Оптимизация конструкции кузова вагона электропоезда по значению частоты собственных колебаний

摘要

Поиск путей оптимизации конструкции кузова является важным этапом проектирования новых вагонов электропоездов. Снижение массы кузова приводит к облегчению сопряженных с ним частей подвижного состава, сокращению энергозатрат на эксплуатацию и уменьшению износа в системе "колесо - рельс". Снижение массы кузова возможно за счет назначения оптимальной жесткости его основным несущим элементам. Повышение жесткости кузова при неизменной массе также является важной задачей для получения нормативных динамических качеств кузова вагона. Приведен способ оптимизации конструкции кузова, основанный на расчете значения его первой частоты собственных изгибных колебаний. Расчет выполнен методом конечных элементов с использованием упрощенной балочно-оболочечной параметрической модели. В рамках оптимизационных расчетов рассмотрены 3125 рабочих вариантов сечений основных несущих элементов конструкции с разной жесткостью - обвязки и поперечных балок рамы, межоконных стоек и поперечных балок крыши. Проанализирована чувствительность значения частоты собственных колебаний к изменению жесткости основных несущих элементов без учета изменения массы. Получено, что наибольшее влияние на значение частоты оказывает жесткость обвязки и поперечных балок рамы. Показано, что соотношение жесткостей основных несущих элементов не остается постоянным для оптимальных вариантов конструкции и зависит от конструктивного исполнения кузова, целевых значений его массы и жесткости. При ограничении массы возможно выбрать конструкции, которые характеризуются наибольшей общей жесткостью кузова и являются наиболее оптимальными с точки зрения технологичности. При ограничении значений частоты собственных колебаний возможен выбор конструкции кузова с наименьшей массой металла. Представленный подход позволяет принять решения по модификации кузова исходя из требуемых параметров массы и (или) частоты собственных изгибных колебаний. Данный подход может использоваться при предпроектных исследованиях кузовов нового пассажирского подвижного состава.