Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Колесные и гусеничные машины

Диссертационная работа:

Тумасов Антон Владимирович. Разработка методики расчетной оценки пассивной безопасности кузовов и кабин автомобилей при опрокидывании : диссертация ... кандидата технических наук : 05.05.03 / Тумасов Антон Владимирович; [Место защиты: Нижегор. гос. техн. ун-т].- Нижний Новгород, 2008.- 284 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/289

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Основные термины, сокращения и условные обозначения. 7

ВВЕДЕНИЕ 9

Актуальность работы 9

Цель работы 9

Объекты исследования... j 9

Предмет исследования 9

Методы исследования 9

Научная новизна 10

Основные положения, выносимые на защиту 10

Практическая ценность 10

Реализация результатов работы 11

Апробация работы 11

Публикации 12

Структура и объем работы 12

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РАБОТ ПО ОЦЕНКЕ ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КУЗОВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ 13

1.1. Анализ работ но общим проблемам кузовостроения 13

1.2. Анализ работ по проблемам оценки прочности кузовных конструкций 14

1.3. Анализ работ по проблемам оценки пассивной безопасности кузовных конструкций 15

1.4. Анализ расчетных методов оценки пассивной безопасности кузовных конструкций 18

1.5. Требования пассивной безопасности 24

Выводы по главе 1 27

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТНОЙ ОЦЕНКИ ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ КУЗОВОВ ЛЕГКОВЫХ И КАБИН ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ ПРИ ОПРОКИДЫВАНИИ 29

2.1. Критерии оценки пассивной безопасности кузовов легковых и кабин грузовых автомобилей при опрокидывании 31

2.2. Основы расчета конструкций по предельному состоянию 32

2.2.1. Механические свойства материала 32

2.2.2 Особенности метода предельного равновесия 32

2.2.3. Предельное равновесие сечения балки 34

2.2.4. Пластический момент сопротивления сечения 34

2.2.5. Инженерный расчет конструкций по предельному состоянию 35

2.2.6. Модифицированный алгоритм инженерного расчета кузовных конструкций

2.2.6.1. Влияние работы внутренних сил на упругих деформациях 38

2.2.6.2. Учет действия скручивающих моментов 38

2.2.6.3. Учет потери геометрической формы сечения в пластическом шарнире 40

2.2.6.4. Основное уравнение уточненного инженерного расчета 41

2.2.7. Вычисление геометрических характеристик тонкостенных сечений силовых элементов кузовных конструкций 42

2.2.7.1. Теоретические основы расчета геометрических характеристик 42

2.2.7.2. Структурная схема алгоритма программы расчет 44

2.2.7.3. Интерфейс программы 45

2.2.7.4. Структурная схема программы

2.3. Алгоритм расчетной оценки пассивной безопасности кузовов и кабин на основе уточненных зависимостей инженерного метода 50

2.4. Основные положения метода конечных элементов применительно к компьютерному моделированию аварийных ситуаций и оценке пассивной безопасности кузовов и кабин автомобилей при опрокидывании 52

2.4.1. Базовые определения и главные соотношения 52

2.4.2. Учет нелинейности при расчете конструкций

2.4.2.1. Явная схема интегрирования. Метод центральных разностей 56

2.4.2.2. Неявная схема интегрирования. Метод Ньютона 60

2.4.3. Особенности компьютерного моделирования ударных процессов, происходящих

при опрокидывании автомобилей 65

2.4.3.1. Проблемы обеспечения достоверности результатов компьютерного моделирования аварийных ситуаций 65

