Влияние жидкого груза на частотные характеристики оболочки котла вагона-цистерны

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.

1. Housner, G. W. Earthquake Pressures on Fluid Containers. Pasadena, California: California Institute of Technology, 1954, 42 p.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. Морзинова Т. Г. Колебания оболочек котлов цистерн с учетом их конструктивных особенностей / Дис. … канд. техн. наук. – М.: МИИТ, 1983. – 118 с.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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].

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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].