Obliczenia wytrzymałościowe kompozytowych klocków hamulcowych z wykorzystaniem MES

Seria: T R A N SPO R T z. 48 N r kol. 1604

Adam M A Ń K A

O BLICZENIA W Y T R Z Y M A Ł O ŚC IO W E K O M PO Z Y T O W Y C H K LOCKÓ W H A M U L C O W Y C H Z W Y K O R Z Y ST A N IE M M ES

S treszczen ie. W artykule przedstaw iono w ybrane problem y zw iązane ze stosow aniem kolejowych klocków h am ulcow ych w ykonanych z żeliw a PIO i prop o zy cję m etodyki obliczeń w ytrzym ałościow ych now ych konstrukcji klocków w ykonanych z m ateriałów kom pozytow ych. M etodykę obliczeń num erycznych oparto na superpozycji w yników otrzym anych z dw óch m odeli: m odelu zjaw isk term icznych i m odelu zjaw isk m echanicznych zachodzących podczas ham ow ania. P rzedstaw iono rów nież schem at optym alizacji konstrukcji klocków ham ulcow ych ze w zględu na m inim um naprężeń pow stających podczas ham ow ania przy użyciu połączenia program u A N SY S oraz algorytm u ew olucyjnego.

STRENGTH CALCULATION OF COMPOSITE BREAK SHOE WITH FEM UTILIZATION

S u m m a ry . T he p ap er presen t chosen problem w ith using railw ay brake shoe m ade from cast iron P10 and pro p o sitio n o f m ethodology o f strength calculation in railw ay break shoe m ade from com posite m aterial. M ethodology o f num erical calculation based on results superposition from therm al and m echanical m odel o f phenom enon proceed during braking.

The paper present also schem e o f optim ization o f railw ay brake shoe construction w ith use evolutionary algorithm and program A N SY S.

1. W S T Ę P

S to s o w a n e o b e c n ie w p o ls k im ta b o rz e k o le jo w y m w s ta w k i k lo c k ó w h a m u lc o w y c h w y tw a rz a n e s ą j a k o o d le w y z ż e liw a PIO . Z a ró w n o o p ra c o w a n e m a te ria ły s to s o w a n e n a w s ta w k i h a m u lc o w e , j a k i te c h n o lo g ia ic h w y tw a rz a n ia , s ię g a ją la t s z e ś ć d z ie s ią ty c h X X w . N ie w ie lk ie m o d y f ik a c je s k ła d u c h e m ic z n e g o m a te ria łu , p o le g a ją c e g łó w n ie n a d o d a n iu fo s fo ru w ilo ś c i 1% , je d y n ie n ie z n a c z n ie s k o ry g o w a ły s z e re g w a d p rz y p is y w a n y c h ż e liw n y m k lo c k o m h a m u lc o w y m . P o d c z a s h a m o w a n ia w s ta w k a m i w y k o n a n y m i z te g o m a te ria łu b a rd z o c z ę s to o b s e rw o w a n o in te n sy w n e is k rz e n ie , k tó r e b y w a ło p r z y c z y n ą p o ż a ró w w o k o lic a c h to ro w is k a . D o d a tk o w o h a m o w a n iu w o k re ś lo n y c h w a ru n k a c h , s z c z e g ó ln ie p r z y n ie w ie lk ic h p rę d k o ś c ia c h , to w a rz y s z y ło p is z c z e n ie w sta w e k . C z ę s to tliw o ś ć g e n e ro w a n e g o h a ła s u w a h a ła s ię w o k o lic a c h o d 8 0 0 d o 10 0 0 H z , c z y li c z ę s to tliw o ś c ia c h d o b rz e s ły s z a ln y c h d la c z ło w ie k a . O p ró c z w y m ie n io n y c h w a d , w s ta w k i h a m u lc o w e w y k o n a n e z ż e liw a w y k a z y w a ły r ó w n ie ż b r a k s ta b iln o ś c i w s p ó łc z y n n ik a ta r c ia d la p rę d k o ś c i h a m o w a n ia

