Transport engineering Transport engineering Транспортное машиностроение 2782-5957 69332 10.30987/2782-5957-2023-8-26-34 Транспортные системы Transport systems Транспортные системы SIMULATION OF THE BREAKDOWN OF A TANK CAR BOILER BY SAFETY ARCS TAKING INTO ACCOUNT MATERIAL PLASTICITY МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОБОЯ КОТЛА ВАГОНА-ЦИСТЕРНЫ ДУГАМИ БЕЗОПАСНОСТИ С УЧЕТОМ ПЛАСТИЧНОСТИ МАТЕРИАЛА https://orcid.org/0009-0006-5532-5445 Сурнин Артем Юрьевич Surnin Artem Yur'evich mister.surnin@inbox.ru https://orcid.org/0009-0000-0901-6605 Беспалько Сергей Валерьевич Bespal'ko Sergey Valer'evich besp-alco@yandex.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Российский Университет Транспорта (МИИТ) Москва Россия Russian University of Transport (MIIT) Moscow Russian Federation Российский университет транспорта Москва Россия Russian University of Transport Moscow Russian Federation 30 08 2023 30 08 2023 2023 8 26 34 16 05 2023 17 07 2023 https://naukaru.ru/en/nauka/article/69332/view

Цель исследования состоит в моделировании пробоя котла вагона-цистерны дугой безопасности с учетом пластичности материала. В соответствии с этим необходимо решить следующие задачи: разработать методику расчета напряженно-деформированного состояния котла при ударной нагрузке в нелинейной постановке, подобрать рациональные геометрические характеристики броневой пластины и ее толщины. Для их достижения используются методы теории упругости и пластичности, метод конечных элементов. Новизна работы заключается в разработке методики определения напряженно-деформированного состояния котла вагона-цистерны в условиях ударного нагружения с учетом пластичности материала. Результатами исследования являются зависимости энергии деформации и напряжений от скорости удара, поля напряжений, выборка рациональных геометрической формы и толщины броневой пластины. В ходе исследования был проведен ряд расчетов по определению прочностных характеристик котла с различной конфигурацией броневого листа. На основе полученных данных проведена выборка лучшего варианта, который использовался для получения качественной картины решаемой задачи.

The study objective is to simulate the breakdown of a tank car boiler by safety arc, taking into account the material plasticity. In accordance with this, it is necessary to solve the following tasks: to develop a methodology for calculating the stress-strain state of the boiler under shock load in a nonlinear situation, to select rational geometric characteristics of the armor plate and its thickness. To achieve them, the theory of elasticity and plasticity and the finite element method are used. The novelty of the work is in the development of a methodology for finding out the stress-strain state of a tank car boiler under shock loading conditions, taking into account the plasticity of the material. The study results are the dependences of the strain energy and stresses on the impact velocity, stress fields, a sample of rational geometrics and thickness of the armor plate. During the study, a number of calculations were carried out to determine the strength characteristics of the boiler with different configurations of the armor plate. Based on the data obtained, the best options were selected and used to obtain a qualitative picture of the problem being solved.

 : котел цистерна метод конечных элементов теория пластичность течение удар boiler tank finite element method theory plasticity flow impact

