vestnikvniizhtВестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ)RUSSIAN RAILWAY SCIENCE JOURNAL2223-97312713-2560Joint Stock Company "Railway Research Institute"vestnikvniizht-50Research ArticleДругоеMiscellaneousПрименение методов конечных и граничных элементов для выбора рациональной конструкции сварных кронштейнов рам тележек локомотивов и железнодорожных вагоновApplying Finite-Element and Boundary-Element Methods to Select Rational Design Version of Weld-Fabricated Bogie Frame Brackets of Locomotives and Railway CarsРусановО. А.RusanovO. A.newmalina@rambler.ruКочергинВ. В.KocherginV. V.tdp@vniizht.ruБуханцевА. А.BukhantsevA. A.tdp@vniizht.ruБрексонВ. В.BreksonV. V.brekson@ulkm.ruМосковский государственный машиностроительный университет (МАМИ)РоссияMoscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)Russian FederationОАО «ВНИИЖТ»РоссияJSC Railway Research Institute (JSC VNIIZhT)Russian FederationООО «Уральские локомотивы»РоссияUral Locomotives LtdRussian Federation20152810201505312Copyright © Русанов О.А., Кочергин В.В., Буханцев А.А., Брексон В.В., 20152015Русанов О.А., Кочергин В.В., Буханцев А.А., Брексон В.В.Rusanov O.A., Kochergin V.V., Bukhantsev A.A., Brekson V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-vniizht.ru/jour/article/view/50

Предложено осуществлять выбор рациональной конструкции сварных кронштейнов рам тележек локомотивов и вагонов по результатам сравнительного вариантного расчетного анализа трехмерного распределения напряжений в сварных соединениях. Первоначально с помощью метода конечных элементов исследуется общее напряженное состояние целиком всей рамы тележки. Далее с помощью метода граничных элементов детально изучается трехмерное распределение напряжений в отдельно взятом сварном кронштейне с учетом факторов геометрической концентрации напряжений и потенциальных дефектов сварки. Приведен пример использования методики для совершенствования сварного кронштейна буксовых поводков рамы тележки электровоза.

There is proposed method to select rational design version of weld-fabricated bogie frame brackets of locomotives and railway cars. The selection is performed in accord with the outcomes of double-phase computation-based stress analysis in the welded joints. At the first stage general stressed state of a bogie frame as a whole is examined by applying finite-element method. At the second stage special features of 3D stress distribution within the individual bracket are studied in detail using boundary-element method with due regard for factors of geometric concentration of stresses within the potential welding defects zones. Loading conditions of bogie frame fragment with a bracket simulated on the individual basis are very close to those of its loading while within the frame. They are selected according to the results of stresses examination in the frame carried out with use of its comprehensive model. Comparative analysis of bracket design versions is performed by varying form, dimensions and location of welded joints and type of edge preparation. Geometry of connected details may also be varied. The design version may be added with some details. In all the simulation cases there ought to be identical loading and fixing conditions as well as modeling techniques applied to brackets, welds and stress concentrators. There is assessed effect exerted on stresses by one factor only, specifically design version of an assembly under consideration. Efficiency of the proposed method may be exemplified by selection of rational design version for weld-fabricated axle-box links bracket of electric locomotive bogie frame. The method is made use of in refining a design of weld-fabricated bogie frames of electric locomotives.

