mirtrМир транспортаWorld of Transport and Transportation1992-3252Russian University of Transport (RUT)10.30932/1992-3252-2024-22-3-6mirtr-2728Research ArticleНАУКА И ТЕХНИКАSCIENCE AND ENGINEERINGВлияние жидкого груза на частотные характеристики оболочки котла вагона-цистерныStudy of Liquid Cargo Influence on Frequency Characteristics of Tank Wagon Boiler Shellhttps://orcid.org/0000-0002-5841-341XГригорьевП. С.GrigorevP. S.

Григорьев Павел Сергеевич – кандидат технических наук, доцент кафедры электропоездов и локомотивов Института транспортной техники и систем управления

Москва

Scopus Author ID: 57966694500; РИНЦ Author ID: 841994

Grigorev, Pavel S., Ph.D. (Eng), Associate Professor at the Department of Electric Trains and Locomotives of the Institute of Transport Engineering and Control Systems

Moscow

Scopus Author ID: 57966694500;

Russian Science Citation Index Author ID: 841994

grigorev.p@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0003-4783-3413КоржинС. Н.KorzhinS. N.

Коржин Сергей Николаевич – кандидат технических наук, доцент кафедры вагонов и вагонного хозяйства Института транспортной техники и систем управления

Москва

Scopus Author ID: 57223093144; 

РИНЦ Author ID: 4350996

Korzhin, Sergey N., Ph.D. (Eng), Associate Professor at the Department of Wagons and Wagon Facilities of the Institute of Transport Engineering and Control Systems 

Moscow

Scopus Author ID: 57223093144;

Russian Science Citation Index Author ID: 4350996

korjin@miit.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1436-3844ИбодуллоевШ. Р.IbodulloevSh. R.

Ибодуллоев Шерзод Рустамович – старший преподаватель кафедры механики и компьютерного моделирования Национального исследовательского университета

Ташкент

Scopus Author ID: 57982866900; 

РИНЦ Author ID: 947316

Ibodulloev, Sherzod R., Senior Lecturer at the Department of Mechanics and Computer Modelling

Tashkent

Scopus Author ID: 57982866900;

Russian Science Citation Index Author ID: 947316

sherzod_uzmu@inbox.ruРоссийский университет транспортаРоссияRussian University of TransportRussian FederationТашкентский институт инженеров ирригации и механизации сельского хозяйстваУзбекистанNational Research University «Tashkent Institute of Irrigation and Agricultural Mechanisation Engineers»Uzbekistan2024080420252234551Copyright © Григорьев П.С., Коржин С.Н., Ибодуллоев Ш.Р., 20252025Григорьев П.С., Коржин С.Н., Ибодуллоев Ш.Р.Grigorev P.S., Korzhin S.N., Ibodulloev S.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mirtr.elpub.ru/jour/article/view/2728

Статья посвящена исследованию влияния уровня заполнения жидким грузом на частотные характеристики оболочки котла вагона-цистерны.

В рамках работы применен подход, используемый для оценки частот и форм собственных колебаний стальных резервуаров под воздействием сейсмических нагрузок. Данный подход предполагает учет двух компонентов собственных частот: импульсивной и конвективной. Для определения перечисленных частот и форм собственных колебаний выбран метод конечных элементов с использованием акустических элементов FLUID221. Выбор метода обоснован в ранее проведенных исследованиях авторов.

С использованием выбранного метода были исследованы конвективные собственные частоты колебаний свободной поверхности жидкости и импульсные частоты собственных колебаний с различным уровнем заполнения жидким грузом котла вагона-цистерны. Подтверждение достоверности результатов для импульсных частот оболочки, содержащей жидкость, обеспечивается согласованностью с данными, полученными авторами в предшествующих работах с использованием полубезмоментной теории оболочек.

The article is devoted to the study of the effect of the fill level of liquid cargo on frequency characteristics of the shell of a tank wagon boiler.

The study has applied within its framework an approach used to estimate the frequencies and modes of natural oscillations of steel tanks under the influence of seismic loads. This approach assumes considering two components of natural frequencies: pulse and convective ones. To determine the listed frequencies and modes of natural oscillations, the finite element method using FLUID221 acoustic elements was selected. The choice of the method is justified in the previous studies of the authors.

Using the selected method, convective natural frequencies of oscillations of the free surface of the liquid and pulsed frequencies of natural oscillations with different fill levels of the tank wagon boiler with liquid cargo were studied. Confirmation of reliability of the results for pulse frequencies of the shell containing the liquid is ensured by consistency with the data obtained by the authors in previous works using the semi-momentless theory of shells.