2.4.3.2. Особенности разработки подробных расчетных моделей 67

2.4.3.3. Определение величины шага интегрирования по времени 68

2.4.3.4. Использование оболочечных элементов 72

2.4.3.5. Основные понятия контактного взаимодействия 80

2.4.3.6. Особенности компьютерного моделирования характеристик материалов... 85

2.4.3.7. Рекомендации по разработке конечно-элементных моделей 97

2.4.4. Особенности подготовки подробных конечно-элементных моделей кузовов и

кабин автотранспортных средств 98

2.4.4.1. Импортирование геометрии детали 98

2.4.4.2. Разбиение сложной поверхностной модели на множество простых участков 98

2.4.4.3. Присвоение конечным элементам свойств и материала 99

2.4.4.4. Нанесение конечно-элементной сетки на поверхность детали 100

2.4.4.5. Проверка качества конечно-элементной сетки 101

2.4.4.6. Смещение конечных элементов модели 103

2.4.4.7. Моделирование сварных соединений 104

2.4.4.8. Контроль начальных взаимопроникновений 106

2.4.4.9. Закрепление и нагружение модели. Задание параметров расчета 108

2.5. Процедура расчетной оценки ПБ кузовов и кабин на основе результатов

компьютерного моделирования условий опрокидывания 110

Выводы по главе 2 112

ГЛАВА 3. РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КУЗОВОВ ЛЕГКОВЫХ И КАБИН ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ОПРОКИДЫВАНИЯ ИЗ

3.1. Анализ несущей способности по разрушающим нагрузкам тонкостенных элементов кузовных конструкций 114

3.1.1. Постановка задачи 114

3.1.2. Анализ поведения тонкостенных элементов и характера изменения формы их сечений в зоне пластических деформаций 1

3.1.2.1. Определение характера разрушения и поправочных коэффициентов для силовых элементов с прямоугольными открытыми и закрытыми сечениями 118

3.1.2.2. Определение характера разрушения и поправочных коэффициентов для силовых элементов с круглыми (кольцевыми) трубчатыми сечениями 129

3.1.2.3. Нахождение функций изменения поправочных коэффициентов в

зависимости от геометрических параметров сечений 130

Результаты и выводы по разделу 134

3.2. Оценка пассивной безопасности и несущей способности по предельному

состоянию кузовов легковых автомобилей в условиях опрокидывания 135

3.2.1. Оценка несущей способности кузова легкового автомобиля ГАЗ-31105

в условиях опрокидывания 136

3.2.1.1. Выбор конечно-элементной модели автомобиля 136

3.2.1.2. Оценка несущей способности кузова в условиях возможного опрокидывания автомобиля методом конечных элементов 136

3.2.1.3. Оценка несущей способности кузова автомобиля в условиях опрокидывания по результатам инженерного расчета 142

3.2.2. Оценка несущей способности кузова легкового автомобиля ВАЗ-1118 «Калина»

в условиях опрокидывания 150

3.2.2.1. Особенности конструкции кузова легкового автомобиля ВАЗ-1118 150

3.2.2.2. Выбор конечно-элементной модели кузова 150

3.2.2.3. Оценка несущей способности кузова в условиях возможного опрокидывания автомобиля на основе метода конечных элементов 156

3.2.2.4. Оценка несущей способности кузова автомобиля по результатам инженерного расчета 162

3.2.3. Оценка пассивной безопасности легкового автомобиля с измененной

кузовной конструкцией в условиях опрокидывания 171

3.2.3.1. Описание вносимых изменений в конструкцию кузова автомобиля 172

3.2.3.2. Расчетная оценка пассивной безопасности измененной 174

кузовной конструкции на основе результатов компьютерного моделирования условий опрокидывания

3.2.3.4. Оценка несущей способности каркаса по результатам инженерного расчета 177

3.2.4. Оценка пассивной безопасности кузова легкового автомобиля в условиях о

опрокидывания. Анализ влияния дверей и стекол на несущую способность 183

Результаты и выводы по разделу 186

3.3. Оценка пассивной безопасности и способности кабин грузовых

автомобилей в условиях опрокидывания 187

3.3.1. Оценка несущей способности кабины грузового автомобиля

ГАЗ-53А в условиях опрокидывания через передний угол крыши 188

3.3.1.1. Выбор конечно-элементной модели кабины 188

3.3.1.2. Оценка способности кабины на основе метода конечных элементов в условиях, имитирующих опрокидывание через передний левый угол крыши 189

3.3.1.3. Оценка несущей способности кабины грузового автомобиля по результатам инженерного расчета 195

