Вадим Олегович Березин, аспирант кафедры «Путь и путевое хозяйство»
127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9
Vadim O. Berezin, Postgraduate Student, Track and track facilities Department
127994, Moscow, bldg. 9, 9, Obraztsova St.
Александр Владимирович Замуховский, канд. техн. наук, доцент; доцент кафедры «Путь и путевое хозяйство»
Author ID: 825248
127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9
Alexander V. Zamukhovsky, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Track and track facilities Department
Author ID: 825248
127994, Moscow, bldg. 9, 9, Obraztsova St.
Андрей Александрович Ефимов, ведущий эксперт, группа моделирования и расчетов
121205, г. Москва, инновационный центр Сколково, Большой б-р., дом 40
Andrey A. Efimov, Leading Expert, Modeling and Calculation Group
121205, Moscow, Skolkovo Innovation Center, 40, Bolshoi Blvd.
Александр Викторович Гречаник, канд. техн. наук, доцент, старший научный сотрудник, научно-исследовательская лаборатория «Путеиспытательная»
Author ID: 1057381
127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9
Alexander V. Grechanik, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Senior Researcher, Track Testing Research Laboratory
Author ID: 1057381
127994, Moscow, bldg. 9, 9, Obraztsova St.
Введение. Рассмотрен вопрос валидации и верификации конечно-элементной модели упругой клеммы узла промежуточного рельсового скрепления. Проведение валидации и верификации производится с целью получения модели клеммы, позволяющей с достаточной степенью точности проводить оценку напряженно-деформированного состояния клеммы для заданных случаев нагружения. Достоверные результаты расчетов существенно сокращают вероятность несоответствия показателей жесткости и прочности проектным характеристикам.
Материалы и методы. В качестве исследуемой клеммы была выбрана упругая клемма ЦП369.102. Разработка ее конечно-элементной модели проведена с учетом реальной геометрии изделия, полученной с помощью 3D-сканирования, и упруго-пластической модели материала. При проведении верификации конечно-элементной модели проведен анализ сеточной сходимости, анализ качества конечных элементов и сравнение с результатами аналитического расчета. Валидация проводилась путем сравнения результатов натурного и виртуального экспериментов по двум параметрам: жесткость клеммы в зоне давления на концевые участки и напряжения на боковых участках клеммы. В качестве метода измерения напряжений для натурного эксперимента выбран метод тензометрии.
Результаты. Полученные результаты показали приемлемую сходимость между натурным и виртуальным экспериментами для параметра жесткости клеммы в зоне давления на концевые участки, и погрешность между натурным и виртуальным экспериментом составила 4 %, для напряжения на боковых участках клеммы — от 8,3 до 15,4 %. Данные показатели свидетельствуют о достаточной точности разработанной модели.
Обсуждение и заключение. Предложены и обсуждены возможные причины расхождения результатов по параметру напряжения. Запланированы дальнейшие исследования для повышения точности разработанной конечно-элементной модели, направленные на оценку чувствительности тензорезисторов к поперечным и касательным деформациям. Валидация конечно-элементной модели подтвердила ее пригодность для использования в инженерных расчетах при проектировании клемм, разработке на ее основании методик испытаний клемм и других научных изысканиях.
Introduction. This paper discusses the validation and verif ication process of the finite element model (FEM) of the elastic clamp of the rail fastening system. Validation and verif ication are conducted to obtain clamp model that allows to sufficiently evaluate the stress-strain state of clamp condition for specified loading cases. Reliable calculation results signif icantly reduce the possibility of mismatch of stiffness and strength indicators with design characteristics.
Materials and methods. The elastic clamp CP369.102 is chosen as the clamp under study. The development of its FEM is carried out considering real geometry of the product obtained by 3D scanning and the elastic-plastic model of the material. The verification of the FEM is conducted by analysing the mesh convergence, the quality of finite elements and by comparing with the results of analytical calculation. Validation involves comparison of natural and virtual experiment results for two parameters: the stiffness of the clamp in the pressure zone on the end sections and the stresses on the lateral sections of the clamp. The strain gauge method was chosen as the method for measuring stresses is the natural experiment.
Results. The obtained results showed acceptable convergence between the natural and virtual experiments for two parameters: the stiffness of the clamp in the pressure zone on the end sections and the stresses on the lateral sections of the clamp. For the f irst parameter, the deviation between natural and virtual experiments is 4 %, for the second — from 8.3 to 15.4 %. These indicators testify to the suff icient accuracy of the developed model.
Discussion and conclusion. Possible reasons for the discrepancy of the results for the stress parameter are proposed and discussed. Further studies are planned to improve the accuracy of the developed FEM, aimed at evaluating the sensitivity of strain gauges to transverse and tangential deformations. Validation of the FEM conf irmed its suitability for use in engineering calculations for clamp design, development of clamp test methods based on it, and other scientific research.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.