4 - 2000

Применение APM WinMachine для прочностных расчетов на Демиховском машиностроительном заводе

Ирина Серегина

В №4 журнала «САПР и графика» за прошлый год уже рассказывалось о первых шагах бюро расчетов отдела главного конструктора Демиховского машиностроительного завода в освоении и практическом применении в работе программного комплекса APM WinMachine, разработанного в Научно-техническом центре АПМ. За прошедший год наш опыт использования этого программного продукта при проектировании элементов вагонных конструкций значительно расширился. В первую очередь это связано с получением нами от разработчиков нового модуля программы WinStructure3D, который при расчетах конструкций методом конечных элементов позволяет использовать в расчетной модели не только стержневые, но и пластинчатые (оболочечные) элементы. С помощью этой подпрограммы нами выполнены достаточно сложные и объемные расчеты, необходимые при проектировании подвижного состава. Приведу ряд примеров.

Электропоезда повышенной комфортности ЭД4МК для Московской железной дороги создавались в очень сжатые сроки. Когда, по желанию заказчика, на одном из поездов было решено внедрить систему кондиционирования воздуха, пришлось срочно выполнить расчет прочности рамы подвески кондиционера, что и было сделано с помощью программы АПМ. Ввиду большой массы и значительных габаритов кондиционера установить его над тамбуром вагона оказалось возможным только через люк в крыше вагона. Так как этот вырез нарушил цельнонесущую конструкцию кузова, была создана пространственная модель кузова для оценки его общей прочности.

В настоящее время конструкторский отдел работает над проектированием электропоезда нового поколения — ЭД6, с асинхронным тяговым приводом, тележкой III класса, кузовом вагона из нержавеющей стали и рядом улучшенных показателей комфортности. В связи с принципиально новой схемой центрального подвешивания тележки изменилась и конструкция кузова вагона. Расчет шкворневой балки рамы кузова был выполнен в WinStructure3D. Коробчатая конструкция балки и фрагментов примыкающих к ней элементов рамы была смоделирована с помощью пластин, толщина которых соответствовала толщине реальных деталей. Пружины центрального подвешивания типа «флексикойл», на которые непосредственно опирается шкворневая балка, были представлены в виде гибких стержней, деформация которых от веса кузова соответствовала расчетному прогибу реальных пружин. Балка нагружалась вертикальной распределенной нагрузкой от половины массы груженого кузова, а также продольными усилиями, возникающими при движении поезда. Чтобы определить эти продольные усилия, предварительно был выполнен расчет половины кузова, представленного в виде стержневой модели. Расчетное продольное усилие (2 МН для I расчетного режима и 0,4 МН для II режима) прикладывалось по оси автосцепки. В результате расчета была получена картина распределения продольной нагрузки между хребтовой балкой, раскосами и продольной обвязкой, передающими эти усилия на шкворневую балку.

В процессе проектирования вагона и, в частности, различного подвесного и навесного оборудования часто возникает необходимость проверить прочность балок и кронштейнов крепления того или иного агрегата. С помощью программы WinStructure это можно сделать достаточно быстро. Так, для моторного вагона электропоезда ЭД6 был произведен расчет поперечных балок рамы кузова, на которых крепится подвагонное оборудование, рассчитаны кронштейны крепления бака туалета под полом вагона.

Прежде расчеты такого типа были очень трудоемкими, поскольку предполагают учет вертикальных, продольных и поперечных сил инерции, действующих на подвешенное оборудование при движении вагона и приложенных в его центре масс. Эти усилия переводились в плоскость расположения крепежных элементов, определялись реакции в точках крепления, и только потом рассматривалось нагружение и проводился расчет самой балки. Учитывая, что на раме вагона подвешено около десятка тяжелых аппаратов, от которых надо просчитать балки, и на одной и той же балке к тому же часто может крепиться несколько аппаратов, можно представить, насколько объемными были такие расчеты.

При использовании АПМ подход к таким расчетам стал принципиально иным. Например, в расчете балок подвешивания электро- и пневмооборудования на раме вагона рассматривалась целиком вся средняя часть рамы кузова (12 балок), в которой сосредоточено все тяжелое оборудование. Подвешенные аппараты были смоделированы в виде жестких пластин, расположенных на уровне центров масс аппаратов и подвешенных к местам крепления балок посредством условных недеформируемых стержней очень большой жесткости и бесконечно малого веса. Все инерционные нагрузки прикладывались к пластинам, масса которых соответствовала реальной массе закрепленных аппаратов. В результате расчета была получена картина напряжений и деформаций в балках рамы при различных сочетаниях нагрузок на оборудование в зависимости от расчетного режима, направления движения и рельефа пути.

Примерно такой же подход был применен при расчете прочности подвески бака туалета на раме головного вагона. Здесь поперечные балки рамы кузова и кронштейны подвески были смоделированы с помощью пластин, имеющих размеры, соответствующие конструктивным. Проведенный на стадии проектирования расчет позволил дать конструкторам рекомендации по выбору кронштейна оптимальной формы и размеров.

В процессе освоения и работы с любым программным продуктом, а особенно с ориентированным на прочностные расчеты, очень важной является своего рода «обратная связь» с разработчиками программы. И здесь хочется отметить, что отношения между нами, пользователями, и НТЦ АПМ складываются очень успешно. Нам постоянно оказывается необходимая консультативная поддержка. В свою очередь, наши достаточно сложные расчетные модели являются своего рода тестовыми примерами для новых разработок Центра. Внимательно относятся разработчики к нашим предложениям внести в программу то или иное изменение, удобное для нас, расчетчиков-практиков.

Разумеется, как всякий живой организм, программа APM WinMachine не свободна от недостатков. Но главное, что она работает, развивается, а ее создатели прислушиваются к пожеланиям и замечаниям пользователей.

Хочется пожелать коллективу НТЦ больших успехов на нелегком пути создания и совершенствования качественного российского программного обеспечения.

«САПР и графика» 4'2000