3.3.2. Оценка пассивной безопасности кабины грузового автомобиля

КОМ «РУСАК» в условиях опрокидывания 209

3.3.2.1. Выбор конечно-элементной модели кабины 209

3.3.2.2. Анализ работоспособности кабины в условиях опрокидывания автомобиля через передний угол крыши

3.3.2.2. Анализ и оценка влияния дверей на пассивную безопасность кабины 213

3.3.2.3. Анализ влияния раскосов, расположенных в задней стенке кабины, на ее пассивную безопасность в условиях действия вертикальной

аварийной нагрузки 214

3.3.3. Оценка пассивной безопасности дополнительной кабины грузового автомобиля КамАЗ-43118 противопожарной службы 218

3.3.3.1. Выбор конечно-элементной модели дополнительной кабины 218

3.3.3.2. Оценка несущей способности каркаса при аварийном вертикальном нагружении 219

Результаты и выводы по разделу 224

Выводы по главе 3 225

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КУЗОВНЬЕК КОНСТРУКЦИЙ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И РАСЧЕТОВ 228

4.1. Экспериментальная оценка несущей способности тонкостенных силовых элементов

4.1.1. Описание стенда 228

4.1.2. Калибровка (тарирование) измерительной аппаратуры 231

4.1.3. Анализ результатов расчетно-экспериментальных исследований 234

4.2. Расчетно-экспериментальная оценка несущей способности силовых контуров кузовных конструкций, исследование поведения сечений их силовых элементов 243

4.3. Расчетно-экспериментальные исследования жесткости кузова легкового и кабины грузового автомобилей 250

4.3 Л. Расчетно-экспериментальная оценка жесткости кузова легкового автомобиля 250

4.3.2. Расчетно-экспериментальная оценка жесткости кабины грузового автомобиля 252

Выводы по главе 4 255

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 256

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 258

ПРИЛОЖЕНИЯ 266

Приложение 1

Характеристики сечений элементов кузова автомобиля ГАЗ-31105 в местах появления

пластических зон (шарниров) 267

Приложение 2

Геометрические характеристики сечений элементов кузова автомобиля ГАЗ-31105

упрощенной формы 270

Приложение 3

Характеристики сечений элементов кузова автомобиля ВАЗ-1118 в местах появления

пластических зон (шарниров) 271

Приложение 4

Геометрические характеристики сечений элементов кузова автомобиля ВАЗ-1118

упрощенной формы 274

Приложение 5

Характеристики сечений элементов каркаса автомобиля УАЗ-31514 в местах

появления пластических зон (шарниров) 275

Приложение 6

Характеристики сечений элементов кабины автомобиля ГАЗ-53А в местах появления

пластических зон (шарниров) 276

Приложение 7

Геометрические характеристики сечений элементов кабины автомобиля ГАЗ-53А

упрощенной формы 278

Приложение 8

Акты внедрения результатов диссертационной работы 279  

Введение к работе:

Актуальность работы. Повышение безопасности дорожного движения имеет важное народно-хозяйственное значение. В этой связи наблюдается постоянное ужесточение требований пассивной безопасности (ПБ), предъявляемых к автотранспортным средствам. Статистические данные показывают, что опрокидывание автомобиля - не самый частый вид дорожно-транспортных происшествий. Тем не менее, среди аварий с тяжелыми последствиями доля опрокидываний намного выше, чем, к примеру, боковых столкновений или наездов сзади. Поэтому задача повышения ПБ кузовов легковых и кабин грузовых автомобилей в условиях опрокидывания является весьма актуальной в настоящее время. Важная роль при разработке безопасных кузовных конструкций автомобилей отводится применению расчетных методов оценки ПБ. Несмотря на достигнутые успехи в этом направлении, еще остаются недостаточно изученными вопросы поведения тонкостенных элементов и их сечений в области больших пластических деформаций. Требуют уточнения функциональные зависимости разрушающих нагрузок от значений пластических моментов сопротивления сечений, изменяющихся в процессе разрушения. Необходимо дальнейшее развитие методики оценки ПБ с применением компьютерного моделирования условий, предусмотренных Правилами ЕЭК ООН, ГОСТами, ОСТами и другими нормативными документами. Решению этих актуальных задач посвящена данная диссертационная работа.

