Báo cáo khoa học: "đánh giá kiểm nghiệm độ bền khung x-ơng thùng toa xe khách hai tầng đ-ờng sắt Việt Nam chế tạo"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Nguyễn Phương Hà Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

77
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Toa xe khách 2 tầng do Việt Nam chế tạo đang vận dụng trên tuyến đ-ờng Hà Nội - Hải Phòng, thùng xe là bộ phận có kết cấu và chịu lực rất phức tạp. Hiện nay việc kiểm nghiệm độ bền khung x-ơng thùng toa xe khách 2 tầng là nhiệm vụ rất khó khăn, đòi hỏi nhiều công sức. Việc đánh giá chính xác độ bền của thùng toa xe khách 2 tầng đang vận dụng trên đ-ờng sắt Việt Nam là vấn đề hết sức quan trọng và cần thiết phục vụ cho việc thiết kế và...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "đánh giá kiểm nghiệm độ bền khung x-ơng thùng toa xe khách hai tầng đ-ờng sắt Việt Nam chế tạo"

®¸nh gi¸ kiÓm nghiÖm ®é bÒn khung x−¬ng thïng toa xe kh¸ch hai tÇng ®−êng s¾t ViÖt Nam chÕ t¹o PGS. TS. lª v¨n häc ThS. KiÒu C«ng thµnh Bé m«n §Çu m¸y - Toa xe Khoa C¬ khÝ - Tr−êng §HGTVT Tãm t¾t: Toa xe kh¸ch 2 tÇng do ViÖt Nam chÕ t¹o ®ang vËn dông trªn tuyÕn ®−êng Hμ Néi - H¶i Phßng, thïng xe lμ bé phËn cã kÕt cÊu vμ chÞu lùc rÊt phøc t¹p. HiÖn nay viÖc kiÓm nghiÖm ®é bÒn khung x−¬ng thïng toa xe kh¸ch 2 tÇng lμ nhiÖm vô rÊt khã kh¨n, ®ßi hái nhiÒu c«ng søc. ViÖc ®¸nh gi¸ chÝnh x¸c ®é bÒn cña thïng toa xe kh¸ch 2 tÇng ®ang vËn dông trªn ®−êng s¾t ViÖt Nam lμ vÊn ®Ò hÕt søc quan träng vμ cÇn thiÕt phôc vô cho viÖc thiÕt kÕ vμ chÕ t¹o míi toa xe hiÖn ®¹i, ®¶m b¶o an toμn cao, tiÕt kiÖm nguyªn liÖu. Bμi b¸o ®Ò cËp viÖc ¸p dông phÇn mÒm Sap 2000 (ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n) ®Ó ®¸nh gi¸ ®é bÒn thïng toa xe kh¸ch 2 tÇng - Mét ph−¬ng ph¸p míi, hiÖn ®¹i mang tÝnh thêi sù hiÖn nay, võa cã ý nghÜa thùc tiÔn cao vμ ý nghÜa khoa häc. Summary: Double - deck carriages which are made in VietNam are working on the railway route HaNoi - Hai Phong. The carriage is a complex force - supported structure. Testing the strength of double - deck carriage's frames is now a demanding job. Making exact assessment of the strength of double - deck carriages' frames which are working on VietNam's railways is an important matter and necessary for designing and making new carriages with modernity, high safety and fuel - saving consumption. This paper presents the application of Software Sap 2000 (limited element method) to making assessment of the strength of double - deck carriages. A new, modern and update method with high practicality and scientificness. 1. Th«ng sè kü thuËt vµ lùa chän s¬ ®å tÝnh to¸n thïng toa xe kh¸ch 2 tÇng ViÖt Nam chÕ t¹o 550 550 1490 1760 1270 1620 1620 1620 1620 1620 1270 1760 1490 550 H M H 1240 E E D D M C C A K A B B 1690 K F F 1290 N G G 550 L N L 1900 1110 1780 1620 1620 1620 1620 ChiÒu cao thïng xe : 2,9 m. ChiÒu dµi thïng xe : 20,7 m.