p o n iżej 35 [k m /h ]. D o w y m ie n io n y c h w ad m o ż n a d o d a ć ró w n ie ż n is k ą trw a ło ś ć w s ta w e k h a m u lc o w y c h w y k o n a n y c h z ż e liw a , c o w re a lia c h k o n ie c z n o ś c i fu n k c jo n o w a n ia k o le i n a p ra w a c h ry n k o w y c h b y ło je d n y m z g łó w n y c h p o w o d ó w p ro w a d z e n ia p ra c m a ją c y c h z a z a d a n ie p o s z u k iw a n ie n o w y c h k o n s tru k c ji k o le jo w y c h w sta w e k h a m u lc o w y c h . R ó w n ie is to tn ą p rz y c z y n ą p o s z u k iw a n ia n o w y c h ro z w ią z a ń k o n s tru k c y jn y c h k o le jo w y c h w s ta w e k h a m u lc o w y c h b y ły w y m o g i s ta w ia n e k o le jo m p o p rz e z p r z e p is y U n ii E u ro p e js k ie j z w ią z a n e z b e z p ie c z e ń s tw e m w tra n s p o rc ie sz y n o w y m i o c h r o n ą ś r o d o w is k a . D la te g o te ż , p o d e jm o w a n e w K a te d rz e T ra n s p o rtu S z y n o w e g o (K T S ) p r a c e z w ią z a n e z p r o je k to w a n ie m n o w y c h ro z w ią z a ń k o n s tru k c y jn y c h k o le jo w y c h w s ta w e k h a m u lc o w y c h n a s ta w io n e s ą n a p o s z u k iw a n ie ro z w ią z a ń s p e łn ia ją c y c h z a ró w n o w y m o g i w y trz y m a ło ś c io w e i e k s p lo a ta c y jn e , j a k i w y m a g a n ia z a p e w n ie n ia b e z p ie c z e ń s tw a w tra n s p o rc ie i o c h ro n ie ś ro d o w is k a [1],

2. M E T O D Y K A O B L I C Z E Ń W Y T R Z Y M A Ł O Ś C IO W Y C H K O L E J O W Y C H K L O C K Ó W H A M U L C O W Y C H

P ro w a d z o n e d o tej p o ry p ra c e n ad p o s z u k iw a n ie m n o w y c h ro z w ią z a ń k o n s tru k c y jn y c h , o g r a n ic z a ły s ię g łó w n ie d o w p ro w a d z a n ia z m ia n s k ła d u c h e m ic z n e g o m a te ria łu s to s o w a n e g o n a w sta w k i h a m u lc o w e , a n a s tę p n ie do w y k o n y w a n ia b a d a ń n a s ta n o w is k a c h w sk a li rz e c z y w is te j p o p rz e z w y k o n y w a n ie sz e re g u z a h a m o w a ń p rz e w id z ia n y c h w n o rm a c h k a r t U IC i p o ró w n y w a n ia o trz y m a n y c h w y n ik ó w . P o d e jś c ie ta k ie n ie g w a ra n tu je u z y s k a n ia m o ż liw ie n a jle p sz y c h w ła s n o ś c i w s ta w e k h a m u lc o w y c h w k ró tk im o k re s ie c z a su . D la te g o te ż w K a te d rz e p ro w a d z i s ię p r a c e n a d o p ra c o w a n ie m m e to d y k i p o s z u k iw a n ia m e to d a m i in ż y n ie rsk im i n o w y c h k o n s tru k c ji ró ż n y c h ty p ó w k o le jo w y c h w s ta w e k h a m u lc o w y c h p o p rz e z s to s o w a n ie o b lic z e ń w y trz y m a ło ś c io w y c h z w y k o rz y s ta n ie m M E S .

W y m a g a n ia s ta w ia n e k lo c k o m h a m u lc o w y m w y n ik a ją g łó w n ie z e k s tre m a ln y c h o b c ią ż e ń te r m ic z n y c h o ra z o b c ią ż e ń m e c h a n ic z n y c h p o w s ta ły c h p o d c z a s h a m o w a n ia . D la te g o te ż , w c e lu z a m o d e lo w a n ia n a p rę ż e ń p o w s ta ją c y c h w tr a k c ie h a m o w a n ia w e w sta w c e h a m u lc o w e j n a le ż y w z ią ć p o d u w a g ę n a p rę ż e n ia m e c h a n ic z n e p o c h o d z ą c e o d z m ia n te m p e ra tu r o ra z w y s tę p u ją c e je d n o c z e ś n ie n a p rę ż e n ia m e c h a n ic z n e w y n ik a ją c e z s ił h a m o w a n ia . Z ło ż o n o ś ć z ja w is k z a c h o d z ą c y c h p o d c z a s h a m o w a n ia sp o w o d o w a ła k o n ie c z n o ś ć d e k o m p ila c ji z a d a n ia m o d e lo w a n ia n a d w ie c z ę śc i:

m o d e lo w a n ie z ja w is k te r m ic z n y c h o ra z m o d e lo w a n ie z ja w is k m e c h a n ic z n y c h . W y n ik i pól te m p e ra tu r u z y s k a n e z p ie r w s z e j cz ę śc i m o ż n a z a im p o rto w a ć d o m o d e lu o b c ią ż e ń m e c h a n ic z n y c h . R ó ż n ic e te m p e r a tu r w m o d e lu o b c ią ż e ń m e c h a n ic z n y c h p rz e lic z a n e s ą n a n a p rę ż e n ia m e c h a n ic z n e . T a k o b c ią ż o n y m o d e l o b c ią ż a n y j e s t n a s tę p n ie siła m i w y n ik a ją c y m i z h a m o w a n ia , a u z y s k a n e w y n ik i n a p rę ż e ń w e w s ta w c e h a m u lc o w e j s ta n o w ią s u p e r p o z y c ję n a p rę ż e ń w y n ik a ją c y c h z o b c ią ż e ń te r m ic z n y c h i m e c h a n ic z n y c h p o w s ta ją c y c h p o d c z a s h a m o w a n ia .

W w y n ik u k o le jn y c h p ró b m o d e lo w a n ia z ja w is k z a c h o d z ą c y c h w e w s ta w c e h a m u lc o w e j p o d c z a s h a m o w a n ia o p ra c o w a n o s c h e m a t ic h m o d e lo w a n ia - r y s .l . S c h e m a t te n u w z g lę d n ia k o n ie c z n o ś ć id e n ty fik a c ji w ie lu w a rto ś c i w ie lk o ś c i fiz y c z n y c h c h a ra k te ry z u ją c y c h z a ró w n o sto s o w a n e m a te ria ły , j a k i c a ły u k ła d k o ło -

k lo cek h a m u lc o w y . S c h e m a t p o s tę p o w a n ia p rz y m o d e lo w a n iu n o w e j k o n s tru k c ji k lo c k ó w h a m u lc o w y c h s k ła d a s ię z k ilk u e ta p ó w .

E ta p y m o d e lo w a n ia z ja w is k w u k ła d z ie k o ło - k lo c e k h a m u lc o w y w celu

w , b a d a „ ta m i)

P o s z u k iw a n ie w ła s n o ś c i m a te r ia łu : - w ła sn o ś c i m e c h a n ic z n e m a te ria łó w , - w ła sn o ś c i te r m ic z n e m a te ria łó w .

; ==ą = ---

2 2

a a a

a a

B a d a n ia la b o r a to r y jn e

W s tę p n e b a d a n ia sta n o w is k o w e w sk a li 1:1

M o d e lo w a n ie w y b ra n y c h z ja w is k z a c h o d z ą c y c h w e w s ta w c e p o d c z a s h a m o w a n ia

3 2

M o d e l o b c ią ż e ń te r m ic z n y c h : - id e n ty fik a c ja s u m a ry c z n y c h o b c ią ż e ń

c ie p ln y c h w y n ik a ją c y c h z m o c y h a m o w a n ia (s tru m ie ń c ie p ła ),

- id e n ty fik a c ja w ła s n o ś c i te r m ic z n y c h u k ła d u ( a .) n a p o d s ta w ie z n a jo m o ś c i p ó l te m p e ra tu r w c z a s ie h a m o w a n ia

M o d e l o b c ią ż e ń m e c h a n ic z n y c h m o d e l o b c ią ż e ń m e c h a n ic z n y c h w y n ik a ją c y c h z sił h a m o w a n ia ,

- b u d o w a m o d e lu z ło ż o n e g o z k o ła i k lo c k a h a m u lc o w e g o , p o z w a la ją c e g o na o k re ś le n ie u d z ia łu p ro c e n to w e g o s tru m ie n ia c ie p ła n a k o ło i k lo c e k h a m u lc o w y ,

...

