Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 92718 10.20295/1815-588X-2024-04-787-800 Проблематика транспортных систем PROBLEMATIC OF TRANSPORT SYSTEM Проблематика транспортных систем Selection of loading schemes for assessing the fatigue resistance of frame elements of flat cars Выбор схем нагружения для оценки на сопротивление усталости элементов рам вагонов-платформ Цыганская Людмила Валерьевна Cyganskaya Lyudmila Valer'evna tcyganskaya@gmail.com

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Смирнов Анатолий Николаевич Smirnov Anatoliy Nikolaevich smirnovnvc@mail.ru Бейн Дмитрий Григорьевич Beyn Dmitriy Grigor'evich dgbain@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I Petersburg State Transport University Russian Federation АО «НВЦ «Вагоны» Санкт-Петербург Россия JSC “NVC “Vagony”, Saint-Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I Petersburg State Transport University Russian Federation АО «НВЦ «Вагоны» Россия Joint Stock Company “Scientific Research Center “Vagony” Russian Federation 27 12 2024 27 12 2024 21 4 787 800 25 12 2024 https://itt-pgups.ru/en/nauka/article/92718/view

Цель: обеспечение безопасности движения в железнодорожной отрасли. Проблема трещин, периодически выявляемых при эксплуатации вагонов-платформ, требует новых подходов к теоретической и практической оценке показателей сопротивления усталости и трещиностойкости их конструкции. Особо актуально возникновение трещин в условиях низких температур. Метод: разработан экспериментальный метод определения спектра вертикального нагружения вагонов-платформ для перевозки контейнеров, обоснован спектр продольных нагрузок для вагонов, эксплуатирующихся в районах с низкими температурами. Предложен метод оценки трещиностойкости по экстремумам напряжений, определенных экспериментально. В основе метода — положения механики разрушения, позволяющие учесть влияние отрицательных температур. Результаты: по экстремумам напряжений в конструкции вагонов-платформ увеличенной длины, определенным на основании предложенного метода, установлено, что в качестве схемы испытаний для экспериментальной оценки показателей сопротивления усталости при вертикальных и продольных нагрузках возможно использовать одну обоснованную схему, которая максимально нагружает все зоны вагона. По предложенной методике возможно установить размер допустимого трещиноподобного дефекта исходя из условий начального роста трещины. Коэффициенты интенсивности напряжений, полученные на основании экспериментально определенных экстремумов напряжений, показали, что в конструкции вагонов-платформ увеличенной длины для перевозки контейнеров возможен рост трещин при отрицательных температурах, что не согласуется с методикой оценки усталостной прочности стандарта ГОСТ 33211-2014. Практическая значимость: предложенный метод оценки спектра вертикального нагружения вагонов-платформ увеличенной длины для перевозки контейнеров позволяет из множества разнообразных схем загрузки вагона выбрать одну для проведения испытаний, которая максимально нагружает все его потенциально опасные зоны. Отдельные результаты исследований использованы для разработки типовой методики испытаний на сопротивление усталости вагонов-платформ увеличенной длины.

Purpose: traffic safety is a priority goal for the railway industry. The existing problem of cracks periodically detected during operation in the structures of flat cars requires new approaches to the theoretical and practical assessment of the fatigue resistance and crack resistance of their structures. The problem of crack formation under low temperature conditions is of particular relevance. Methods: an experimental method has been developed for determining the spectrum of vertical loading of platform cars for transporting containers and the spectrum of longitudinal loads for cars operating in areas with low temperatures has been substantiated; a method for assessing crack resistance based on stress extrema determined experimentally has been proposed. The method is based on the principles of fracture mechanics, which take into account the influence of negative temperatures. Results: based on the stress extremes in the design of extendedlength platform cars, determined on the basis of the proposed method, it was established that it is possible to use one well-founded scheme that maximally loads all zones of the car as a test scheme for experimental assessment of fatigue resistance indicators under vertical and longitudinal loads. Using the proposed method, it is possible to determine the size of an acceptable crack-like defect based on the conditions of the initial crack growth. Stress intensity factors obtained on the basis of experimentally determined stress extrema showed that in the design of flatcars of increased length for transporting containers, crack growth is possible at subzero temperatures, which is not consistent with the methodology for assessing fatigue strength of the GOST 33211-2014 standard. Practical significance: the proposed method for assessing the spectrum of vertical loading of flatcars of increased length for the transportation of containers allows, from a variety of options for car loading schemes, to select one scheme for testing, which maximally loads all its potentially dangerous zones. Some research results were used to develop a standard test method for fatigue resistance of extended-length flat cars.