ChiÒu réng thïng xe : 2,9 m. Kho¶ng c¸ch hai cèi chuyÓn: 17,6 m. T¶i träng trôc : 14 tÊn/trôc. Cù ly trôc : 2,2 m. Träng l−îng gi¸ chuyÓn : 5 tÊn. Träng l−îng toµn thÓ cña toa xe : 56 tÊn. Träng l−îng thïng xe: 44 tÊn. S¬ ®å tÝnh to¸n thïng xe lµ mét hÖ thèng khung siªu tÜnh gåm c¸c thanh liªn kÕt cøng víi nhau. Hai phÇn ®Çu toa xe mét tÇng gåm c¸c thanh ®ai trªn, ®ai d−íi, cét ®øng v¸ch ng¨n cöa sæ, cöa ra vµo. PhÇn gi÷a xe hai tÇng thªm thanh ®ai gi÷a (sµn tÇng 2). Tæng sè 20 « kÝn siªu tÜnh, nÕu tÝnh b»ng tay víi bµi to¸n nµy 60 Èn sè lµ kh«ng cã kh¶ n¨ng. - C¸c ®Æc tr−ng h×nh häc: + MÆt c¾t A - A B–B A–A 500 50 50 2 3 4 3 4 F = 26 cm ; Jx = 3,447.10 cm ; Jy = 5,773.10 cm . 100 100 + MÆt c¾t B - B F = 116 cm2; Jx = 100,0.103 cm4; Jy = 42,37.103 cm4. 10 10 C–C D–D; E–E + MÆt c¾t C - C 1080 380 F = 232 cm2; Jx = 500,0.103 cm4; Jy = 89,55.103 cm4. 100 100 + MÆt c¾t D - D ; E - E F = 92 cm2; Jx = 76,96.103 cm4; Jy = 32,61.103 cm4. 10 10 F–F G–G + MÆt c¾t F - F 540 700 2 3 4 3 4 F = 124 cm ; Jx = 100,0.10 cm ; Jy = 45,63.10 cm . 100 100 + MÆt c¾t G - G F = 156 cm2; Jx = 200,0.103 cm4; Jy = 58,64.103 cm4. 10 10 K–K H–H + MÆt c¾t H - H L–L 100 100 100 F = 26 cm2; Jx = 3,447.103 cm4; Jy = 5,773.103 cm4. 50 + MÆt c¾t K - K 290 10 10 F = 232 cm2; Jx = 89,55.103 cm4; Jy = 500,0.103 cm4. 10 1080 N–N + MÆt c¾t L - L 100 M– M 2 3 4 3 4 F = 74 cm ; Jx = 25,29.10 cm ; Jy = 49,67.10 cm . 100 + MÆt c¾t M - M 10 10 680 F = 144 cm2; Jx = 57,01.103 cm4; Jy = 200,0.103 cm4. 640 + MÆt c¾t N - N F = 152 cm2; Jx = 53,76.103 cm4; Jy = 200,0.103 cm4.
2. TÝnh to¸n ®é bÒn khung x−¬ng thïng xe b»ng ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n a. Nguyªn t¾c chung tÝnh ®é bÒn kÕt cÊu thïng toa xe 2 tÇng b»ng ph−¬ng ph¸p PTHH Thay ®æi bμi to¸n Bμi to¸n thïng xe thïng xe M« M« h×nh to¸n häc ®−îc m« t¶ b»ng ph−¬ng tr×nh vi ph©n víi gi¶ thiÕt: - H×nh häc - §éng häc C¶i tiÕn m« h×nh - Tr¹ng th¸i øng suÊt cña vËt liÖu to¸n häc - T¶i träng - §iÒu kiÖn biªn Lêi gi¶i b»ng phÇn tö h÷u h¹n Chän: - PhÇn tö mÉu thÝch øng - T¹o l−íi phÇn tö thÝch hîp - C¸c th«ng sè ®iÒu khiÓn khai b¸o: - H×nh häc Thay ®æi phÇn tö, c¸c th«ng sè - T¶i träng t¸c dông ®iÒu khiÓn - §iÒu kiÖn biªn VD:§é chÝnh x¸c yªu cÇu §¸nh gi¸ ®é chÝnh x¸c cña bμi to¸n vμ m« h×nh to¸n häc Hoμn thiÖn qu¸ tr×nh ph©n tÝch Ph©n tÝch vμ biÓu diÔn kÕt qu¶ bμi to¸n C¶i tiÕn thiÕt kÕ,tèi −u ho¸ kÕt cÊu b. S¬ ®å thuËt to¸n tÝnh kÕt cÊu thïng xe 2 tÇng b»ng phÇn mÒm m¸y tÝnh SAP 2000 KÕt cÊu thïng xe 2 tÇng thùc tÕ M« h×nh tÝnh to¸n Ph©n tÝch kÕt cÊu T¶I träng t¸c dông Rêi r¹c ho¸ kÕtcÊu ®Æc tr−ng h×nh Trän phÇn tö mÉu ®IÒu ®IÒu kiÖn biªn häc Quan hÖ chuyÓn vÞ t¶I träng V=⎨u1 u2 u3 …u11 u12⎬ HÖ Ph−¬ng tr×nh vi ph©n ®¹o hμm riªng Ku=f u= u= nu Gi¶I bμI to¸n KÕt KÕt qu¶ Néi lùc øng suÊt KiÓm tra øng suÊt 3. øng dông SAP 2000 - Ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n ®Ó gi¶i c¸c bµi to¸n kÕt cÊu thïng toa xe kh¸ch 2 tÇng. * B−íc 1: ChuyÓn tõ s¬ ®å kÕt cÊu sang s¬ ®å tÝnh. Bao gåm c¸c ®−êng trôc t©m h×nh cña c¸c thanh ®ai trªn, ®ai d−íi, ®ai gi÷a vµ c¸c cét ®øng liªn kÕt cøng víi nhau.
