Приближённый расчет кузова пассажирского вагона. Учет влияния оконных и дверных проемов.

Предварительный подбор сечений основных эле­ментов конструкции производят с помощью простейших расчетных схем.

Когда наружный контур поперечного сечения кузова установлен, за­даются толщиной обшивки, а также формой, размерами и расположением всех продольных элементов (стрингеры, гофры, обвязки, хребтовая балка) и рассчитывают напряжения во всех элементах среднего поперечного се­чения кузова.

Кузов рассматривается как балка и рас­чет ведется для нагрузок по I, II и III режимам. Если применяются материалы, легко корродирующие (например, малоуглеродистые стали), то согласно нормам на проектирование вагонов расчетная толщина обшивки и стенок подкрепляющих стержней должна быть несколько увеличена. При использовании материалов, стойких против коррозии (например, нержа­веющих сталей), толщина обшивки и стенок стержней определяется только прочностью и устойчивостью (запаса на коррозию не требуется).

Если в одной конструкции применяют материалы с разными модулями упругости и, в частности, используют трехслойные пластины, то расчет напряжений проводится по формуле:

Суммарные напряжения сравнивают с допускаемыми напряжениями, а для сжатых элементов, кроме того, — с критическими. Необходимо также рассчитать основную частоту колебаний кузова как единой балки, которая согласно нормам расчета и проектирования вагонов определяется формулой:

ν=k

гдеk — эмпирический коэффициент (k =0,65÷0,8);

= 4,73 (для безопорной свободно колеблющейся в пространстве

балки); 2L— длина кузова; — момент инерции сечения кузова;

m — масса кузова брутто, приходящаяся на единицу длины.

Частота колебаний vдолжна быть не менее 8 Гц.

Подбирая элементы поперечного сечения кузова, рассчитывают ука­занным путем несколько вариантов сочетаний обшивки и продольных под­крепляющих элементов, а затем выбирают из них тот, который имеет наи­меньшую массу при достаточной прочности.

При выполнении предварительных расчетов шкворневые и промежуточные поперечные балки рассматривают как отдельные балки на двух опорах, загруженные заданными внешними силами. Концевую часть хребтовой балки рассчитывают на растяжение и сжа­тие силами, передаваемыми автосцепкой, как брус, концы которого имеют опоры на шкворневой и концевой балках. При таких грубых расчетных схе­мах допускаемые напряжения выбирают путем сравнительных расчетов существующей аналогичной конструкции по таким же схемам.

Сечения стоек боковых и концевых стен и д у г крыши определяют по эмпирическим нормам.

Пояса боковых стен на участках оконного и дверного про­емов под действием поперечных сил получают дополнительные деформации изгиба. Поэтому нормальные напряжения в сечениях кузова складываются из основных напряжений а₀, обусловленных изгибающими моментами М и нормальными силами N для кузова в целом,и дополнительных напряжений а_д.

В приближенном расчете дополнительных напряжений боковые стены рассматривают отдельно от крыши и рамы. Поперечная сила распределяется между поясами пропорционально их жесткости па изгиб. Эпюры дополнительных изгибающих моментов показаны на рисунке:

Например, напряжения в точках 1 и 4 сечения I — I определяются формулами:

σ₁= σ₄=

; ;

 

При расчёте нижнего пояса в зоне дверного проёма необходимо учесть напряжения от местной нагрузки на пояс. Нижний пояс при этом рассматривается как балка с 2 заделанными концами.