 вагоны-платформы коэффициент запаса сопротивления усталости трещино-стойкость спектр нагружения flat cars fatigue resistance safety factor crack resistance load spectrum

Когаев В. П., Махутов Н. А., Гусенков А. П Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: справочник. М.: Машиностроение, 1985. 224 с. Kogaev V. P., Mahutov N. A., Gusenkov A. P Raschety detaley mashin i konstrukciy na prochnost' i dolgovechnost': spravochnik. M.: Mashinostroenie, 1985. 224 s. Bityutsky A. A. Analysis of supporting body structure freight cars fatigue resistance estimation methods development // Research of fatigue resistance bonds and data selection of new freight cars characteristics / ed. by A. A. Bitiutskiy; Railcar-building Engineering Center. Edition 7. St. Petersburg: OMPress, 2009. P. 6–13. Bityutsky A. A. Analysis of supporting body structure freight cars fatigue resistance estimation methods development // Research of fatigue resistance bonds and data selection of new freight cars characteristics / ed. by A. A. Bitiutskiy; Railcar-building Engineering Center. Edition 7. St. Petersburg: OMPress, 2009. P. 6–13. Мыльников В. В. Влияние частоты нагружения на усталость конструкционных материалов // Наука и техника. 2019. Т. 18, № 5. С. 427–435. Myl'nikov V. V. Vliyanie chastoty nagruzheniya na ustalost' konstrukcionnyh materialov // Nauka i tehnika. 2019. T. 18, № 5. S. 427–435. Fatigue resistance changes of structural steels at different load spectra / V. V. Myl’nikov [et al.] // Steel in translation. 2019. Vol. 49, No. 10. P. 678– 682. Fatigue resistance changes of structural steels at different load spectra / V. V. Myl’nikov [et al.] // Steel in translation. 2019. Vol. 49, No. 10. P. 678– 682. Беспалько С. В., Козлов М. П. Комплексный подход к оценке параметров поглощающих аппаратов автосцепного оборудования подвижного состава железных дорог // Современные проблемы железнодорожного транспорта: сб. тр. по результатам междунар. интернет-конф. (Москва, Проблематика транспортных систем 7 апреля 2020 года) / под общ. ред. К. А. Сергеева. М.: Российский университет транспорта, 2020. С. 192–195. Bespal'ko S. V., Kozlov M. P. Kompleksnyy podhod k ocenke parametrov pogloschayuschih apparatov avtoscepnogo oborudovaniya podvizhnogo sostava zheleznyh dorog // Sovremennye problemy zheleznodorozhnogo transporta: sb. tr. po rezul'tatam mezhdunar. internet-konf. (Moskva, Problematika transportnyh sistem 7 aprelya 2020 goda) / pod obsch. red. K. A. Sergeeva. M.: Rossiyskiy universitet transporta, 2020. S. 192–195. Махутов Н. А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. М.: Машиностроение, 1981. 272 с. Mahutov N. A. Deformacionnye kriterii razrusheniya i raschet elementov konstrukciy na prochnost'. M.: Mashinostroenie, 1981. 272 s. Матвиенко Ю. Г. Упрощенный вероятностный метод оценки коэффициентов запаса (безопасности) по трещиностойкости // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2021. № 3. С. 22–30. Matvienko Yu. G. Uproschennyy veroyatnostnyy metod ocenki koefficientov zapasa (bezopasnosti) po treschinostoykosti // Problemy mashinostroeniya i nadezhnosti mashin. 