+ Yªu cÇu t×m øng suÊt vμ kiÓm tra ®é bÒn cña thïng xe khi chÞu t¶i träng. + D¹ng kÕt cÊu cña bμi to¸n: 6,91KN/cm 6,91KN/cm 16,94KN/cm 16,94KN/cm 1000KN 1000KN + C¸c t¶i träng t¸c dông lªn kÕt cÊu thïng xe : chia theo tû lÖ ®é cøng - T¶i träng th¼ng ®øng r¶i ®Òu thanh ®ai d−íi q1 = 16,94 KN/cm. - T¶i träng th¼ng ®øng r¶i ®Òu thanh ®ai gi÷a q2 = 6,91 KN/cm - T¶i träng tËp trung t¹i ®Çu mót cña thanh ®ai d−íi T = 1000 KN * B−íc 2: Rêi r¹c ho¸ kÕt cÊu. - §¸nh sè ®iÓm nót c¸c phÇn tö Chia kÕt cÊu thµnh 222 phÇn tö vµ ®iÓm nót trªn c¸c phÇn tö nh− h×nh vÏ. 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 12345 6 7 8 30 31 32 33 34 35 36 37 210 212 214 216 218 220 222 93 95 97 202 204 206 208 209 211 213 215 217 219 221 38 39 40 43 45 46 48 49 50 51 52 53 54 55 56 41 42 44 47 100 102 104 106 108 200 92 94 96 201 203 205 207 98 57 58 59 60 61 62 63 64 84 85 86 87 88 89 90 91 65 109 83 99 101 103 105 107 82 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 - Ph©n chia c¸c ph−¬ng ¸n t¶i träng: + T¶i träng q1 vµ q2 ph©n bè r¶i ®Òu lªn kÕt cÊu thïng xe (ký hiÖu trong SAP: Q). 6,91KN/cm 16,94KN/cm + Lùc ®Êm kÐo T tËp trung t¹i c¸c ®Çu mót cña thanh ®ai d−íi (ký hiÖu SAP: DAM). 1000KN 1000KN
* B−íc 3: Gi¶i bμi to¸n - Thùc hiÖn gi¶i bµi to¸n - KiÓm tra ®é chÝnh x¸c cña kÕt qu¶. - HiÖu chÝnh d÷ liÖu ban ®Çu nÕu cÇn thiÕt. * B−íc 4: BiÓu diÔn kÕt qu¶ - BiÓu diÔn kÕt qu¶ b»ng h×nh vÏ + BiÓu ®å m«men uèn Muèn trªn kÕt cÊu thïng xe (KNcm) + BiÓu ®å lùc däc trôc N trªn kÕt cÊu thïng xe (KN) + BiÓu ®å lùc c¾t Q trªn kÕt cÊu thïng xe (KN) - Xö lý c¸c kÕt qu¶ nÕu cÇn. - Sö dông kÕt qu¶
B¶ng gi¸ trÞ tÝnh to¸n ®é bÒn thïng toa xe 2 tÇng b»ng SAP 2000 Σσ (KN/m2) MÆt c¾t Muèn (KNm) Q (KN) N (KN) 7 6.77 -13.87 -9.23 1615.76 8 13.90 -13.18 -9.23 1617.38 38 -11.62 -17.29 1.89 1183.49 41 16.66 -14.42 0.41 1089.59 42 21.30 -11.01 0.41 1657.86 43 22.80 -10.05 -0.46 1839.18 44 25.69 -8.12 -0.46 2166.22 45 28.07 -5.69 -0.46 2457.64 46 27.89 -3.92 -0.72 2425.26 47 27.96 0 -0.72 2428.50 60 -4.86 3.57 -97.90 1408.53 61 -7.93 -3.96 -97.90 1387.48 63 8.03 -13.60 5.45 1385.86 64 15.43 -12.95 5.45 1429.58 65 7.63 6.86 21.99 1431.20 66 3.48 7.18 21.83 1314.14 67 -2.16 -2.54 25.09 1312.52 69 1.47 -1.87 25.09 1359.96 96 5.99 7.13 -16.75 1376.15 97 -6.05 7.13 -15.82 1455.48 98 -7.80 17.16 -8.05 1445.77 100 1.90 -2.48 0.90 1121.97 101 -1.16 1.78 -0.68 1351.87 103 -6.72 -0.61 0.98 1348.63 4. KÕt luËn NÕu dïng ph−¬ng ph¸p lùc th«ng th−êng ®Ó tÝnh to¸n ®é bÒn khung x−¬ng thïng xe kh¸ch 2 tÇng lµ bµi to¸n kÕt cÊu siªu tÜnh bËc cao (60 Èn sè) kh«ng thÓ tÝnh b»ng tay vµ c¸c phÐp gi¶i th«ng th−êng v× ®é chÝnh x¸c kÐm, ph¶i ®−a vµo c¸c gi¶ thiÕt nh»m ®¬n gi¶n kÕt cÊu, ®é tin cËy kh«ng cao, do vËy ph¶i lùa chän ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n ®Ó tÝnh to¸n. øng dông Ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n th× s¬ ®å tÝnh gåm c¸c thanh ®ai d−íi, thanh ®ai gi÷a, thanh ®ai trªn, c¸c v¸ch ng¨n vµ cét ®øng gãc liªn kÕt cøng víi nhau. S¬ ®å nµy rÊt phøc t¹p vµ chÝnh x¸c h¬n s¬ ®å tÝnh cña ph−¬ng ph¸p lùc. KÕt qu¶ tÝnh cho thÊy øng suÊt lín nhÊt t¹i c¸c vÞ trÝ mÆt c¾t 42, 43, 44, 45, 46, 47 (cña thanh ®ai gi÷a) v−ît qu¸ gi¸ trÞ øng suÊt cho phÐp [σ] = 1900 KN/m2. Thanh ®ai gi÷a thùc chÊt lµ sµn cña tÇng 2 xe kh¸ch, trong s¬ ®å tÝnh bá qua sµn thÐp bäc do ®ã ®é cøng cña thanh ®ai gi÷a nhá h¬n thùc tÕ nhiÒu; Ngoµi ra ®Ó ®¸nh gi¸ thËt ®Çy ®ñ ®é bÒn cña thanh ®ai gi÷a cÇn tÝnh to¸n thªm b»ng mét ph−¬ng ph¸p kh¸c, tÝnh to¸n ®é vâng cña thanh ®ai gi÷a tõ ®ã míi cã thÓ cã kÕt luËn cuèi cïng vÒ kh¶ n¨ng lµm viÖc l©u dµi cña khung x−¬ng thïng xe. C¸c néi dung nµy sÏ ®−îc ®¨ng trong sè b¸o gÇn ®©y. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. KiÒu C«ng Thμnh. LuËn v¨n th¹c sü KHKT. §¹i häc GTVT, 2003. [2]. Bïi §øc Vinh. Ph©n tÝch vµ thiÕt kÕ kÕt cÊu b»ng phÇn mÒn SAP 2000. §¹i häc B¸ch Khoa TP. HCM - NXB thèng kª. [3]. Lª Xu©n Thä. Sö dông Micro FEAP & SAP 90 trong tÝnh to¸n kÕt cÊu. NXB §ång Nai. [4]. I. M. SMITH vμ D. V. GRIFITHS. LËp ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n c«ng tr×nh x©y dùng b»ng Ph−¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n. Tr−êng §¹i häc Tæng hîp Manchester. NXB X©y dùng♦