie przeładunku poziomego (system ACTS). W niniejszej pracy zaprezentowano wybrane elementy metodyki badań numerycznych wytrzymałości układu rama podwozia-platforma ładunkowa nadwozia wagonu [4]. Zaprezentowano modele numeryczne przykładowego wagonu kolejowego pracującego w systemie ACTS rys. 1. Wagon taki posiada płaską ramę współpracującą z dwoma wózkami oraz trzy ruchome platformy, obracane względem węzłów centralnych (rys. 1) w celu ułatwienia operacji załadunku i rozładunku wymiennych pojemników. Platformy ładunkowe są blokowane po załadowaniu pojemników na czas transportu pomiędzy stacjami. Układ ramy z trzema platformami zablokowanymi w konfiguracji transportowej jest przedmiotem szczegółowych badań numerycznych i eksperymentalnych wagonu. 1

Rys. 1. Przykładowa platforma wagonu do przewozów intermodalnych [1] W pierwszym etapie badań wykonano analizę statyczną układu rama-platformy ładunkowe wagonu w wariancie obciążeń dopuszczalnych i porównano wyniki obliczeń z wynikami eksperymentalnymi. Model ramy z odpowiednio odwzorowanymi węzłami podparcia na wózkach jezdnych i platformami obrotowymi, po zweryfikowaniu jego poprawności, przystosowano do badań dynamicznych. Wykonano numeryczne badania częstości i postaci drgań własnych układu ramy z platformami obrotowymi, zablokowanymi w położeniu transportowym wagonu. Wyniki posłużyły do opracowania parametrów charakterystyki dynamicznej badanego układu wagonu. Przedstawiono wybrane wyniki z dynamicznej symulacji próby najazdu wózków kolejowych na niewielką przeszkodę. 2. MODEL DYSKRETNY W celu wykonania numerycznych analiz wytrzymałościowych i dynamicznych metodą elementów skończonych MES [2] zbudowano powłokowo-belkowy model 3D badanego wagonu. Cały model wagonu składa się z ramy-ostoi wagonu i trzech platform obrotowych rozmieszczonych na płycie głównej ramy (rys. 2). Dyskretny model MES wykonano za pomocą preprocesora MSC Patran a do obliczeń użyto programu MSC Nastran [5]. Rys. 2. Model platformy podwozia wagonu W modelu numerycznym wprowadzono odpowiednie warunki brzegowe odpowiadające podparciu ramy wagonu na czopach skrętnych oraz ślizgach bocznych wózków, symetrycznie po obu stronach modelu. Ślizgi boczne pomiędzy wózkami i ramą badanego wagonu zamodelowano za pomocą elementów sprężystych o odpowiednio dobranych sztywnościach. Elementy te wprowadzono w miejscach występowania kontaktu pomiędzy belką poprzeczną ramy wagonu a wózkami, jak na rys. 3 i 4. Elementy te rozmieszczono symetrycznie po obu stronach wagonu. Sztywność pojedynczego elementu sprężystego użytego do odwzorowania ślizgu w modelu wynosi k= 4.1 10 7 N/m. 2

Rys. 3. Rozmieszczenie elementów sprężystych Wszystkim elementom modelu przypisano parametry przekrojów odpowiadające rzeczywistym. Materiał zdefiniowano jako stal o standardowych parametrach wytrzymałościowych, jak dla stali konstrukcyjnej. 3. WERYFIKACJA MODELU NUMERYCZNEGO ANALIZA STATYCZNA Otrzymane wyniki obliczeń numerycznych MES w postaci ugięcia wagonu z platformami załadowanymi miałem węglowym (rys. 4) o ciężarze całkowitym 71 ton porównano z wynikami eksperymentalnymi pomiaru strzałki ugięcia rzeczywistego wagonu w statycznej próbie obciążenia (rys. 5). Rys. 4. Model numeryczny z przyjętymi warunkami brzegowymi Maksymalna wartość ugięcia ramy wagonu otrzymana z analizy numerycznej wynosi 15.1mm a maksymalne naprężenia zredukowane wg hipotezy H-M-H [6] wynoszą 168MPa. Na rys. 5 porównano linie ugięć wyznaczonych eksperymentalnie oraz wyznaczonych za pomocą MES. Wartości maksymalne naprężeń zredukowanych i przemieszczeń pionowych ramy wagonu zestawiono w tabeli 1. Na podstawie otrzymanych wyników można stwierdzić, że modele numeryczne i zastosowane warunki brzegowe poprawnie odwzorowują rzeczywistą konstrukcję badanego układ. Modele mogą być zastosowane do innych symulacji działania układu rama-platformy ładunkowe wagonu. Tabela 1. Zestawienie wyników dla poszczególnych modeli Porównywana wartość Eksperyment MES Ugięcie [mm] 14 15.1 Re 350 Naprężenia zredukowane [MPa] 175 168 x 2 3