2021. № 3. S. 22–30. Matvienko Yu. G. The simplified approach for estimating probabilistic safety factors in fracture mechanics // Eng. Fail. Anal. 2020. Vol. 117. Art. 104814. Matvienko Yu. G. The simplified approach for estimating probabilistic safety factors in fracture mechanics // Eng. Fail. Anal. 2020. Vol. 117. Art. 104814. Соколов С. А., Грачев А. А., Васильев И. А. Анализ прочности элемента конструкции с трещиной в условиях отрицательных климатических температур // Вестник машиностроения. 2019. № 11. С. 42–46. Sokolov S. A., Grachev A. A., Vasil'ev I. A. Analiz prochnosti elementa konstrukcii s treschinoy v usloviyah otricatel'nyh klimaticheskih temperatur // Vestnik mashinostroeniya. 2019. № 11. S. 42–46. Vadholm Т. Investigation of low temperature toughness and crack initiation in welded structural steels. Norwegian University of Science and Technology, 2014. Vadholm T. Investigation of low temperature toughness and crack initiation in welded structural steels. Norwegian University of Science and Technology, 2014. Морозов Е. М., Муйземнек А. Ю., Шадский А.С. ANSYS в руках инженера: механика разрушения. Изд. 2-е, испр. М.: ЛЕНАНД, 2010. 456 с. Morozov E. M., Muyzemnek A. Yu., Shadskiy A.S. ANSYS v rukah inzhenera: mehanika razrusheniya. Izd. 2-e, ispr. M.: LENAND, 2010. 456 s. Зайнуллин Р. С., Харисов Р. А., Мухаметзянов А. Н. Оценка влияния низких температур на трещиностойкость сталей, применяемых в нефтегазовой отрасли // Нефтяное хозяйство. 2017. № 10. С. 116–119. Zaynullin R. S., Harisov R. A., Muhametzyanov A. N. Ocenka vliyaniya nizkih temperatur na treschinostoykost' staley, primenyaemyh v neftegazovoy otrasli // Neftyanoe hozyaystvo. 2017. № 10. S. 116–119. Ignatiev M. O., Petrov Y. V., Kazarinov N. A. Simulation of dynamic crack initiation based on the peridynamic numerical model and the incubation time criterion // Technical Physics. 2021. No. 66(3). P. 422–425. Ignatiev M. O., Petrov Y. V., Kazarinov N. A. Simulation of dynamic crack initiation based on the peridynamic numerical model and the incubation time criterion // Technical Physics. 2021. No. 66(3). P. 422–425. Ignatev M., Kazarinov N., Petrov Y. Peridynamic modelling of the dynamic crack initiation // Procedia Structural Integrity. 2020. No. 28. P. 1650–1654 Ignatev M., Kazarinov N., Petrov Y. Peridynamic modelling of the dynamic crack initiation // Procedia Structural Integrity. 2020. No. 28. P. 1650–1654 Smirnov V. I. Fracture assessment diagram for solid with circular crack subjected to concentrated forces // Materials Physics and Mechanics. 2017. No. 31(1–2). P. 71–74. Smirnov V. I. Fracture assessment diagram for solid with circular crack subjected to concentrated forces // Materials Physics and Mechanics. 2017. No. 31(1–2). P. 71–74. Вагоны-платформы увеличенной длины. Типовая методика испытаний на сопротивление усталости, утв. 05.05.2023 заместителем генерального директора — главным инженером ОАО «РЖД» А. М. Храмцовым. Vagony-platformy uvelichennoy dliny. Tipovaya metodika ispytaniy na soprotivlenie ustalosti, utv. 05.05.2023 zamestitelem general'nogo direktora — glavnym inzhenerom OAO «RZhD» A. M. Hramcovym.