локомотивжелезнодорожный вагонрама тележкисварное соединениеметод конечных элементовметод граничных элементовlocomotiverailway carbogie framewelded jointfinite-element methodboundary-element methodReferencesКочергин В. В. Исследования динамических и прочностных свойств экипажей тягового подвижного состава // Железнодорожный транспорт. 2005. № 2. С. 25 - 26.Kochergin V. V. Issledovaniya dinamicheskikh i prochnostnykh svoystv ekipazhey tyagovogo podvizhnogo sostava [Research of dynamic and strength properties of traction rolling stock]. Zheleznodorozhnyy transport, 2005, no. 2, pp. 25 – 26.Динамико-прочностные испытания экипажной части / В. Б. Цкипуришвили [и др.] // Вестник ВНИИЖТ. 2002. № 4. С. 39 - 41.Tskipurishvili V. B., Kochergin V. V., Buhantsev A. A., Averin N. A., Kutepov S. A. Dinamiko- prochnostnye ispytaniya ekipazhnoy chasti [Dynamic and strength tests of running gear]. Vestnik VNIIZhT [Vestnik of the Railway Research Institute], 2002, no. 4, pp. 39 – 41.Тележка с осевой нагрузкой 25 тс для грузового вагона нового поколения / В. С. Коcoв [и др.] // Железнодорожный транспорт. 2008. № 7. С. 55 - 58.Kosov V. S., Charkin V. A., Dobrynin L. K., Meshcherin Yu. V., Ogan’yan E. S., Oguenko V. N., Berezin V. V., Sorochkin E. M., Panin Yu. A., Tkachenko V. N., Krasyukov N. F., Shevchenko V. G., Stavrova E. K. Telezhka s osevoy nagruzkoy 25 ts dlya gruzovogo vagona novogo pokoleniya [A bogie with an axial load of 25 ton for the freight car of a new generation]. Zheleznodorozhnyy transport, 2008, no. 7, pp. 55 – 58.Дмитриченко С. С., Русанов О. А. Опыт расчетов на прочность, проектирования и доводки сварных металлоконструкций мобильных машин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2006. № 1. С. 8 - 13.Dmitrichenko S. S., Rusanov O. A. Opyt raschetov na prochnost’, proektirovaniya i dovodki svarnykh metallokonstruktsiy mobil’nykh mashin [Experience of strength calculations, design and finishing of welded metal mobile machines]. Traktory i sel’skokhozyaystvennye mashiny, 2006, no. 1, pp. 8 – 13.Русанов О. А. Анализ прочности конструкций машин с использованием современных численных методов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2002. № 2. С. 34 - 36.Rusanov O. A. Analiz prochnosti konstruktsiy mashin s ispol’zovaniem sovremennykh chislennykh metodov [Strength analysis of machine design using modern numerical methods]. Traktory i sel’skokhozyaystvennye mashiny, 2002, no. 2, pp. 34 – 36.Русанов О. А. Концентрация напряжений в тонкостенных конструкциях с дефектами в виде раковин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1999. №10. С. 35 - 37.Rusanov O. A. Kontsentratsiya napryazheniy v tonkostennykh konstruktsiyakh s defektami v vide rakovin [The stress concentration in thin-walled structures with defects in the form of pits]. Traktory i sel’skokhozyaystvennye mashiny, 1999, no. 10, pp. 35 – 37.Бреббия К., Теллес Ж., Вроубел Л. Методы граничных элементов. М.: Мир, 1987. 524 с.Brebbia C. A., Telles J. C. F., Wrobel L. C. Boundary element techniques: Theory and applications in engineering. Berlin, Springer Publ., 1984. 464 p. (Russ. ed.: Brebbiya K., Telles Zh., Vroubel L. Metody granichnykh elementov. Moscow, Mir Publ., 1987. 524 p.)/Бенерджи П., Баттерфилд Р. Метод граничных элементов в прикладных науках. М.: Мир, 1984. 494 с.Banerjee P. K., Butterfield R. Boundary element methods in engineering science. London, McGraw- Hill Publ., 1981. 452 p.(Russ. ed.: Benerdzhi P., Batterfild R. Metod granichnykh elementov v prikladnykh naukakh. Moscow, Mir Publ., 1984. 494 p.).(Russ. ed.: Benerdzhi P., Batterfild R. Metod granichnykh elementov v prikladnykh naukakh. Moscow, Mir Publ., 1984. 494 p.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.