- u p ro s z c z o n y m o d e l k lo c k a , o b c ią ż o n y w y z n a c z o n ą w a r to ś c ią s tru m ie n ia ,

2

K o ń c o w y m o d e l o b c ią ż e ń k lo c k a , b ę d ą c y s u p e r p o z y c ją o b c ią ż e ń m e c h a n ic z n y c h w y n ik a ją c y c h z n a p rę ż e ń c ie p ln y c h (m o d e lo w a n y c h ja k o n a p rę ż e n ia w e w n ę trz n e k lo c k a (p .8 )), o ra z n a p rę ż e ń m e c h a n ic z n y c h w y n ik a ją c y c h z z e w n ę trz n y c h sił P O L E T E M P E R A T U R (p lik * .rth ) h a m o w a n ia (p .9 ). [ J ą

[ ^{Z J}

i— — — — — — — —— — — — — — — — — — — — — — — — —— — ^

O p ty m a liz a c ja g e o m e trii k o n s tru k c ji k lo c k a h a m u lc o w e g o ze w z g lę d u n a m in im u m

J E l

n a p rę ż e ń p o w s ta ją c y c h p o d c z a s h a m o w a n ia (o p c jo n a ln ie )

Rys. 1. Schem at m etodyki obliczeń w ytrzym ałościow ych kolejow ych klocków ham ulcow ych Fig. 1. Schem e o f m eth o d o lo g y o f strength calculation in railw ay break shoe

Z a k ła d a s ię w s tę p n ie , ż e n a w e jś c iu d o p ro c e s u m o d e lo w a n ia z n a jd u je s ię n o w y m a te ria ł k o n s tru k c y jn y , k tó r e g o p rz y d a tn o ś ć d o w y k o rz y s ta n ia n a k o le jo w e k lo c k i h a m u lc o w e z o s ta n ie p o d d a n a w e ry fik a c ji w p ó ź n ie js z y m e ta p ie p o p rz e z w s tę p n e b a d a n ia s ta n o w is k o w e (p .4 , r y s . l ) . Z a ło ż o n o ró w n ie ż m o ż liw o ś ć o p ty m a liz a c ji g e o m e trii k o n s tru k c ji k lo c k a h a m u lc o w e g o ze w z g lę d u n a m in im u m n a p rę ż e ń w y n ik a ją c y c h z e z ja w is k c ie p ln y c h i m e c h a n ic z n y c h w y s tę p u ją c y c h p o d c z a s h a m o w a n ia (ry s. 1- p . l l , ry s . 6).

C h c ą c p rz e p r o w a d z ić o b lic z e n ia w y trz y m a ło ś c io w e k lo c k ó w h a m u lc o w y c h o n o w ej k o n s tru k c ji, n a le ż y p o s ia d a ć sz e re g w a rto ś c i ró ż n y c h w ie lk o ś c i fiz y c z n y c h o p is u ją c y c h w ła s n o ś c i c ie p ln e i m e c h a n ic z n e b a d a n e g o m a te ria łu . P o d s ta w o w e w ie lk o śc i o p is u ją c e w ła s n o ś c i m e c h a n ic z n e p rz e d s ta w ia ta b lic a 1, ta b lic a 2 n a to m ia s t - w ła sn o ś c i te r m ic z n e b a d a n y c h m a te ria łó w .

T ablica 1 W łasności m echaniczne m ateriału

Lp. W łasności mechaniczne m ateriału

Mechanical property

Jednostka Unit

1 Gęstość (Density p) [g/cm3]

2 Moduł Younga E (Young’s modulus) j

3 Współczynnik Poissona v (Poisson’s modulus)

T ablica 2 Własności termiczne materiału

Lp. W łasności term iczne m ateriału

Thermal property

Jednostka Unit

1 Współczynnik rozszerzalności cieplnej

Thermal expansion coefficient a [K ']

2 Współczynnik emisji cieplnej

Thermal emission coefficient

3 Ciepło właściwe Specific heat c n 1fC>}

4 Współczynnik przewodnictwa cieplnego

Thermal conduction coefficient- conductivity X [W-m'-K1]

C h c ą c z a m o d e lo w a ć p o d s ta w o w e z ja w is k a z a c h o d z ą c e w e w s ta w c e p o d c z a s h a m o w a n ia , n a le ż y o p r ó c z w ła s n o ś c i o p is u ją c y c h m a te ria ł, p o s ia d a ć in f o rm a c je o w a rto ś c ia c h p a ra m e tr ó w o p is u ją c y c h u k ła d k o ło - k lo c e k h a m u lc o w y - ta b lic a 3.