Цель работы. Разработка методики расчетной оценки пассивной безопасности кузовов легковых и кабин грузовых автомобилей при опрокидывании на основе результатов компьютерного моделирования условий испытаний, расчетов по предельному состоянию конструкций с применением уточненных зависимостей и практическая реализация полученных результатов.

Задачи исследования. Сформулированная цель и проведенный анализ проблем по теме диссертации позволили определить основные задачи исследования:

  1. Разработка последовательности (процедуры) оценки ПБ кузовов и кабин в условиях опрокидывания автомобилей по результатам компьютерного моделирования.

  2. Усовершенствование алгоритма инженерного расчета и оценки несущей способности (НС) кузовов и кабин по предельному состоянию при опрокидывании автомобилей.

  3. Определение эмпирических коэффициентов, необходимых для расчета пластических моментов сопротивления сечений на основе исследования поведения тонкостенных элементов кузовных конструкций в условиях аварийного нагружения с учетом больших пластических деформаций.

  4. Сравнительная оценка результатов расчетных и экспериментальных исследований с целью обоснования правомерности и практического применения разработанной методики.

  5. Разработка практических рекомендаций по применению предлагаемых методики и алгоритмов, повышению ПБ кузовов и кабин в условиях опрокидывания автомобилей.

Объекты исследования. Кузова легковых автомобилей ВАЗ-1118 «Калина», ГАЗ-31105 «Волга». Кабины грузовых автомобилей ГАЗ, Русак. Дополнительная кабина автомобиля противопожарной службы на шасси КамАЗ. Кузов автомобиля УАЗ с внесенными в конструкцию изменениями.

Предмет исследования. Методика расчетной оценки пассивной безопасности и несущей способности кузовов легковых и кабин грузовых автомобилей в условиях опрокидывания.

Методы исследования. Исследования ПБ кузовов и кабин основываются на применении методов математического и компьютерного моделирования.

Расчеты разрушающих нагрузок и энергоемкости кузовных конструкций в условиях аварийного нагружения проведены на основе усовершенствованных зависимостей инженерного (кинематического) метода.

Расчеты в нелинейной постановке при статическом и динамическом приложении нагрузок, имитирующих условия опрокидывания в соответствии с требованиями Правил ЕЭК ООН, ГОСТ, ОСТ проведены на основе метода конечных элементов с использованием современных программных комплексов.

Экспериментальные исследования проведены на стендах лаборатории кафедры «Автомобили и тракторы» НГТУ им. Р.Е. Алексеева.

Научная новизна. Научную новизну работы составляют:

алгоритм расчета несущей способности конструкций по предельному состоянию на основе уточненных зависимостей инженерного метода в условиях опрокидывания автомобилей;

функциональные зависимости изменения поправочных коэффициентов и их значения для определения пластических моментов сопротивления тонкостенных сечений;

процедура подготовки, особенности расчета подробных конечно-элементных моделей кузовов, кабин с учетом их ударного нагружения и возникающих больших пластических деформаций в условиях имитации опрокидывания автомобилей.

Основные положения, выносимые на защиту.

Из теоретических разработок:

особенности разработки, математического описания и расчета подробных конечно-элементных моделей кузовов и кабин, выбора внутренних и внешних граничных связей, ударной нагрузки при компьютерном моделировании условий опрокидывания автомобилей;

алгоритм расчета разрушающих нагрузок для кузовов и кабин в условиях опрокидывания автомобилей;

алгоритм и программа расчета пластических характеристик сечений с учетом изменения их форм и введения поправочных коэффициентов.

Из научно-методических разработок:

методика расчетной оценки пассивной безопасности, несущей способности
кузовов и кабин, основанная на уточненном инженерном расчете и
компьютерном моделировании условий аварийного нагружения,
возникающих при опрокидывании автомобилей.

Из научно-технических разработок:

результаты исследований пассивной безопасности и несущей способности рассматриваемых объектов;

разработанные конечно-элементные модели кузовов и кабин;

предложения и практические рекомендации по повышению пассивной безопасности кузовов легковых и кабин грузовых автомобилей.