железнодорожный транспортвагон-цистернакотел вагона-цистернычастоты колебанийформы колебанийсвободная поверхностьконвективные частотыимпульсные частотыrailwaystank wagontank wagon boileroscillation frequenciesoscillation formsfree surfaceconvective frequenciespulse frequenciesReferencesHousner, G. W. Earthquake Pressures on Fluid Containers. Pasadena, California: California Institute of Technology, 1954, 42 p.Housner, G. W. Earthquake Pressures on Fluid Containers. Pasadena, California: California Institute of Technology, 1954, 42 p.Haroun, M. A., Housner, G. W. Seismic design of liquid storage tanks. Journal of the Technical Councils of ASCE, 1981, Vol. 107, Iss. 1, pp. 191–207. DOI: https://doi.org/10.1061/JTCAD9.0000080.Haroun, M. A., Housner, G. W. Seismic design of liquid storage tanks. Journal of the Technical Councils of ASCE, 1981, Vol. 107, Iss. 1, pp. 191–207. DOI: https://doi.org/10.1061/JTCAD9.0000080.Veletsos, A. S., Yang, J. Y. Earthquake response of liquid storage tanks. In: Advances in Civil Engineering through Engineering Mechanics, Second Annual Engineering Mechanics Division Specialty Conference, Raleigh, North Carolina, United States, May 23–25, 1977, 616 p., pp. 1–24.Veletsos, A. S., Yang, J. Y. Earthquake response of liquid storage tanks. In: Advances in Civil Engineering through Engineering Mechanics, Second Annual Engineering Mechanics Division Specialty Conference, Raleigh, North Carolina, United States, May 23–25, 1977, 616 p., pp. 1–24.Гольденблат И. И., Николаенко Н. А., Штоль А. Т., Тумасов В. Р. Рекомендации по расчету резервуаров и газгольдеров на сейсмические воздействия // Центр. науч.-исслед. ин-т строит. конструкций им. В. А. Кучеренко Госстроя СССР. – М.: Стройиздат, 1969. – 47 с.Goldenblat, I. I., Nikolaenko, N. A., Shtol, A. T., Tumasov, V. R. Recommendations for the calculation of reservoirs and gas holders regarding seismic impacts [Rekomendatsii po raschetu rezervuarov i gazgolderov na seismicheskie vozdeistviya]. Central Scientific Research Institute of Building Structures named after V.A. Kucherenko of the USSR State Construction Committee. Moscow, Stroyizdat publ., 1969, 47 p.Григорьев П. С., Суворова К. Е. Оценка частот собственных колебаний и динамических напряжений в оболочке котла цистерны // Изв. петербургского ун-та путей сообщения. – 2017. – № 4. – С. 637–643.Grygoriyev, P. S., Suvorova, K. E.The assessment of free frequency and dynamic stress encased in a tank shell [Otsenka chastot sobstvennykh kolebanii i dinamicheskikh napryazhenii v obolochke kotla tsisterny]. Proceedings of Petersburg Transport University, 2017, Iss. 4, pp. 637–643. EDN: YMOZLU.Чан Фу Тхуан, Григорьев П. С., Суворова К. Е. Расчетные зависимости и оценки частот и форм колебаний оболочки котлов цистерн // Мир транспорта. – 2018. – № 5 (78). – С. 84–90. DOI: https://doi.org/10.30932/1992-3252-2018-16-5-7.Tran Phu Thuan, Grigoriev, P. S., Suvorova, K. E. Calculated Dependencies and Estimates of Frequencies and Vibration Modes of Shells of Rail Tank Wagons. World of Transport and Transportation, 2018, Iss. 5 (78), pp. 84–90. https://doi.org/10.30932/1992–3252–2018–16–5–7.Морзинова Т. Г. Колебания оболочек котлов цистерн с учетом их конструктивных особенностей / Дис. … канд. техн. наук. – М.: МИИТ, 1983. – 118 с.Morzinova, T. G. Oscillations of boiler shells of tanks considering their design features. Ph.D. (Eng) thesiss [Kolebaniya obolochek kotlov tsistern s uchetom ikh konstruktivnykh osobennostei. Dis…kand.tekh.nauk]. Moscow, MIIT publ., 1983, 118 p.Беспалько С. В. Разработка и анализ моделей повреждающих воздействий на котлы цистерн для перевозки криогенных продуктов / Дис… докт. техн. наук. – М.: МИИТ, 2000. – 427 с.Bespalko, S. V. Development and analysis of models of damaging effects on tank boilers for transportation of cryogenic products. D.Sc. (Eng) thesis [Razrabotka i analiz modelei povrezhdayushchikh vozdeistvii na kotly tsistern dlya perevozki kriogennykh produktov. Dis..dokt.tekh.nauk]. Moscow, MIIT publ., 2000, 427 p.Григорьев П. С., Чан Фу Тхуан, Ибодуллоев Ш. Р. Подходы к оценке собственных частот котлов вагоновцистерн с учетом влияния жидкости // Рахматулинские чтения: Тез. докл. междунар. науч.