В процессе проектирования железнодорожный вагон рассчитывают на прочность и устойчивость при движении в поездах большой массы с высокими скоростями, учитывая их длительный срок службы. Вагон в целом и его отдельные части в процессе эксплуатации подвергаются действию разнообразных нагрузок.

Часть этих нагрузок имеет вполне определенные характер воздействия и величину, а остальные нагрузки или силы являются переменными во времени по величине и знаку, а иногда имеют вероятностную природу. К постоянным во времени нагрузкам относят собственный вес вагона (тара) и действующий на вагон в течение весьма длительного периода его эксплуатации вес находящегося в нем груза или пассажиров.



Действие этих вполне определенных сил обусловлено конструкцией вагона. Оценка прочности элементов вагона включает в себя определение расчетных сил, действующих на исследуемый элемент; величины и характера напряжений, возникающих в сечениях элемента от действия на него расчетных сил; допустимости возникающих в элементе напряжений для его безопасной и надежной работы в пределах установленного срока эксплуатации.

Решение первой задачи, особенно определение переменных динамических по своему характеру действия нагрузок, сопряжено с известными трудностями и является предметом дисциплины динамики вагонов, изучающей перемещения вагонов и их основных элементов в различных условиях эксплуатации, а также возникающие при этих процессах динамические силы.

При этом обычно используют теоретические методы динамики вагонов, основанные на общих законах и уравнениях аналитической механики. В более сложных случаях прибегают к экспериментальным методам, используя модели или, чаще, натурные вагоны в составах поездов с измерением специальными приборами всех интересующих перемещений, их производных и непосредственно динамических сил. Многие динамические силы не всегда могут быть определены достаточно точно, а их величины и повторяемости носят вероятностный характер.

Выбор расчетных значений этих сил представляет собой также специальную и достаточно сложную задачу. Например, расчет на не выгоднейшие возможные, хотя и весьма редко возникающие в эксплуатации, комбинации динамических сил без учета кратковременности их действия привел бы к излишним запасам прочности и неоправданному утяжелению вагона. В то же время эти кратковременные комбинации сил не должны разрушать вагон или снижать его долговечность по сравнению с расчетной.