T ablica 3 P o d staw o w e w łasności m echaniczne, term iczne

____________ i konstrukcyjne układu____________

Lp. W łasność układu

Mechanical property

Jednostka U nit 1

Współczynnik tarcia w funkcji prędkości, nacisku i temperatury

Friction coefficient 2

Współczynnik przejmowania ciepła a ) dla powierzchni zewnętrznych klocka i koła

Convection (film) coefficient

[W/m2K]

3

Przestrzenna geometria koła i klocka hamulcowego Three-dimensional geometry of wheel

and brake shoe

(rysunki 2 i 3D)

P o s z u k iw a n ie w a r to ś c i w ie lk o ś c i fiz y c z n y c h n ie z b ę d n y c h d o p ra w id ło w e g o z a m o d e lo w a n ia u k ła d u k lo c e k - k o ło h a m u lc o w e p o w in n o s ta n o w ić p ie r w s z y e ta p p rac (ry s. 1 p . l i p .3 ). P o d c z a s p ra c p ro w a d z o n y c h p r z e z K a te d rę d o w y z n a c z e n ia w ła sn o śc i m e c h a n ic z n y c h m a te ria łu w y k o rz y s ta n o p ró b k i z b a d a n y c h m a te ria łó w i p rz e p ro w a d z o n o b a d a n ia n a m a s z y n ie w y trz y m a ło ś c io w e j I N S T R O N (ry s. 2).

W stę p n e b a d a n ia s ta n o w is k o w e ( r y s .l p .4 ) p rz e p r o w a d z a s ię w c e lu w s tę p n e g o o k re ś le n ia p rz y d a tn o ś c i b a d a n e g o m a te ria łu n a w s ta w k i h a m u lc o w e , a ta k ż e w c e lu w y z n a c z e n ia w a rto ś c i w s p ó łc z y n n ik a ta rc ia w fu n k c ji p rę d k o ś c i, n a c is k u i te m p e ra tu ry p ró b k i.

Rys. 2. B adania w łasności m echanicznych m ateriału Fig. 2. R esearch o f m aterial m echanical property

D la d a n e j g r u p y m a te ria łó w , z e w z g lę d u n a d u ż y w p ły w w s p ó łc z y n n ik a p rz e jm o w a n ia c ie p ła n a d o k ła d n o ś ć w y n ik ó w o b lic z e ń p ó l te m p e ra tu r, c e lo w e je s t ró w n ie ż w y k o n a n ie b a d a ń z g o d n y c h z w y m a g a n ia m i k a rt U IC 504-1 n a s ta n o w is k u b e z w ła d n o ś c io w y m w s k a li 1:1 (ry s. 1, p .6 ). W y k o n a n e w K a te d rz e b a d a n ia z m ia n p ó l te m p e ra tu r p o z w o liły w y z n a c z y ć w a rto ś c i w s p ó łc z y n n ik a p rz e jm o w a n ia c ie p ła p o p rz e z k o n w e k c ję a ,, d la w s z y s tk ic h p o w ie rz c h n i w s ta w k i h a m u lc o w e j. W ie lk o ś c i te s ą tru d n e d o w y z n a c z e n ia n a d ro d z e a n a lity c z n e j z e w z g lę d u n a ic h s iln ą z a le ż n o ś ć od g e o m e trii i te m p e ra tu ry w s ta w k i, p rę d k o ś c i i te m p e ra tu ry stru g i p rz e p ły w a ją c e g o p o w ie trz a o ra z ro d z a ju s to s o w a n e g o n a w sta w k i m a te ria łu . W ie lk o ś c i te n ie s ą ró w n ie ż d o s tę p n e w lite r a tu rz e (z n a n e s ą je d y n ie w sp ó łc z y n n ik i a , d la ty p o w y c h k ó ł k o le jo w y c h ). W y z n a c z e n ie w s p ó łc z y n n ik ó w p r z e jm o w a n ia c ie p ła ( a ,) d la w s z y s tk ic h p o w ie rz c h n i w s ta w k i b y ło m o ż liw e d z ię k i re je s tra c ji w a rto ś c i te m p e ra tu r w sz e s n a s tu p u n k ta c h w sta w k i i p ó ź n ie js z e j w iz u a liz a c ji p rz e b ie g u z m ia n p ó l te m p e ra tu r. P rz y k ła d o trz y m a n y c h p rz e b ie g ó w i p ó l te m p e ra tu r p o w iz u a liz a c ji w s p e c ja ln ie n a p is a n y m d o te g o ce lu p ro g r a m ie ” T m p 1” p r z e d s ta w io n o n a ry s u n k u 3.

