Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обрзор литературы, посвещеннои методам исследований автомобильных несущих систем типа РАМ 10
1.1. Конструктивные особенности рам колесных машин (КМ) 10
1.2. Эксплуатационные и нагрузочные режимы для несущих систем
КМ 15
1.3. Аналитические методы исследований напряженно - деформированных состояний (НДС) рам 16
1.4. Экспериментальные методы исследования НДС рам 24
1.5. Методы прогнозирования ресурса несущих систем 26
1.6. Методы оптимального проектирования несущих систем автомобилей 28
1.7. Выводы по главе и постановка задач исследований 38
Глава 2. Решение проблем, связанных с поиском оптимальных решений для рамы грузовых автомобилей на базе метода конечных элементов (МКЭ) 39
2.1. Особенности создания рациональных конечно-элементных моделей (КЭМ) рам применительно к оптимальному проектированию 39
2.2. Поиск оптимальных решений для рам грузовых автомобилей на базе упрощенных (балочных) КЭМ 48
2.3. Поиск оптимальных решений для рам грузовых автомобилей на базе уточненных (оболочных) КЭМ 54
2.4. Основные результаты и выводы по главе 63
Глава 3. Методика определения динамических параметроврам грузовых автомобилей для экстремальных режимов нагружения 64
3.1. Методика создания имитационных КЭМ автомобилей применительно к оптимальному проектированию 64
3.2. Обоснование и выбор характеристик дорог 67
3.3. Динамический анализ поведения рам грузовых автомобилей для экстремальных режимов 70
3.4. Выводы по главе 77
Глава 4. Методика оптимального проектирования рам грузовых автомобилей с учетом ограничений по ресурсу и применение её к раме автомобиля КАМАЗ-5320 78
4.1. Общая методология поиска оптимальных решений 78
4.2. Поиск оптимальных решений для рамы с учетом эксплуатационных режимов и ограничений по ресурсу 81
4.3. Разработка рекомендаций по улучшению конструкции рамы автомобиля КАМАЗ-5320 88
4.3.1. Поиск оптимальных решений для рамы автомобиля КАМАЗ-5320 на базе уточненных (оболочных) КЭМ 88
4.3.2. Определение динамических параметров рамы автомобиля КАМАЗ-5320 для экстремальных режимов нагружения 97
4.3.3. Определение ресурса оптимальной рамы автомобиля КАМАЗ-5320 для эксплуатационных режимов 100
4.4.4. Поиск оптимальных решений с учетом максимальных динамических нагрузок и ресурса 106
4.4. Результаты и выводы по главе 107
Основные результаты и выводы по работе 108
Список литературы 109
Приложения 117
- Аналитические методы исследований напряженно - деформированных состояний (НДС) рам
- Поиск оптимальных решений для рам грузовых автомобилей на базе упрощенных (балочных) КЭМ
- Динамический анализ поведения рам грузовых автомобилей для экстремальных режимов
- Поиск оптимальных решений для рамы автомобиля КАМАЗ-5320 на базе уточненных (оболочных) КЭМ
Введение к работе
При современных масштабах производства в автомобилестроении ежегодно расходуются десятки тонн металла. Поэтому создание конструкций имеющих заданный ресурс и требуемую материалоемкость приведет к экономии металла, уменьшению затрат на его покупку, транспортировку и производство машин. Кроме того, снижение материалоемкости положительно сказывается на экономии топлива и снижении стоимости транспортных операций, а для сельскохозяйственных машин на решении острой экологической проблемы - обеспечения минимального давления на грунт.
Для повышения качества продукции, ее конкурентоспособности важно еще на стадии проектирования из множества вариантов обоснованно и в сжатые сроки выбрать наилучший, который бы отвечал всем требованиям. Поиск оптимальных решений для таких сложных конструкций, как колесные машины (КМ) и их несущие системы немыслим без использования ЭВМ. Однако даже при использовании супер мощных ЭВМ приходится сталкиваться с целой группой проблем, не позволяющих в полном объеме решить поставленную задачу.
Например, с помощью МКЭ теоретически можно на ЭВМ рассчитать любой объект с высокой точностью. Однако для достижения высокой точности требуется грамотная и относительно мелкая разбивка объекта на конечные элементы, а время счета даже на современных быстродействующих ЭВМ одного варианта может длиться часы. Отсюда для проведения многовариантных высокоточных расчетов требуется особый подход. Другим примером является проблема поиска оптимальных решений при большом числе варьируемых параметров.
