Строительная механика вагонов
Основатель
школы – профессор Владимир Николаевич Котуранов
Специалистами этой школы созданы на основе теории
оболочек В.З. Власова применительно к вагонным конструкциям специализированные
методы строительной механики вагонов на базе прикладных разделов теории
упругости, разработаны конечно-элементные модели анализа напряженно-деформированного
состояния оболочек котлов цистерн.
Были разработаны современные методы прочностных
расчетов, математическое моделирование прочности вагонов различных типов, оригинальные
программы расчетов с использованием вычислительной техники, системы
автоматизированного проектирования вагонов для создания грузовых вагонов нового
поколения и модернизации существующих конструкций повышенной надежности,
долговечности и меньшими затратами на техническое содержание в эксплуатации.
Прочность, надежность,
совершенствование конструкций и теполоэнергетика вагонов – это направления, по которым работал организатор кафедры «Вагоны» в
МИИТе Сергей Романович Дадыко (1892–1976 гг.).
В 1910 г. он окончил
Комиссаровское техническое училище, получив квалификацию техника. В 1910–1917 гг. работал помощником машиниста, машинистом паровоза в депо
«Москва» Московско-Киево-Воронежской железной дороги, а затем в течение трех
лет дежурным по депо, мастером. В 1920–1923 гг. был заместителем
начальника и начальником участка тяги той же дороги.
Работу совмещал с учебой на
механическом факультете Московского высшего технического училища (МВТУ),
который окончил в 1923 г.
В 1923–1925 гг. С.Р. Дадыко заведовал учебно-производственными мастерскими
железнодорожной школы Московско-Киево-Воронежской железной дороги. В это время
он в соавторстве с Н.Д. Мартыновым написал первое в стране учебное пособие
«Вагонное дело», выдержавшее четыре издания [34, 35, 36].
В 1925–1929 гг. С.Р. Дадыко работал на Мытищинском вагоностроительном заводе в
качестве начальника цеха, а затем главного инженера завода.
В 1929 г., имея 19 лет
производственного стажа, перешел на преподавательскую работу в МИИТ. За
опубликованные труды ему были присвоены ученая степень кандидата наук и ученое
звание доцента.
С.Р. Дадыко выполнял важные
научные исследования. Он проанализировал действующие силы и провел основные
расчеты аэропоездa системы С.С. Вальднера. Эта работа высоко оценена академиком
Е.А. Чудаковым и вице-президентом Академии наук СССР C.A. Чаплыгиным. С.Р. Дадыко
проводил испытания первых вагонов Московского метрополитена.
Во время Великой
Отечественной войны провел проектирование, расчеты на прочность и исследования
устойчивости вагонов электростанций фронтового специального поезда, за что был
награжден медалью. Выполнил исследования по рессорам и колесным парам,
завершившиеся созданием ГОСТ 1425-48 и 4835-49.
В 1932–1946 гг. С.Р. Дадыко руководил работой первых аспирантов-вагонников
(А.Н. Сергеев, М.А. Горбунов, В.М. Чернышев, С.П. Бялынович, В.Ф. Девятков,
3.О. Каракашьян, Н.З. Криворучко, А.И. Колесников, H.A. Kовалев, В.П.
Бельцевич), которые успешно защитили кандидатские диссертации.
Удовлетворяя потребность в
учебной и научной литературе, написал первый вузовский учебник «Вагоны» [37] и
Инженерно-технический справочник «Вагоны» [43] (один из авторов и титульный
редактор), монографию «Вагоностроение» [38]. Всего им было опубликовано 26
работ.
Доцент кафедры «Вагоны»
МЭМИИТа, крупный специалист в области прочности вагонов Михаил Михайлович
Стемпневский совместно с Завеном Оганезовичем Каракашьяном создали вузовский
учебник «Устройство и техника ремонта вагонов» [101].
Доцент той же кафедры
Алекceй Иванович Михалевский, активно занимавшийся совершенствованием
конструкций и прочностью вагонов, вместе с М.М. Стемпневским написал и
обстоятельный учебник для техникумов «Вагоны» [83].
