Деркач Б. А., Поршнев П. В., Вучетич И. И., Ляпшин К. Н., Хальненков Р. В. Аналитические зависимости для оценки усталостной прочности деталей и узлов железнодорожных транспортных средств по результатам обработки процессов динамических напряжений методом «: текстовая версия

Выведена формула, которая позволяет определить амплитуды эквивалентных напряжений при оценке усталостной прочности конструкций подвижного состава при схематизации случайных процессов динамических напряжений методом «дождя».

Для обработки результатов испытаний широко применяется схематизация случайных процессов методом «дождя». Такое название поясняется аналогией линий, соединяющих соседние экстремумы, при представлении оси времени, направленной вертикально вниз, с последовательностью крыш, по которым стекают потоки дождя [1]. Размах, соответствующий некоторому потоку дождя, равен расстоянию, пройденному потоком по горизонтали, т. е. проекции потока на горизонтальную ось. Каждый размах соответствует одному полуциклу напряжений. Амплитуда напряжений, полученная при схематизации процесса методом «дождя» (дальше – амплитуда «дождя»), равна половине размаха.

Широкое распространение метода «дождя» объясняется тем, что он удобен для автоматизации обработки экспериментальных данных.

Процессы изменения динамических напряжений в деталях железнодорожных транспортных средств имеют сложную структуру. На рис. 1 в качестве примеров приведены фрагменты реализаций напряжений в нижнем поясе рамы моторной тележки электропоезда.

Структура процесса характеризуется коэффициентом широкополосности – величиной, обратной коэффициенту нерегулярности процесса [1], т. е. отношением числа экстремумов к числу нулей.

По данным испытаний электропоездов, дизельных поездов, электровозов и пассажирских вагонов средние значения коэффициентов широкополосности находятся в пределах 2,5–8,0 при пропускании записей через 20-герцовый фильтр. Без фильтрации коэффициент сложности процессов достигает 50, а в некоторых случаях и превышает это значение.

С увеличением скорости движения значение коэффициента широкополосности уменьшается. На рис. 2–4 приведены графики изменения коэффициента широкополосности в зависимости от скорости для процессов изменения динамических напряжений в продольных балках рам тележек дизельного поезда, электропоезда и электровоза, соответственно.

Величина коэффициента сложности влияет на характер распределения амплитуд «дождя». На рис. 5 показано изменение распределения амплитуд «дождя» для напряжений в нижнем поясе продольной балки электровоза. При значениях коэффициента широкополосности более трех вероятности всех амплитуд, за исключением наиболее низкого уровня, близки к нулю. При коэффициентах широкополосности, близких к единице, распределение амплитуд близко к экспоненциальному.

На рис. 6 приведены графики плотности гамма-распределения для различных значений параметров распределения.

Из сравнения экспериментальных распределений с графиками двухпараметрического распределения следует, что распределение амплитуд напряжений, полученных методом «дождя», может быть описано двухпараметрическим гамма-распределением с параметрами: масштаба λ = aКш, формы, a и b – экспериментальные коэффициенты, зависящие от вида подвижного состава и размерности, σ– – среднее значение амплитуды, определенной методом «дождя». На рис. 7 приведены теоретическое и экспериментальное распределения для процесса динамических напряжений в продольной балке рамы тележки пассажирского вагона.
Авторы:  Деркач Б. А., Поршнев П. В., Вучетич И. И., Ляпшин К. Н., Хальненков Р. В.
Источник:  Транспорт РФ. 2015. № 3 (58). С. 28–30.
Ключевые слова:  усталостная прочность конструкций, метод «дождя»
Контакты:  btc@btcentr.com