Цель работы; разработка методики поиска оптимальных параметров рам грузовых автомобилей минимальной массы, отвечающих основным требованиям (в том числе по ресурсу) на стадии проектирования. Задачи работы:
1. разработка рациональных КЭМ рамы оболочного типа применительно к
оптимальному проектированию;
разработка имитационных КЭМ автомобилей применительно к оптимальному проектированию;
разработка принципов определения экстремальных динамических нагрузок;
разработка общих принципов поиска оптимальных решений для рам на базе уточненных (оболочных) КЭМ с учетом ограничений по ресурсу;
применение разработанной методики к раме автомобиля КАМАЗ-5320 с целью иллюстрации основных положений методики, разработка рекомендаций по совершенствованию конструкции.
Актуальность. Актуальным является создание рам с оптимальными параметрами, в том числе по массе. Такие рамы должны отвечать ряду требований: по жесткости и прочности (включая усталостную) при удовлетворении и других ограничений (например, геометрических).
Эти вопросы напрямую связаны с конструктивным исполнением рам (размеры лонжеронов, поперечин, число поперечин, их расположение и др.)
В современных условиях создать раму, отвечающую всем требованиям, возможно, решив задачу многопараметрической оптимизации при ограничениях (геометрия, жесткость, ресурс и др.).
Научная новизна:
1. методика нелинейного многовариантного синтеза, позволяющая получить на стадии проектирования оптимальные параметры и топологию рам
грузовых автомобилей на базе уточненных (оболочных) конечно-элементных моделей (КЭМ), включающая в себя:
разработку рациональных КЭМ рамы и колесной машины (КМ) в целом;
методику преобразования уточненной КЭМ рамы для осуществления параметрической и топологической оптимизации;
методику учета ограничений по ресурсу и экстремальных динамических нагрузок применительно к нелинейной оптимизации;
2. полученные научные результаты и выводы. Практическая ценность:
разработан алгоритм поиска оптимальных параметров для рам грузовых автомобилей, отвечающих основным требованиям (в том числе по ресурсу), с помощью которого на стадии проектирования можно создавать рамы минимальной массы;
результаты теоретических исследований и рекомендации по улучшению конструкции, позволившие получить снижение массы рамы грузового автомобиля КАМАЗ-5320 на 20%;
теоретические и методологические разработки и полученные результаты используются в НИР и в учебном процессе НУК СМ МГТУ им.Н.Э. Баумана.
Достоверность работы подтверждалась известными теоретическими решениями, а также сравнениями теоретические результатов с экспериментальными данными.
Апробация; по результатам данной работы делались регулярные доклады на кафедре «Колесные машины» МГТУ им Н.Э. Баумана; сделан доклад на 53-й международной научно-технической конференции ассоциации автомобильных инженеров «Проблемы и перспективы автомобилестроения в России» 22-23 марта 2006 г., г. Ижевск, а также доклад на конференции,
посвященной юбилею (70 лет) кафедры «Колесные машины» МГТУ им Н.Э. Баумана, октябрь 2006 г.
Реализация работы: материалы диссертационной работы используются в НИР и при обучении студентов кафедры «Колесные машины» НУК СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Публикации: по материалам диссертации опубликовано три работы.
Структура и объем диссертации: диссертация состоит из введения, четыре глав, общих выводов, списка литературы. Работа содержит 158 страницы печатного текста, 16 таблиц, 136 рисунков и приложения, список литературы содержит 86 наименований.
В первой главе проведен обзор литературы, посвященной методам исследования автомобильных несущих систем типа рам, рассмотрены конструктивные особенности рам КМ, эксплуатационные и нагрузочные режимы для несущих систем КМ, аналитические методы исследований напряженно - деформированных состояний (НДС) рам, экспериментальные методы исследования НДС рам, методы прогнозирования ресурса несущих систем, методы оптимального проектирования несущих систем КМ, сделаны выводы по главе и поставлены задачи исследований.
Во второй главе изложены основные положения методики поиска оптимальных решений для рам грузовых автомобилей на основе МКЭ, рассмотрены принципы создания рациональных КЭМ рамы на базе конечных элементов (КЭ) оболочечного типа применительно к оптимальному проектированию.
Третья глава посвящена изложению методики определения динамических параметров рам грузовых автомобилей при экстремальных режимах нагружения. Для этого были созданы имитационные КЭМ автомобилей. В
качестве объектов исследований выбраны грузовые автомобили КАМАЗ (бортовой, самосвал и др.).