Ценные исследования в
области прочности выполнил A.A. Попов. Он фундаментально изучил вопросы,
связанные с расчетами брусьев и оболочек большой кривизны, разработал
графоаналитический метод, основанный на созданной им теории ортогональных
фокусов.
Под руководством А.А. Попова
написана монография «Расчет вагонов на прочность» [92], в которой изложен
разработанный им в 1934 г. метод расчета оси колесной пары [89], явившийся
значительным шагом вперед по сравнению с ранее применявшимися методами.
Под руководством А.А. Попова
С.В. Дувалян выполнил расчет диска колеса методами теории упругости [39].
А.А. Попов развил и углубил
теорию изгибного (стесненного) кручения стержней применительно к толстостенным
конструкциям с учетом неравномерного распределения нормальных напряжений по
толщине стенок [91], которая использована при расчете рамы тележки грузового
вагона.
Современные методы расчетов
вагонов на прочность основаны на достижениях отечественных ученых в области
строительной механики. Большое значение имеют труды выдающегося ученого,
члена-корреспондента АН СССР, доктора технических наук, профессора Василия
Захаровича Власова (1906–1958).
Главные итоги научных
исследований В.З. Власова изложены в его книгах 'Тонкостенные упругие стержни»
(1940 г.), «Строительная механика тонкостенных пространственных систем» (1949
г.) и «Общая теория оболочек и ее применение в технике» (1949 г.).
Первая из этих книг
удостоена Государственной премии СССР в 1941 г., а две другие этой же премии в
1950 г.
Заслуженный деятель науки и
техники РФ, доктор технических наук, профессор, почетный доктор Будапештского
технического университета Евгений Николаевич Никольский внес значительный вклад
в развитие методов расчета напряженного состояния кузовов вагонов. Им построен
алгоритм расчета хребтовой балки кузова пассажирского вагона на основе теории
балок на сплошном упругом винклеровском основании в форме, полученной А.А.
Уманским; найден способ приведения нагрузок, приложенных к кузову; предложен
итерационный метод расчета, позволяющий учитывать действие внутренних
вертикальных сил взаимодействия хребтовой балки с поперечными балками рамы
кузова [93].
Для расчета вагонных
конструкций типа оболочек Е.Н. Никольский разработал метод чередования основных
систем и обобщенный метод сил. Оба метода являются общими, точными методами
теории упругости. Они позволяют расчет сложной конструкции кузова вагона
выполнять на базе использования известных методов расчета для более простых упругих
тел. Эти методы, являющиеся итерационными, расширили возможности построения
уточненных расчетов кузовов и были использованы для исследования кузовов
пассажирских и грузовых вагонов. Для уточнения расчета крыши пассажирского
вагона разработана теория цилиндрических оболочек с неизгибаемым контуром
поперечного сечения произвольной формы. Она является развитием теории оболочек
и тонкостенных стержней с недеформируемым контуром поперечного сечения,
созданной В.З. Власовым, и учитывает поперечные деформации и деформации сдвига
срединной поверхности [86].
Ценные исследования
выполнены Е.Н. Никольским по развитию метода конечных элементов (МКЭ) для
расчета вагонных конструкций (сочетание простых традиционных для кузовов схем с
уточнением их в отдельных областях введением поля конечных элементов;
использование метода чередования основных систем в сочетании с МКЭ).
Евгений Николаевич
Никольский до поступления в Брянский институт транспортного машиностроения
(БИТМ) работал сварщиком на вагоностроительном заводе «Красный Профинтерн». В
1941 г. он добровольцем ушел на фронт; командовал взводом, был тяжело ранен.
После госпиталя поступил в аспирантуру БИТМа. Окончил докторантуру в МИИТе.
Он является соавтором
вузовских учебников и учебных пособий [16, 17, 18, 92, 93], всего им
опубликовано 53 работы. Награжден орденами Отечественной войны 1 степени и
Трудового Красного Знамени, медалями «За отвагу» и «За трудовое отличие».