W a rto śc i w s p ó łc z y n n ik ó w p rz e jm o w a n ia c ie p ła , o trz y m a n o p o p rz e z p o ró w n a n ie p rz e b ie g ó w i p ó l te m p e r a tu r w s ta w k i h a m u lc o w e j u z y s k a n e n a p o d s ta w ie b a d a ń s ta n o w is k o w y c h z w y n ik a m i o trz y m a n y m i w p ro g r a m ie A N S Y S i k o le jn y m i z m ia n a m i w a rto ś c i ty c h w s p ó łc z y n n ik ó w a ż d o m o m e n tu u z y s k a n ia ro z k ła d u te m p e ra tu r w e w s ta w c e w y s ta r c z a ją c o z b liż o n y c h d o w y n ik ó w b a d a ń .

W y k o n a n y , w p r o g r a m ie A N S Y S , m o d e l u k ła d u k o ło - k lo c e k h a m u lc o w y j e s t o b c ią ż a n y s u m a ry c z n y m s tru m ie n ie m c ie p ln y m o w a rto ś c i w y n ik a ją c e j z m o c y

h a m o w a n ia z a s to s o w a n e j p o d c z a s b a d a ń s ta n o w is k o w y c h (z a ło ż e n ie c a łk o w ite j z a m ia n y m o c y h a m o w a n ia n a c ie p ło p ro c e s u ta rc ia ). O trz y m a n e ite ra c y jn ie w a rto ś c i a j b ę d z ie m o ż n a w ie lo k r o tn ie w y k o rz y s ty w a ć d la o b lic z e ń te r m ic z n y c h w s ta w e k h a m u lc o w y c h w y k o n a n y c h z m a te ria łó w o p o d o b n y c h w ła s n o ś c ia c h te r m ic z n y c h b e z k o n ie c z n o ś c i p o w tó rn e g o ic h w y z n a c z a n ia n a b a z ie p o ró w n a n ia w s tę p n y c h w y n ik ó w b a d a ń z p o la m i te m p e r a tu r w m o d e lu w s ta w k i w y g e n e ro w a n y m i p r z e z p ro g r a m A N S Y S . O p ró c z w a rto ś c i w s p ó łc z y n n ik ó w a ¡, ró w n ie ż w a rto ś ć p ro c e n to w e g o u d z ia łu c a łk o w ite g o s tru m ie n ia c ie p ła d z ia ła ją c e g o n a w s ta w k ę j e s t w ie lk o ś c ią z n a n ą w lite ra tu rz e ty lk o d la ż e liw a P IO (3 0 % c a łk o w ite g o s tru m ie n ia c ie p ła o d d z ia łu je n a w sta w k ę ). D la te g o te ż w c e lu u p ro s z c z e n ia d a ls z y c h e ta p ó w o b lic z e ń n u m e r y c z n y c h , z b u d o w a n o o d p o w ie d n i m o d e l n u m e r y c z n y u k ła d u k o ło - k lo c e k h a m u lc o w y , p o z w a la ją c y n a o k re ś le n ie te j w a rto ś c i d la d a n e g o m a te ria łu ( r y s .l , p .7 ). M o d e l te n z a w ie ra k o ło i k lo c e k h a m u lc o w y o g e o m e trii z g o d n e j z g e o m e tr ią u k ła d u w y k o rz y s ty w a n e g o d o b a d a ń sta n o w is k o w y c h .

Rys. 3. Program ”T m p _ l” z w ykresam i zm ian w artości tem peratur w e w staw ce Fig. 3. Program ”T m p _ l” w ith chart o f tem perature value in break shoe

B io rą c p o d u w a g ę , ż e p r z e d s ta w io n y u k ła d j e s t s y m e try c z n y , z a m o d e lo w a n o w y łą c z n ie p o ło w ę k lo c k a i j e d n ą c z w a r tą k o ła - ry s .4 . P o w y z n a c z e n iu u d z ia łu p ro c e n to w e g o s tru m ie n ia c ie p ła , k tó r e d z ia ła n a w s ta w k ę h a m u lc o w ą , n a s tę p n y e ta p o b lic z e ń , w ty m o p ty m a liz a c ję ( r y s . l . p. 11) p r z e p r o w a d z a ć m o ż n a n a m o d e lu , k tó ry n ie z a w ie ra j u ż k o ła (e lim in a c ja d u ż e j lic z b y ró w n a ń , k o n ie c z n y c h d o r o z w ią z a n ia w M E S ).