Rys. 5. Ugięcia wagonu wyznaczone numerycznie i eksperymentalnie w kolejnych punktach pomiarowych 4. WYNIKI ANALIZY DYNAMICZNEJ Zweryfikowany model MES poddano analizie modalnej. Analiza modalna służy do wyznaczenia kolejnych postaci drgań własnych oraz częstości drgań własnych. W tego typu analizach nie uwzględnia się wpływów tłumienia, ani działania obciążenia zewnętrznego na model. Wartości drgań własnych otrzymuje się poprzez rozwiązanie następującego równania: Bq Kq 0 (1) gdzie: q przemieszczenie węzłowe; K macierz sztywności związana z przemieszczeniem; B - macierz bezwładności związana z przyśpieszeniem. Otrzymane wyniki analizy modalnej służą do wyznaczenia parametrów tłumienia warunkujących kolejne analizy dynamiczne. Na rys. 8 przestawiono obliczone postacie drgań własnych. Freq.1=5Hz Freq.2=7.2Hz Freq.3=9Hz Freq.4=9.1Hz Rys. 6. Analiza modalna: kolejne postacie drgań własnych oraz częstości drgań własnych 4

W analizie dynamicznej odpowiedź konstrukcji na wymuszenie jest obliczana poprzez bezpośrednie całkowanie równań ruchu. Podstawowe równanie ruchu uwzględnia tłumienie i wymuszenie zewnętrzne: [ B]{ q } [ C]{ q } [ K]{ q} { P} (2) gdzie: q przemieszczenie węzłowe; K macierz sztywności związana z przemieszczeniem; C macierz tłumienia związana z prędkością; B - macierz bezwładności związana z przyśpieszeniem; P- wymuszenie zewnętrzne. W pracy przedstawiono wyniki symulacji przejazdu ramy wagonu kolejowego z obciążonej ciężarem ładunku przez niewielką przeszkodę. Parametry analizy dobrano tak, aby odwzorowywały hipotetyczny najazd przedniego wózka wagonu na przeszkodę o wysokości 5mm. Na rysunku 7 pokazano przebieg wymuszenia kinematycznego w czasie dla elementów podpory lewej, dla których przyłożono wymuszenie kinematyczne. Na rysunku 8 przedstawiono odpowiedź konstrukcji w postaci zmiany przemieszczeń pionowych dla węzła środkowego w połowie długości wagonu. Na rysunku 9 przedstawiono zmianę naprężeń zredukowanych dla najbardziej wytężonego elementu konstrukcji. Rys. 7. Przebieg wymuszenia kinematycznego Rys. 8. Zmiana przemieszczeń pionowych dla węzła środkowego w połowie długości wagonu w funkcji czasu Rys. 9. Zmiana naprężenia zredukowane dla najbardziej wytężonego elementu konstrukcji w funkcji czasu 5

5. WNIOSKI Przedmiotem badań w niniejszej pracy jest model wagonu kolejowego do intermodalnego transportu pojemników w systemie ACTS. W pracy przedstawiono wyniki analizy statycznej. Wyniki zweryfikowano za pomocą wyników eksperymentalnych pomiaru strzałki ugięcia rzeczywistej platformy wagonu kolejowego. Otrzymana wartość ugięcia z numerycznej próby statycznej odpowiada wartości eksperymentalnej (różnica ok. 8%). Naprężenia zredukowane nie przekraczają naprężeń dopuszczalnych, których wartość Re/x wynosi 175MPa. Na podstawie wyników z analizy statycznej możemy stwierdzić, że opracowany model jest poprawny i może posłużyć do dalszych badań wytrzymałościowych. Zbadano także wpływ wymuszenia zmiennego w czasie na ugięcie i wytężenie elementów konstrukcyjnych wagonu. W tym celu wykonano symulację przejazdu wagonu kolejowego przez niewielką przeszkodę. Maksymalne ugięcie i naprężenia zredukowane zarejestrowano podczas zjazdu wózka kolejowego z przeszkody. Wartość ugięcia w tym przypadku wyniosła 16.1mm, natomiast wartość maksymalna naprężeń zredukowanych wyniosła 182 MPa (w próbie statycznej wartość ta wynosi 168MPa). Literatura [1] KWAŚNIOWSKI S., NOWAKOWSKI T.: Transport intermodalny w sieciach logistycznych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2008 [2] RUSIŃSKI E., CZMOCHOWSKI J., SMOLNICKI T.: Zaawansowana metoda elementów skończonych w konstrukcjach nośnych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2000 [3] DOMAGAŁA M., HAWRYLUK M., LISOWSKI E.: Optymalizacja konstrukcji platformy kolejowej do przewozu ciężkich ładunków, Transport Przemysłowy, nr 2(34), 1994, s.40-43 [4] BARNAT W., DAMAZIAK K., KRASOŃ W., NIEZGODA T., SYBILSKI K.: Wybrane aspekty badań numerycznych modyfikacji konstrukcyjnych wagonu kolejowego z obrotową platformą ładunkową, XII Konferencja Naukowo-Techniczna TKI Słok k. Bełchatowa, 18 21 października 2011 [5] Reference Manual, MSC.PATRAN, MSC.NASTRAN, V2, MSC.Software, 2005. [6] NIEZGODZIŃSKI M. i T.: Wytrzymałość materiałów, PWN, Warszawa 2002 6