Введение к работе
Актуальность работы. Повышение пассивной безопасности автобусов является одной из важных задач при разработке новых конструкций или модернизации существующих. Пассивная безопасность автобуса в основном определяется конструкцией кузова, который должен обеспечивать сохранение остаточного жизненного пространства внутри салона. Известно, что оценка безопасности автобуса может проводиться, как по результатам натурных экспериментальных исследований (опрокидывание с уступа), так и по результатам компьютерного моделирования соответствующих условий аварийного нагружения. Среди существующих конструкций автобусов отдельную группу составляют вахтовые автобусы, состоящие из многослойных панелей и предназначенные к эксплуатации в различных природно-климатических условиях (в том числе в труднодоступных районах с высокими и низкими температурами). Несмотря на наличие известных расчетных методик, основанных на использовании современных пакетов программ и постоянно растущих вычислительных мощностей, вопросы компьютерного моделирования ударного воздействия аварийных нагрузок на конструкции кузовов из многослойных панелей, а также влияния температурного фактора на их прочность и пассивную безопасность недостаточно изучены. В этой связи возникает необходимость в дальнейшем развитии методик оценки пассивной безопасности вахтовых автобусов, а также исследования поведения кузовов из многослойных панелей при различном силовом и температурном воздействии. Решению этих актуальных задач посвящена данная диссертационная работа.
Цель работы. Разработка методики расчетно-экспериментальной оценки пассивной безопасности кузовов из многослойных панелей вахтовых автобусов и их доводки на основе компьютерного моделирования условий аварийного нагружения при опрокидывании и результатов испытаний отдельных характерных участков; практическая реализация полученных результатов.
Объекты исследования. Кузова из многослойных панелей вахтовых автобусов на шасси грузовых автомобилей КАМАЗ, ГАЗ, Урал.
Научная новизна:
Разработана методика расчетно-экспериментальной оценки пассивной безопасности кузовов из многослойных панелей вахтовых автобусов и их доводки на основе результатов компьютерного моделирования и испытаний, позволяющая прогнозировать их безопасность и оценивать ее на завершающем этапе, а также при сертификации.
Предложен способ моделирования многослойных панелей, систематизированы критерии качества, предъявляемые к конечно-элементным моделям, разработаны подробные расчетные модели кузовов, максимально учитывающие
особенности их конструкций, применяемые при оценке пассивной безопасности вахтовых автобусов.
По результатам проведенных расчетно-экспериментальных исследований получены уточненные характеристики многослойных панелей и их материалов, в том числе с учетом влияния температуры окружающей среды, необходимые для разработки конечно-элементных моделей кузовов автобусов при оценке их безопасности и прочности.
Даны научно обоснованные практические рекомендации по повышению пассивной безопасности кузовов из многослойных панелей вахтовых автобусов.
Методы исследования. Компьютерное моделирование, имитирующее опрокидывание автобуса с уступа в соответствии с требованиями Правил ЕЭК ООН №66, проведено с использованием современных расчетных программных пакетов, основанных на методе конечных элементов и алгоритмах расчетов существенно нелинейных процессов, использующих явные схемы математического интегрирования. Экспериментальные исследования проведены в лаборатории Института транспортных систем НГТУ на современном поверенном оборудовании Центра коллективного пользования «Транспортные системы».
Основные положения, выносимые на защиту:
Методика расчетно-экспериментальной оценки пассивной безопасности кузовов автобусов из многослойных панелей.
Конечно-элементные модели многослойных панелей и кузовов, параметры которых (физико-механические свойства материалов и элементов соединения) выбраны и обоснованы по результатам экспериментальных исследований образцов и отдельных силовых элементов вахтовых автобусов.
Результаты расчетно-экспериментальных исследований несущей способности кузовов вахтовых автобусам в условиях действия статических и динамических разрушающих нагрузок.
Результаты исследования влияния температур окружающего воздуха на пассивную безопасность кузовов из многослойных панелей вахтовых автобусов.
Практические рекомендации по повышению пассивной безопасности кузовов вахтовых автобусов, состоящих из многослойных панелей.
Достоверность результатов расчетных исследований подтверждена известными теоретическими решениями и результатами испытаний образцов многослойных панелей, их конструкционных материалов, полномасштабного кузова вахтового автобуса и его характерных участков.
Практическая ценность работы
Разработанная методика позволяет достоверно оценивать пассивную безопасность кузовов из многослойных панелей вахтовых автобусов без проведения дорогостоящих полномасштабных испытаний, с учетом особенностей их конструкции и температурных условий эксплуатации.
Материалы диссертации могут быть использованы в расчетных и конструкторских отделах предприятий, занимающихся разработкой кузовов из многослойных панелей автобусов, а также в органах по сертификации автотранспортных средств, в научно-исследовательских институтах и высших учебных заведениях.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» (г. Н. Новгород, НГТУ, 2010 г.), 70-й и 78-й Международных научно-технических конференциях Ассоциации автомобильных инженеров РФ (г. Дмитров-7, ФГУП НИЦИАМТ, 2010 и 2012гг.).
Реализация результатов работы. Разработанная методика, расчетные модели, результаты исследований внедрены на предприятиях, занимающихся разработкой и производством вахтовых автобусов (ООО «Автофургон», ООО «ПСП-НН», 000 «Автомеханический Завод»), в Центре безопасности дорожного движения и технической экспертизы НГТУ, НП «ИНСАТ», учебном процессе кафедры «Автомобили и тракторы» НГТУ им. Р.Е. Алексеева.
Публикации. Основные положения и результаты работы опубликованы в 10 научных работах, из которых 5 статей - в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 статья - в зарубежном журнале, 2 статьи - в других изданиях, 2 патента РФ на полезную модель.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 154 наименований, четырех приложений. Работа содержит 225 страниц основного машинописного текста, включая 191 рисунок, 28 таблиц, 109 формул и 33 страницы приложений.
Похожие диссертации на Разработка методики и оценка пассивной безопасности кузовов из многослойных панелей вахтовых автобусов