AN

Rys. 4. M odel układu koło - klocek ham ulcow y do w yznaczania procentow ego udziału całkow itego strum ienia ciepła

Fig. 4. M odel o f w heel - b reak shoe system for participation o f heat flux in percentage term evaluate

D o d a ls z y c h e ta p ó w o b lic z e ń w y trz y m a ło ś c io w y c h w y k o rz y s ta n y j e s t m o d e l sam e g o k lo c k a h a m u lc o w e g o (ry s. 5a).

Rys. 5. U proszczony m odel n u m ery czn y klocka ham ulcow ego Fig. 5. R educed o f b rak e shoe num erical m odel

D o o b lic z e ń n a p rę ż e ń w y n ik a ją c y c h z o b c ią ż e ń c ie p ln y c h w y k o rz y s tu je s ię m o d e l k lo c k a o b c ią ż o n y s tr u m ie n ie m c ie p ln y m n a p o w ie rz c h n i k o n ta k tu - o w c z e ś n ie j w y z n a c z o n e j w a rto ś c i - ry s. 5e. P o z o s ta ły m p o w ie rz c h n io m p rz y p is u je s ię k o n w e k c ję o w a rto ś c ia c h w y z n a c z o n y c h n a p o d s ta w ie w c z e ś n ie js z y c h a n a liz , c o p o k a z a n o n a ry su n k u 1 - p .5 ,6 ,7 i 5b. W y z n a c z o n e w te n s p o s ó b p o la te m p e r a tu r s ta n o w ią o b c ią ż e n ie p o c z ą tk o w e d la d a ls z y c h o b lic z e ń w y trz y m a ło ś c io w y c h w y n ik a ją c y c h z

o b c ią ż e ń m e c h a n ic z n y c h - r y s .5 c,f. K o ń c o w y w y n ik p o la n a p rę ż e ń sta n o w i s u p e rp o z y c ją n a p rę ż e ń w y n ik a ją c y c h z o b c ią ż e ń te r m ic z n y c h i m e c h a n ic z n y c h .

3. P R O J E K T O P T Y M A L I Z A C J I K O N S T R U K C J I K O L E J O W Y C H K L O C K Ó W H A M U L C O W Y C H

N a p o d s ta w ie p r o w a d z o n y c h b a d a ń i p rz e p r o w a d z o n e j a n a liz y lite r a tu ro w e j m o ż n a s tw ie rd z ić , że o p ró c z w ła s n o ś c i sto s o w a n e g o n a k lo c k i h a m u lc o w e m a te ria łu , z n a c z ą c y w p ły w n a ro z k ła d i w ie lk o ś ć n a p rę ż e ń w e w s ta w c e p o w s ta ją c y c h w c z a sie h a m o w a n ia m a r ó w n ie ż j e g o g e o m e tria . D la te g o te ż k o le jn y m e ta p e m p ro w a d z o n y c h p ra c b ę d z ie o p ra c o w a n ie a lg o r y tm u o p ty m a liz a c ji k o n s tru k c ji w s ta w k i z e w z g lę d u n a m in im u m n a p rę ż e ń p o w s ta ły c h p o d c z a s h a m o w a n ia . P ro je k t ta k ie g o a lg o ry tm u p rz e d s ta w io n y z o s ta ł n a ry s u n k u 6.

Rys. 6. O ptym alizacja konstrukcji w staw ek kolejow ych k locków ham ulcow ych przy użyciu algorytm u ew olucyjnego i program u A NSYS

Fig. 6. O ptim ization o f railw ay brake shoe construction w ith use evolutionary algorithm and program A N SY S

Je s t o n o p a rty n a m o d u le g e n e ro w a n ia n o w e j g e o m e trii w s ta w k i (u k s z ta łto w a n ie d y la ta c ji) n a p o d s ta w ie w c z e ś n ie js z y c h re z u lta tó w o b lic z e ń o tr z y m a n y c h w p ro g r a m ie A N S Y S . W y n ik ie m o b lic z e ń o m a w ia n e g o a lg o ry tm u b ę d z ie g e o m e tria w s ta w k i h a m u lc o w e j o z a d a n y c h w c z e ś n ie j o g ra n ic z e n ia c h k o n s tru k c y jn y c h (g a b a ry ty , o g ra n ic z e n ia te c h n o lo g ic z n e ) o ta k im u k s z ta łto w a n iu d y la ta c ji, k tó r a u m o ż liw i z m in im a liz o w a n ie n a p rę ż e ń w e w s ta w c e p o w s ta ły c h w w y n ik u h a m o w a n ia .