Vatulia G., Falendysh A., Orel Y., Pavliuchenkov M. Structural improvements in a tank wagon with modern software packages.Procedia Engineering. 2017;187:301-307. Vatulia G, Falendysh A, Orel Y, Pavliuchenkov M. Structural improvements in a tank wagon with modern software packages. Procedia Engineering. 2017;187:301-307. Евсеев Д. Г., Филиппов В.Н., Петров Г.И., Шебеко Ю.Н., Беспалько С.В. О необходимости формирования единой технической политики для обеспечения пожарной безопасности перевозки опасных грузов по железным дорогам России. Пожаровзрывобезопасность. 2018. Т. 27, № 9. С. 26 - 34. Evseev DG, Filippov VN, Petrov GI, Shebeko YuN, Bespalko SV. On the necessity of forming a unified technical policy to ensure fire safety of transportation of dangerous goods on railways of Russia. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2018;27(9):26-34. Surnin A.Ju., Bespalco S.V., Tarmaev A.A. Modeling of the conditions of breakdown of the tank shell by safety arcs during overturning. AIP Conference Proceedings. 2022;2648:502-512. Surnin AYu, Bespalco SV, Tarmaev AA. Modeling of the conditions of breakdown of the tank shell by safety arcs during overturning. AIP Conference Proceedings. 2022;2648:502-512. Сурнин А.Ю., Беспалько С.В. К вопросу о моделировании разрушения котла железнодорожной цистерны дугами безопасности при опрокидывании. Транспорт Урала. 2022. № 4 (75). С. 21- 27. Surnin AYu, Bespalko SV. On the problem of modeling the destruction of a railway tank boiler by safety arcs during overturning. Transport of the Urals. 2022;4(75):21- 27. Лурье А.И. Теория упругости. М.: Наука, 1970. 940 с. Lurye AI. Theory of elasticity. Moscow: Nauka; 1970. Васин Р.А., Ильюшин А.А., Моссаковский П.А. Исследование определяющих соотношений и критериев разрушения на сплошных и тостостенных трубчатых цилиндрических образцах. Изв. РАН. МТТ. 1994. № 2. С. 177 - 186. Vasin RA, Ilyushin AA, Mossakovsky PA. Study of determining correlations and criteria of destruction on solid and thick-walled tubular cylindrical samples. Mechanics of Solids. 1994;2:177-186. Мейз, Дж. Теория и задачи механики сплошных сред. М.: Изд-во ЛКИ, 2007. 318 с. Maze J. Theory and problems of mechanics of continuous mediums. Moscow: LKI Publishing House; 2007. Баженов В.Г., Баранова М.С., Кибец А.И., Ломунов В.К., Павленкова Е.В. Выпучивание упругопластических цилиндрических и конических оболочек при осевом ударном нагружении. Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. 2010. Т. 152, № 4. С. 86 - 105. Bazhenov VG, Baranova MS, Kibets AI, Lomunov VK, Pavlenkova EV. Buckling of elastic-plastic cylindrical and conical shells under axial shock loading. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki. 2010;152(4):86 - 105. Пестренин В.М., Пестренина И.В., Ландик Л.В. Полянина Е.А. Исследование напряженного состояния в составной пластинке вблизи края линии соединения в зависимости от толщины и материальных параметров соединяющей прослойки. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2014ю.№ 1. С. 153 - 166. Pestrenin VM, Pestrenina IV, Landik LV, Polyanina EA. Study of the stress state in a composite plate near the edge of the connection line depending on the thickness and material parameters of the connecting layer. PNRPU Mechanics Bulletin. 2014;1:153 - 166. Finite element procedures : 2nd edition / Bathe, K.-J. NJ : Prentice Hall, 2014. 1043 p. Bathe, K-J. Finite element procedures: 2nd ed. NJ: Prentice Hall; 2014. Finite elements and approximation / Zienkiewicz, O.C., Morgan K. New York : Wiley, 1983. 328 p. Zienkiewicz OC, Morgan K. Finite elements and approximation. New York: Wiley; 1983. Бокий И.Б. Численный подход к решению контактной задачи взаимодействия двух упругих тел с учетом трения и истории приложения внешнего нагружения. Вестник ЯГУ. 2006. Т.3, № 3. С. 42 - 46. Bokiy IB. Numerical approach to solving the contact problem of the interaction of two elastic bodies, taking into account friction and the history of applying external loading. Vestnik Yakutskogo Gosudarstvennogo Universiteta. 2006;3(3):42 - 46. Jeong DY., Gordon JE., Tang YH., Perlman AB., Yu H. Analysis of railroad tankcar shell impacts using finite element method. ASME. IEEE Joint Raol Conference. 2008;48124:61-70. Jeong DY, Gordon JE, Tang YH, Perlman AB, Yu H. Analysis of railroad tankcar shell impacts using finite element method. ASME. IEEE Joint Raol Conference. 2008;48124:61-70. Золотов Н.Б., Пожарская Е.Д., Пожарский Д.А. К контактным задачам для цилиндра. Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2017. № 2. С. 12 - 14. Zolotov NB, Pozharskaya ED, Pozharsky DA. On contact problems for cylinder. Izvestiya Vuzov. Severo-Kavkazskii Region. Natural Science. 2017;2:12-14. Mechanical properties of materials / Pelleg J. Dordrecht: Springer, 2013. 634 p. Pelleg J. Mechanical properties of materials. Dordrecht: Springer; 2013.