Моделювання навантаженості контейнера-цистерни при перевезенні у складі комбінованого поїзда на залізничному поромі

Abstract

В статті проводиться дослідження динамічної навантаженості контейнера-цистерни удосконаленої конструкції при перевезенні на залізничному поромі у складі комбінованого поїзда. Для визначення прискорень, як складової динамічного навантаження, що діє на контейнер-цистерну при коливаннях залізничного порому, складено математичну-модель за методом Лагранжа ІІ роду. До уваги прийняті кутові переміщення залізничного порому відносно повздовжньої осі (крен), як випадку найбільшої навантаженості несучої конструкції вагона-платформи з контейнерами-цистернами, а також забезпечення їх стійкості відносно палуби. Враховано, що вагон-платформа жорстко закріплений відносно палуби, а контейнера-цистерни відносно фітингових упорів та не мають власного ступеня вільності при коливаннях залізничного порому, тобто у коливальному процесі приймає участь тільки наливний вантаж, переміщення якого обмежені стінками котла. Розв'язання математичної моделі здійснено за допомогою метода Рунге-Кутти в середовищі програмного забезпечення MathCad. Визначено максимальне прискорення, яке діє відносно штатного місця контейнера-цистерни при коливаннях залізничного порому. Загальна величина прискорення також враховує горизонтальну складову прискорення вільного падіння, обумовлену кутом крену залізничного порому. Отримані результати враховані при розрахунку на міцність контейнера-цистерни за методом скінчених елементів, реалізованого в середовищі програмного забезпечення CosmosWorks. Встановлено, що максимальні еквівалентні напруження в удосконаленій несучій конструкції контейнера-цистерни не перевищують допустимі. Результати проведених досліджень можуть використовуватися при проектуванні контейнерів-цистерн нового покоління, а також сприятимуть підвищенню ефективності комбінованих перевезень в міжнародному сполученні.The article deals with the research into dynamic loading of a tank container of improved structure included in a combined train transported by train ferry. In order to define accelerations as a dynamic loading component on the tank container under train ferry vibrations, a mathematical model was built with the method of Lagrange multipliers of the second kind. The research considered angular displacements of the train ferry relative to the longitudinal axle (careen), as the maximum loading of the carrying structure of a flat wagon with tank containers, and also their stability relative to the deck. It was considered that the flat wagon was rigidly fixed relative to the deck, and the tank wagons – relative to the fitting stops and did not have their own degree of freedom under train ferry vibrations, i.e. the only fluid cargo, limited by the tank walls, could vibrate. The mathematical model was solved by the Runge–Kutta method in the MathCad environment. The maximum acceleration on the normal position of the tank container under train ferry vibrations was defined. The general acceleration value also considered the horizontal component of the free fall acceleration conditioned by the train ferry’s angle of heel. The results obtained were considered in the capacity calculation of a tank wagon with the Finite Element Method in the CosmosWorks environment. The calculation showed that the maximum equivalent loads for the improved carrying structure of a tank wagon did not exceed the admissible ones. The results of the research conducted can be applied in designing new generation tank containers; they may also promote higher efficiency of the international combined transportation.