START

M O D UŁ GENEROW ANIA LISTINGU M ODELU

Generowani* listingu dla p r o « ¿ m u A H $Y$.

zawierającego geom etrię, dane materiałowe i obc i \z e m i modelu

M O DUŁ GENEROW ANIA NOWEJ GEOM ETRII G eneruje now.* geom etrię w op¿retu o bazę wcześniejszych wyników ana I12 uzyskanych w program ie AHSXS

riór geometrii bazowych

PROGRAM Ą N SX 5 - OBLICZENIA NUMERYCZNE O bliczenia num eryczne obciążeń m echanicznych i te rm icm y ch dla w ygenerowanego w cześniej giodęłą ze zm odyfikowaną geom etrią w programie

m yj

M O D U Ł O P T Y M A L IZ A C JI O ptym alizacja parametrów konstrukcyjnych w stawki kolejowego klocka hamulcowego ze w zględu na minimalizację 'w ystępujących podczas ham ow ania naprężeń cieplnych i m echanicznych.

Wzorzec lu t ulga * Ijg do programu

Wygenerowane modele + wyniki obliczeń MES + uzyskana ocena i informacje

ckł*Jńxeiys.tyę3rt* W YNIKI

A L G O R Y T M E W O L U C Y JN Y 1. Selekcja genów.

2 K rzyzowarue 3. Mutacja

Tem peratura m aksymalna, rćenica temperatur, rozkład tem peratury, naprężenia maksymalne.

to z k U i tw pręjęn, t|p

SPRAWDZANIE Wa r u n k uk o n c

S T O P

:tna potw ierdzona pi MES w program ie A lłS J. 5,

P ro p o n o w a n a m e to d y k a o p ty m a liz a c ji j e s t o d p o w ie d z ią n a z a o b s e r w o w a n e u w io d ą c y c h p r o d u c e n tó w k ra jo w y c h i z a g ra n ic z n y c h p ro je k to w a n ia w s ta w e k o

’’p rz y p a d k o w e j” g e o m e trii d y la ta c ji i p rz e p r o w a d z a n ie w ie lu k o s z to w n y c h b a d a ń e k s p e ry m e n ta ln y c h w c e lu o k re ś le n ia m o ż liw ie o p ty m a ln e j k o n s tru k c ji.

P rz e d s ta w io n e p o d e jś c ie d o p ro je k to w a n ia n o w y c h k o n s tru k c ji w s ta w e k h a m u lc o w y c h u m o ż liw i g e n e ro w a n ie ro z w ią z a ń k o n s tru k c y jn y c h s p e łn ia ją c y c h w y m o g i w y trz y m a ło ś c io w e o ra z z w ię k s z y b e z p ie c z e ń s tw o w tr a n s p o rc ie sz y n o w y m , p rz y je d n o c z e s n e j r e d u k c ji k o s z tó w w y n ik a ją c y c h z e z n a c z n ie m n ie js z e g o z u ż y c ia e k sp lo a ta c y jn e g o tw o r z y w k o m p o z y to w y c h .

L itera tu ra

1. G ra n t c e lo w y n r 6 T 1 2 0 7 8 2 0 0 1 C /5 6 6 7 , p t.: ’’O p ra c o w a n ie te c h n o lo g ii i u ru c h o m ie n ie p ro d u k c ji n o w y c h w s ta w e k k o m p o z y to w y c h k lo c k a h a m u lc o w e g o d la p o ls k ie g o i z a g ra n ic z n e g o ta b o r u k o le jo w e g o ” .

2. S z a rg u ta J.: M o d e lo w a n ie n u m e r y c z n e p ó l te m p e ra tu ry , W N T , W a r s z a w a 1992.

3. O rło ś Z .: N a p r ę ż e n ia c ie p ln e , W y d a w n ic tw o N a u k o w e P W N , W a rs z a w a 1991.

R e c e n z e n t: P ro f. d r h a b . in ż . P a w e ł P iec

A b str a c t

T h e p a p e r p r e s e n t p r o p o s itio n o f m e th o d o lo g y o f s tre n g th c a lc u la tio n in r a ilw a y b re a k sh o e m a d e fro m c o m p o s ite m a te ria l a n d n e w g e o m e try . T h is m e th o d o lo g y b a s e d on s u p e rp o s itio n b e tw e e n re s u lts o f n u m e ric a l c a lc u la tio n fr o m th e r m a l a n d m e c h a n ic a l m o d e l o f p h e n o m e n o n p ro c e e d d u rin g b r e a k in g w ith p o s s ib ility c o n stru c tio n o p tim iz a tio n .