THEORETIC-PRACTICAL BASIS OF LEVELING OF DEFORMED CARRIER CONSTRUCTIONS BY THERMAL INFLUENCE

Purpose. The proposed study is aimed at justifying the expediency of using the thermal leveling method to correct deformations of car metal structures that take place during their manufacture, operation and repair. Methodology. To achieve this purpose a mathematical apparatus was created, which is based on the methods of mathematical design of the experiment. A generalized universal mathematical record of the optimization study of the thermal leveling of car structures has been developed. Modelling of thermal leveling, using the software complex of CAD systems of Solid Works was carried out, as well as an experimental study of the full-size sample of the cantrail in the gondola car. Findings. On the basis of a generalized mathematical record of the optimization study of the thermal leveling of the railcar constructions, mathematical dependencies were created for the thermal leveling of the center sill and the cantrail in the universal gondola cars. These dependences describe the change in the magnitude of the deformation deflection with the corresponding geometric parameters in the heating zones (deflection of the center sill and the profile of the cantrail) depending on the variation of the controlled variables (geometric parameters of the heating spots and temperature). Auxiliary graphs (binary sections) have been constructed for a reasonable choice of the optimal values of the geometric parameters in the heating zones when using thermal leveling of the occurring deformations in the elements of freight cars during their manufacture, repair and operation. Based on the developed finite element models, the efficiency of thermal leveling has been confirmed. The accuracy of the effect obtained in the course of computer simulation is proved experimentally – elimination of the occurred deflection when applying the welding seam in the element of the car structure was noted). Originality. The developed mathematical apparatus and the model created on its basis for the study
Цель. Предложенное исследование направлено на обоснование целесообразности использования метода термической правки для устранения деформаций вагонных металлоконструкций, которые имеют место при их изготовлении, эксплуатации и ремонте. Методика. Для достижения отмеченной цели создан математический аппарат, который базируется на методах математического планирования эксперимента. Разработана обобщённая универсальная математическая запись оптимизационного исследования термической правки вагоноконструкций. Проведено моделирование термической правки с использованием программного комплекса систем автоматизированного проектирования SolidWorks, а также экспериментальное исследование натурного образца верхней обвязки полувагона. Результаты. На основе обобщенной математической записи оптимизационного исследования термической правки вагоноконструкций созданы математические зависимости для термической правки хребтовой балки и верхней обвязки универсальных полувагонов. Эти зависимости описывают изменение величины деформационного прогиба с соответствующими геометрическими параметрами зон нагрева (прогиба хребтовой балки и профиля верхней обвязки) в зависимости от варьирования управляемых переменных (геометрических параметров пятен нагрева и температуры). Построены вспомогательные графики (бинарные сечения) для обоснованного выбора оптимальных значений геометрических параметров зон нагрева при применении термической правки возникающих деформаций элементов грузовых вагонов во время их изготовления, ремонта и эксплуатации. На основе разработанных конечно-элементных моделей выполнено подтверждение эффективности термической правки. Экспериментальным путем доказана точность полученного в ходе компьютерного моделирования эффекта – отмечено устранение возникшего при наложении сварочного шва прогиба элемента вагонной конструкции. Научная новизна. Разработанный математический аппарат и созданная на его основе модель для исследования термической правки вагоноконструкций позволяют обосновано
Мета. Запропоноване дослідження спрямоване на обґрунтування доцільності використання методу термічної правки для усунення деформацій вагонних металоконструкцій, які мають місце під час їх виготовлення, експлуатації та ремонту. Методика. Для досягнення зазначеної мети створено математичний апарат, який базується на методах математичного планування експерименту. Розроблено узагальнений універсальний математичний запис оптимізаційного дослідження термічного правка вагоноконструкцій. Проведене моделювання термічного правка з використанням програмного комплексу систем автоматизованого проектування SolidWorks, а також експериментальне дослідження натурного зразка верхнього обв’язування напіввагона. Результати. На основі узагальненого математичного запису оптимізаційного дослідження термічного правка вагоноконструкцій створено математичні залежності для термічного правка хребтової балки та верхнього обв’язування універсальних напіввагонів. Ці залежності описують зміну величини деформаційного прогину з відповідними геометричними параметрами зон нагрівання (прогину хребтової балки та профілю верхнього обв’язування) залежно від варіювання керованих змінних (геометричних параметрів плям нагрівання й температури). Побудовані допоміжні графіки (бінарні перерізи) для обґрунтованого вибору оптимальних значень геометричних параметрів зон нагрівання у разі застосування термічного правка деформацій елементів вантажних вагонів, які виникають під час їх виготовлення, ремонту та експлуатації. На основі розроблених скінченно-елементних моделей виконано підтвердження ефективності термічного правка. Експериментальним шляхом доведена точність отриманого в ході комп’ютерного моделювання ефекту – відзначено усунення прогину елемента вагонної конструкції, який виник під час накладання зварного шва. Наукова новизна. Розроблений математичний апарат і створена на його основі модель для дослідження термічного правка вагоноконструкцій дозволяють обґрунтовано підходити до вибору оптимальних парамет