Теория В.З. Власова получила
развитие применительно к кузовам вагонов в исследованиях доктора технических
наук, профессора, заслуженного деятеля науки и техники РФ, академика Академии
транспорта РФ Владимира Николаевича Котуранова. К наиболее оригинальным его научным
работам следует отнести развитие специализированных методов строительной
механики вагонов на базе прикладных разделов теории упругости (теории
изотропных и анизотропным пластин и оболочек, теории различных стержневых
систем) с ориентацией на создание алгоритмов, удобно и экономично реализуемых
на современной вычислительной технике. Им разработаны специализированные
конечно-элементные модели для анализа напряженно-деформированного состояния и
оценки устойчивости оболочек котлов цистерн с учетом их конструктивных особенностей
от воздействий различных нагрузок. Совместно с М.М. Болотиным разработал модель
исследования взаимодействия оболочек котлов цистерн с крестообразными опорами.
Эти модели позволили ускорить отработку и внедрение нескольких видов новых
конструкций цистерн, в частности, восьмиосных.
Разработанные модели вошли
составной частью в созданный им метод и представляют ядро автоматизированных
систем проектирования цистерн и экспертизы проектных решений. Эти системы в
последнее время используются для постановки производства вагонов-цистерн на
заводах России.
На базе предложенных
подходов, использующих уравнения теории пластин и оболочек, разработаны
алгоритмы расчета напряженно-деформированного состояния несущих кузовов других
типов вагонов: полувагонов, крытых грузовых и пассажирских вагонов. Эти
алгоритмы использовались при анализе конструкций кузовов вагонов,
подвергавшихся модернизации с изменением конструктивных решений по узлам
кузовов.
Разработанные методы
получили отражение в учебной литературе. В.Н. Котуранов является соавтором
монографии [10], вузовского учебника [18], соавтором и титульным редактором
учебника для вузов [63] и справочного пособия [100]; всего им опубликовано 125
работ; имеет четыре авторских свидетельств на изобретения. Награжден орденом
Трудового Красного Знамени.
В 1976–1995 гг. заведовал
кафедрой «Вагоны и вагонное хозяйство» МИИТа.
В.Н. Котуранов в 1952 г.
окончил Калужский техникум железнодорожного транспорта. После окончания МЭМИИТа
в 1957 г. работал мастером транспортного цеха завода «Красное Сормово» в г.
Горьком, а затем в течение пяти лет бригадиром, мастером вагонного депо станции
Горький-Пассажирский.
Понимая значение
математической подготовки, одновременно в 1960–1962 гг. учился на
механико-математическом факультете Горьковского университета по специальности
прикладная математика. В 1962 г. поступил в аспирантуру МИИТа.
Доктор технических наук
Александр Абрамович Львов выполнил уточненный расчет хребтовой балки рамы
кузова, исследовал напряженное состояние полувагонов при нагружении их
различными видами металлопродукции и рекомендовал целесообразные схемы
размещения этих грузов.
Напряженное состояние крышек
люков полувагонов исследовал доктор технических наук, профессор Павел
Васильевич Шевченко (1907–1982 гг.). Он также занимался вопросами прочности и
долговечности колесных пар; исследовал напряжения в частях вагонов
поляризационно-оптическим методом.
Совместно с Л.Н. Никольским
проводила исследования доктор технических наук, профессор Нина Алексеевна
Костенко. Ею был создан современный статистический метод расчета на прочность
деталей грузовых вагонов, базирующийся на уточненной формулировке предельных
состояний с позиции механики разрушения, отражающий расчетную оценку живучести.
Этот расчет, заканчивающийся получением величин критериев надежности натурных
деталей, получил применение в вагоностроении.
С.В. Вершинский в учебнике
«Вагоны» [14, 15] изложил расчет цельнонесущего кузова пассажирского вагона и
результаты экспериментальной оценки его напряженного состояния.
Крупным специалистом в
области прочности вагонов являлся Петр Григорьевич Проскурнев (1906–1994). Он
долгое время работал в ЦВКБ, в конструкторском отделе Главного управления
вагонного хозяйства МПС, во ВНИИЖТе, а последние годы - доцентом в МИИТе [41].
