Введение к работе
Актуальность темы Рама транспортного средства (ТС) является одним из наиболее материалоемких и дорогостоящих его узлов Стоимость рамы составляет 10 20 % стоимости ТС К конструкции рамы предъявляются требования по обеспечению необходимых показателей качества прочности, безопасности пассажиров при аварийных ситуациях, ресурса, материалоемкости, технологичности (на этапах производства и эксплуатации), коррозийной стойкости и др
Выбор конструктивно-технологических решений рамы определяется в основном компоновкой ТС и возможностями производства При этом поиск предпочтительного варианта конструктивно-технологического решения рамы, как правило, производится с учетом незначительного числа критериев эффективности (обычно от одного до трех) с использованием скалярного критерия качества Такой подход приводит к выбору на этапе проектирования квазиоптимального варианта рамы, что связано с значительными неоправданными потерями при производстве и эксплуатации ТС Чтобы избежать этих потерь, необходимо разработать эффективные методы и алгоритмы выбора наибопее рациональных конструктивно-технологических решений из множества допустимых Как показывает опыт, указанные методы и процедуры должны быть, прежде всего, основаны на теории многокритериальной оптимизации, численных методах оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) рамы, в частности, на методе конечных элементов (МКЭ) и ряде др В связи с этим задача выбора рациональных конструктивно - технологических решений рам ТС и совершенствования их характеристик, на базе интенсивно разрабатываемых (в многокритериальной постановке) методического, процедурного и программно- алгоритмического обеспечения, является актуальной
Цель работы. Целью настояшей работы является разработка методического и программно-алгоритмического обеспечения задач принятия рациональных конструктивно-технологических решений на стадии проектирования (при разработке новых и модернизации существующих) рам несущих систем ТС
Объектом диссертационного исследования является рама несущей системы (НС) автобуса «Московит», производство ОАО «ТМЗ»
Методы исследования. Теория принятия решений, векторная (многокритериальная) оптимизация системный анализ, метод конечных элементов, экспертного анализа информации, стендовые испытания и др Кроме этого, для решения задач выбора оптимальных (рациональных) конструктивно-технологических решений рам ТС использовались методы морфологического анализа, модифицированного Паретовского выбора, методы натурных экспериментов В ходе исследований также использовалась конструкторская, проектная и технологическая документация по производству автобуса «Московит»
Научная новизна диссертационной работы
обоснована необходимость разработки и использования при выборе конструктивно - технологических решений рам ТС методов и алгоритмов, основанных на использовании векторного критерия качества,
предложена система конструктивно-технологических критериев оценки оптимальности (предпочтительности) рам ТС, классифицированных по функциональным признакам, осуществлена постановка задачи выбора рациональных вариантов рам на основе дискретных многокритериальных методов,
- разработана методическая основа подготовки исходной информации для
решения специфических задач многокритериального выбора рациональных
конструктивно-технологических решений рам различных ТС, включающая процедуры
расчета количественных критериев качества рам, методики дискретного
оптимизационного выбора и систематизации этих методов
- для оценки НДС конструкции рамы разработана методика с использованием
конечно-элементного комплекса MSC NASTRAN 2004 Предложена упрощенная
методика выделения фрагмента конструкции рамы с высоким уровнем НДС,
основанная на балочной схеме и учитывающая взаимодействие рассматриваемого
фрагмента рамы с сопряженными частями конструкции,
- предложен комбинированный метод определения прочностных, весовых и
жесткостных параметров рамы, использующий двухуровневую детализацию
расчетной схемы конструкции, где предварительные результаты, полученные для
модели первого уровня адаптируются для трехмерной пространственной схемы с
использованием пре- и постпроцессорных программных средств
Практическая значимость Разработанные положения позволяют на стадии проектирования выбрать, из множества допустимых альтернативных вариантов, наиболее эффективные, значительно снизив, таким образом, вероятность потери оптимального варианта и, как следствие, добиться большего организационно-технического и экономического эффектов Организационно-технический эффект от внедрения в ОАО «ТМЗ» этапа САПР «Выбор оптимального конструктивно-технологического решения на этапе предварительного проектирования объектов промышленного назначения» характеризуется сокращением как, минимум, на 20% времени, затрачиваемого на решение задачи выбора Применение упрощенной методики расчета НДС конструкции позволяет резко снизить объем работ компьютерной подготовки оценок Суммарный ожидаемый годовой экономический эффект при мелкосерийном производстве рам автобусов в ОАО «ТМЗ» составляет около 3,5 млн руб Основные результаты работы, включая программно-алгоритмическое обеспечение, а также методы расчетов и оптимизации могут быть успешно применены при создании широкого класса ТС
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
- методические основы выбора (включая методическое и программно -
алгоритмическое их обеспечение) рациональных конструктивно-технологических
решений рам ТС, с использованием методов многокритериальной оптимизации,
системы критериев выбора рациональных вариантов рам ТС, классифицированные по группам функциональной принадлежности и лексикографически ранжированные как по группам значимости, так и в целом по всему набору,
- результаты расчетов количественных критериев оценки рациональности
альтернативных конструкций рам ТС по показателям НДС, металлоемкости,
коррозионной стойкости и др,
результаты оптимизационных расчетов консгрукгивно-технолшических решений рациональных вариантов рам автобуса «Московит»,
результаты экспериментальных стендовых испытаний фрагмента рамы автобуса «Московит»
Реализация результатов исследований. Результаты работы использованы при проведении НИОКР ОАО «ТМЗ» При принятии решений на этапе выбора рациональной конструкции рамы автобуса «Московит», были рекомендованы к
реализации аналога рамы автобуса «Икарус - 435», изготовленные из стали 09Г2С и Ст 20 При выборе эффективной технологической структуры сборки указанной рамы рекомендована структура, отличная от принятой в настоящее время в ОАО «ТМЗ» Вместо применяемой технотогии с использованием электросварки под С02 рекомендована к использованию аргонодуговая сварка, вместо антикоррозионного покрытия с использованием фосфатирования рекомендована к внедрению технология с использованием цинкования
Достоверность работы Достоверность работы подтверждается известными теоретическими решениями, методами, адекватными моделями, а также сравнением теоретических и расчетных результатов с экспериментальными данными
Апробация работы Основные резучьтаты настоящей работы докладывались и обсуждались на НТС кафедр «Строительная механика и прочность» ГТУ (МАИ) и «Автомобильное хозяйство и двигатели» МГОУ, ОАО ' НАТИ", ОАО «ФИИЦ М», а также на международной конференции «Надежность и долговечность механизмов элементов конструкций и биомеханических систем», г Севастополь, 2006г
Пубчикации По результатам проведенных исследований по теме диссертации опубликовало 5 научных работ
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений Общий объем диссертационной работы - 148 страниц машинописного текста включающий 32 рисунков, 38 табіиц и 202 литературных источников
