Рама проектируемого вагона рассчитывается на прочность методом конечных элементов (МКЭ) с помощью программы WinMachine 2005.
МКЭ с точки зрения математики - это метод численного решения дифференциальных уравнений, которое в физике и техники описывает поведение сплошной среды.
Процедура прочностных расчетов с использованием МКЭ представляет собой следующую последовательность:
Производится идеализация конструкции – представляется в виде расчетной схемы.
Производится выбор типа используемых конечных элементов.
Общая расчетная схема разбивается на конечные элементы – составляется расчетная схема по МКЭ.
Производится нумерация узлов и узловых перемещений конечных элементов.
Рассчитываются координаты узлов.
Рассчитываются геометрические конечных элементов.
Производится расчет матриц жесткости конечных элементов в местной системе координат.
Производится расчет матриц направляющих косинусов.
Матрицы жесткости полученные в местной системе координат приводятся к общей системе координат.
Производится формирование матрицы жесткости системы в целом.
Производится учет условий закрепления конструкций.
Производится расчет грузовых векторов конечных элементов в местной системе координат, эти вектора приводятся к общей системе координат.
Производится формирование грузового вектора системы в целом.
Как и для матрицы жесткости производится учет условий закреплений.
Производится решение основного уравнения МКЭ и находятся неизвестные узловые перемещения.
Для каждого конечного элемента формируется вектор узловых перемещений с учетом найденного решения и условий закрепления конструкции.
Полученные векторы приводятся к местной системе координат.
Производится расчет векторов узловых усилий.
По известным значениям узловых усилий и внешней нагрузки приложенной внутри конечных элементов находятся напряжения.
Производится анализ напряженно – деформированного состояния конструкции.
Для расчета рамы на прочность, принимается часть конструкции.
Расчет рамы производится по 1 режиму нагружения, при приложении продольной квазистатической нагрузки.
Рассчитывается 2 случая:
Приложение сжимающей продольной нагрузки – 3 МН.
Приложение растягивающей нагрузки – 2,5 МН.
При расчете по 1 режиму не учитывается динамическая нагрузка.
Расчетная схема образуется стержнями лежащими в одной плоскости на уровне центра тяжести сечений хребтовой балки в консольной части рамы.