Практическая ценность. Разработанная методика позволяет на ранних стадиях проектирования выбирать безопасные силовые схемы кузовных конструкций и проводить экспресс-оценку ПБ автомобилей с внесенными в их конструкцию изменениями. Она дает возможность оценивать безопасность кузовов и кабин при доводке их конструкций, а также при сертификации автотранспортных средств на основе результатов компьютерного моделирования условий опрокидывания с применением пакетов программ на базе метода конечных элементов.

Материалы диссертации могут быть использованы в конструкторских и расчетных отделах автомобильных предприятий и фирм, в органах по сертификации автотранспортных средств, в научно-исследовательских институтах и ВУЗах.

Реализация результатов работы. Разработанная методика, расчетные модели, результаты исследований внедрены и использованы в расчетных и конструкторских отделах ОАО «АВТОВАЗ», ООО «Русак» группы компаний «КОМ», 000 «ПЕЛЕНГ», 000 «Чайка-НН», ЦБДДТЭ (Центр безопасности дорожного движения и технической экспертизы) НГТУ им Р.Е. Алексеева, а также в НП «ИНСАТ» (Некоммерческое партнерство «Институт сертификации автомототехники»), в учебном процессе кафедры «Автомобили и тракторы» НГТУ им. Р.Е. Алексеева в дисциплинах «Строительная механика автомобиля», «Основы проектирования кузовов», «Прочность и безопасность кузовных конструкций», при выполнении дипломных проектов и магистерских диссертаций.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» (г. Н.Новгород, НГТУ, с 2004 по 2008 гг.); Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 30-летию кафедры «Строительные и дорожные машины» НГТУ (г. Н.Новгород, 2004 г.); Международной конференции, посвященной 70-летию каф. «Автомобили и тракторы» НГТУ (г. Н.Новгород, 2005 г.); XII Нижегородской сессии молодых ученых (г. Татинец, 2006 г.); Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 35-летию кафедры «Строительные и дорожные машины» НГТУ (г. Н.Новгород, 2008 г.); 62-й Международной научно-технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров РФ, посвященной 50-летию Женевского Соглашения (г. Дмитров-7, ФГУП НИЦИАМТ, 2008 г.).

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 26 изданиях, в том числе 13 научных статьях, из которых 4 статьи опубликованы в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 3 учебно-методических разработках и 10 тезисах докладов (в автореферате не приведены).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы из 155 наименований, приложения. Диссертация содержит 265 страниц основного машинописного текста, включая 261 рисунок, 31 таблицу и 19 страниц приложения с таблицами результатов расчетов и актами внедрения результатов работы.

Подобные работы
Орлов Лев Николаевич
Комплексная оценка безопасности и несущей способности кабин, кузовов автомобилей, автобусов
Лелиовский Константин Ярославич
Разработка методики виброакустической оценки нагруженности и дефектов коробок передач колесных машин
Шишкин Михаил Владимирович
Разработка методики расчета и выбор рациональной формы поверхностей автомобильных сидений
Стрелков Максим Николаевич
Разработка методики исследования взаимосвязанных колебаний подвески и трансмиссии легкового автомобиля
Русаков Сергей Сергеевич
Разработка методики оптимизации передаточных чисел механической ступенчатой трансмиссии легкового автомобиля с учетом режимов работы его двигателя
Зыков Сергей Николаевич
Разработка методик прочностного анализа при создании новых и модернизации выпускаемых кузовов легкового и малотоннажного грузового автомобилей
Шакуров Дилус Кавыевич
Разработка методик расчета и проектирования клиноременного вариатора для транспортных машин с двигателями малой мощности
Терентьев Алексей Николаевич
Разработка методики акустической доводки легкового автомобиля по внешнему и внутреннему шуму
Лазарева Анна Николаевна
Разработка методики расчета базовых параметров и характеристик гибридной энергосиловой установки параллельной компоновочной схемы для легкового автомобиля
Альдайуб Зияд
Разработка методики создания рам грузовых автомобилей минимальной массы, отвечающих требованиям по ресурсу, на стадии проектирования

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net