-практ. конф. / сост. А. Х. Закиров, Ш. Р. Ибодуллоев. – Ташкент: Нац. ун-т Узбекистана, 2023. – С. 51–52.Grigorev, P. S., Tran Phu Thuan, Ibodulloev, Sh. R. Approaches to assessing the natural frequencies of tank wagon boilers considering the influence of liquid. Rakhmatullin readings: Abstract of the report of the international scientific and practical conference / compiled by A. Kh. Zakirov, Sh. R. Ibodulloev. Tashkent, National University of Uzbekistan, 2023, pp. 51–52.Anagha, B. V., Nimisha, P., Jayalekshmi, B. R. A study on effect of fluid on the modal characteristics of ground supported water tanks. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2020, Vol. 936, Iss. 1, 012027. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/936/1/012027.Anagha, B. V., Nimisha, P., Jayalekshmi, B. R. A study on effect of fluid on the modal characteristics of ground supported water tanks. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, Vol. 936, Iss. 1, 012027. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/936/1/012027.Rafatpanah, R. M., Yang, Jianfeng. Simulating fluidstructure interaction utilizing three-dimensional acoustic fluid elements for reactor equipment system model. Proceedings of the 23rd international conference on nuclear engineering, 2015, ICONE23–1732, pp. 1–7. DOI: https://doi.org/10.1299/jsmeicone.2015.23._ICONE23-1_362.Rafatpanah, R. M., Yang, Jianfeng. Simulating fluidstructure interaction utilizing three-dimensional acoustic fluid elements for reactor equipment system model. Proceedings of the 23rd international conference on nuclear engineering, 2015, ICONE23–1732, pp. 1–7. DOI: https://doi.org/10.1299/jsmeicone.2015.23._ICONE23-1_362.Chiu, J., Brown, A. M.Characterization of the modal characteristics of structures operating in dense liquid turbopumps. In: ASME Turbo Expo 2017: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, June 26–30, 2017, Charlotte, North Carolina, USA. Vol. 7B: Structures and Dynamics, ISBN: 978-0-7918-5093-0, paper No. GT2017– 63633, V07BT36A008. DOI: https://doi.org/10.1115/GT2017-63633 [Ограниченный доступ].Chiu, J., Brown, A. M.Characterization of the modal characteristics of structures operating in dense liquid turbopumps. In: ASME Turbo Expo 2017: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, June 26–30, 2017, Charlotte, North Carolina, USA. Vol. 7B: Structures and Dynamics, ISBN: 978–0–7918–5093–0, paper No. GT2017– 63633, V07BT36A008. DOI: https://doi.org/10.1115/GT2017–63633 [Limited access to subscribers].Kangda, M. Z. An approach to finite element modeling of liquid storage tanks in ANSYS: A review. Innovative Infrastructure Solutions, 2021, Vol. 6, Iss. 4, 226. DOI: https://doi.org/10.1007/s41062-021-00589-8.Kangda, M. Z. An approach to finite element modeling of liquid storage tanks in ANSYS: A review. Innovative Infrastructure Solutions, 2021, Vol. 6, Iss. 4, 226. DOI: https://doi.org/10.1007/s41062-021-00589-8.Jhung, Myung-Jo; Yu, Seon-Oh; Lim, Yeong-Taek. Dynamic characteristics of a partially fluid filled cylindrical shell. Nuclear Engineering and Technology, 2011, Vol. 43, Iss. 2, pp. 167–174. DOI: https://doi.org/10.5516/NET.2011.43.2.167.Jhung, Myung Jo; Yu, Seon-Oh; Lim, Yeong-Taek. Dynamic characteristics of a partially fluid filled cylindrical shell. Nuclear Engineering and Technology, 2011, Vol. 43, Iss. 2, pp. 167–174. DOI: https://doi.org/10.5516/NET.2011.43.2.167.Вахидов У. Ш., Согин А. В., Шапкин В. А., Шапкина Ю. В. Численные исследования колебаний узлов автомобилей // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. – 2014. – № 3 (105). – С. 145–153. [Электронный ресурс]: https://www.nntu.ru/frontend/web/ngtu/files/nauka/izdaniya/trudy/2014/03/145–153.pdf. Доступ 19.02.2024.Vakhidov, U. Sh., Sogin, A. V., Shapkin, V. A., Shapkina, Yu. V. Numerical studies of vibrations of vehicle units [Chislennie issledovaniya kolebanii uzlov avtomobilei]. Proceedings of R. E. Alekseev NSTU, 2014, Iss. 3 (105), pp. 145–153. [Electronic resource]: https://www.nntu.ru/frontend/web/ngtu/files/nauka/izdaniya/trudy/2014/03/145-153.pdf. Last accessed 19.02.2024.Zhang, X., Zhao, Y., Li, Sh. FEM modal analysis of vehicle frame based on ANSYS. 2011 International Conference on Consumer Electronics, Communications and Networks (CECNet), Xianning, China, 2011, pp. 2237–2240. DOI: https://doi.org/10.1109/CECNET.2011.5768490 [Ограниченный доступ].Zhang, X., Zhao, Y., Li, Sh. FEM modal analysis of vehicle frame based on ANSYS. International Conference on Consumer Electronics, Communications and Networks (CECNet). IEEE, Xianning, China, 2011, pp. 2237–2240. DOI: https://doi.org/10.1109/CECNET.2011.5768490 [limited access for subscribers].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.