Вопросы прочности вагонов изложены в вузовских учебниках [14–18], в Техническом
справочнике железнодорожника [102] и других печатных работах, которых у него
36. Он автор одного изобретения. Награжден медалью «3a трудовое отличие».
Доктор технических наук,
профессор кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» МИИТа Петр Андреевич Устич
разработал методику анализа надежности грузового вагона, как ремонтируемого
изделия, имеющего специфическую форму эксплуатации. В этой методике, как
частный случай, им решены две задачи:
1) математическая
формулировка задачи по оптимизации параметров системы ремонта вагона, которая
была реализована применительно к конструкции восьмиосной цистерны;
2) предложен критерий и
технология оценки предельных размеров дефектов литья и сварки, использование
которых в сочетании с современными техническими средствами электронного
диагностирования позволяет отбраковывать негодные для эксплуатации
ответственные, несущие нагрузку части и узлы вагона на стадии их изготовления.
Это является важным средством повышения надежности конструкций при их изготовлении.
До поступления в МИИТ,
который окончил в 1970 г., П.А. Устич был рабочим, лаборантом, служил в рядах
Советской Армии. В 1975 г. он защитил кандидатскую, а в 1992 г. - докторскую
диссертации. В 1977 г. окончил вечернее отделение механико-математического
факультета МГУ.
Им опубликовано свыше 30
работ, в числе которых вузовский учебник [63], статьи [64, 65, 105]. Является
автором восьми изобретений, в том числе пятникового узла вагона, в котором
использована идея многослойных конструкций как средства предотвращения хрупкого
разрушения.
Совершенствованием
конструкции восьмиосных цистерн и полувагонов, в частности, путем опирания их
кузовов непосредственно на двухосные тележки, занимается В.Н. Филиппов. Такие
конструкции не требуют изготовления сложных тяжелых соединительных балок
тележек, позволяют на 3 т уменьшить тару вагона и соответственно увеличить его
грузоподъемность, увеличить базу четырехосной тележки, что приводит к снижению
напряжений в основной площадке земляного полотна.
За эту работу он в 1980 г.
удостоен премии Минвуза СССР. В 1983 г. Лауреатом такой же премии В.Н. Филиппов
стал за создание специализированного транспортера для перевозки
крупногабаритных плит из алюминиевых сплавов.
Доцентом кафедры «Вагоны и
вагонное хозяйство» МИИТа Завеном Оганезовичем Каракашьяном совместно с В.Д.
Хусидовым, М.М. Болотиным, В.Я. Першиным и другими специалистами проведены
обширные теоретические и экспериментальные исследования, направленные на
создание гидрогазовых поглощающих аппаратов автосцепки. Такие аппараты имеют рациональную
силовую характеристику, большую энергоемкость и другие важные достоинства.
В рамках этой школы М.М. Болотиным разработана модель
взаимодействия оболочек котлов цистерн с крестообразными опорами, доказана
эффективность применения опор переменной жёсткости с большим углом обхвата.
Совместно с В.Н. Котурановым и доцентом В.П. Медведевым обоснованы наиболее
рациональные конфигурации оболочек котлов цистерн с меридианом выпуклой
параболы или конической обечайкой.
Доктором технических наук, профессором Сергеем
Валерьевичем Беспалько разработаны специализированные конечно-элементные
модели, которые позволяют выполнять анализ состояния котлов цистерн для перевозки
опасных грузов с учетом возможных аварийных ситуаций. Это способствовало
выработке решений, предотвращающих возникновение экологических катастроф в
экстремальных условиях. Он исследовал напряженно-деформированное состояние
оболочек вращения от действия статических, динамических (включая удары) и
термических нагрузок.
Доктором технических наук, профессором Анатолием
Ивановичем Быковым разработаны математические модели и методики оценки напряженно-деформированного
состояния анизотропного многослойного фрагмента кузова вагона типа
стеклопластиковой цилиндрической оболочки, подкрепленной продольными и
поперечными элементами, и имеющей ступенчато-переменную жёсткость в осевом и
окружном направлениях.
| 
Строительная механика вагонов