В четвертой главе изложены основные положения методики оптимального проектирования рам грузовых автомобилей с учетом ограничений по ресурсу и показана её эффективность на примере оптимизации рамы автомобиля КАМАЗ-5320.
Работа выполнялась автором на кафедре «Колесные машины» МГТУ им Н.Э. Баумана.
Автор выражает свою признательность и благодарность за оказанную помощь и консультации при выполнении работы научному руководителю д.т.н., профессору Зузову В.Н.
Аналитические методы исследований напряженно - деформированных состояний (НДС) рам
Как отмечалось, исследования нагруженности и НДС рам, проведенные рядом автором [21,23,25,26], показали, что при движении автомобиля возникают так же значительные по величине горизонтальные силы, вызывающие изгиб рамы в горизонтальной плоскости. Изгиб рамы в горизонтальной плоскости происходит при различных условиях движения: таких как движение автомобиля на повороте, несимметричное торможение, движение по неровностям дороги и др.
Максимальное значение горизонтальной силы, возникающей между шинами колес и поверхностью дороги, ограничивается боковым скольжением автомобиля и составляет 20-22% от веса автомобиля. Как показали исследования напряженное состояние рамы от изгиба ее в горизонтальной плоскости соизмеримо с напряженным состоянием от стесненного кручения и поэтому проектирование рам необходимо выполнять с учетом действия горизонтальных сил.
Из всех рассмотренных режимов наибольший интерес представляет движение автомобиля по неровностям дороги, при котором преобладают вертикальные толчки, вызывающие изгиб рамы в вертикальной плоскости совместно с её кручением.
Развитию методов расчета автомобильных рам на кручение предшествовала теория тонкостенных стержней, предложенная В.З. Власовым [14]. На основе этой теории были разработаны методы расчета рам из тонкостенных стержней открытого и закрытого профилей.
Современному развитию теории автомобильных рам положили начало работы И.Ф.Бочарова [10], Д.Б.Гельфгата, В.А.Ошнокова [16], И.К.Снитко , а дальнейшее совершенствование теории отражено в работах С.С.Дмитриченко [18], М.Н.Закса , А.А.Иванова [34], В.Д.Проскурякова, А.Л. Эйдельмана, Н.Н.Яценко [77,78] и др.
Д.Б.Гельфгат и В.А.Ошноков [15,17] разработали методы расчета автомобильной рамы на изгиб в вертикальной плоскости и кручение.
Н.Ф.Бочаров [10] исследовал вопрос кручения тонкостенных стержней с переменной жесткостью по длине и применил их к разработке метода расчета лонжеронных рам на кручение на базе теории тонкостенных упругих стержней.
А.Л.Эйдельман и Н.Я.Емельянов [25,26] провели исследования влияния изменения геометрических характеристик поперечин и их взаимного расположения на напряженное состояние рамы при горизонтальном изгибе.
До недавнего времени расчет реальной конструкции автомобильной рамы начинался с выбора расчетной схемы, при этом необходимо было выполнить идеализацию конструкции рамы и исключить те факторы, которые не могут повлиять на ее работу в целом. Материал конструкции принимался однородным, изотропным и упругим и по возможности наделялся свойствами, отвечающими свойствам реального материала. Вводились упрощения в геометрию реальной конструкции и в систему сил, действующих на раму. В частности, распределенные силы заменялись сосредоточенными, свойственные только упрощенной расчетной схеме. Такие упрощения совершенно необходимы, так как решение с полным учетом всех свойств конструкции являлось принципиально невозможным.
Традиционные методы расчета рам автомобилей сводились к расчету на статическую прочность. Поскольку рама в основном находится под воздействием нагрузок, являющимися функциями времени, то это обстоятельство учитывается путем введения коэффициента запаса прочности. Причем, значение этого коэффициента колеблется в значительных пределах. И, тем не менее, рамы, спроектированные с большим запасом статической прочности, могут недопустимо быстро выходить из строя в результате усталостных повреждений. Это заставляет рассматривать раму (или несущую систему вообще) как элемент динамической системы, подверженной воздействию со стороны дороги, микропрофиль которой является случайной функцией пути. Вышесказанное определяет формулировку функционального назначения рамы: она должна выдержать весь срок эксплуатации под воздействием случайных систем нагрузок.
Очевидно, что ввиду сложных зависимостей динамической нагрузки от целого ряда факторов, таких как скорость движения автомобиля, дорожные условия, параметры автомобиля, полный и всесторонний динамический анализ рамы автомобиля необходимо проводить на основе непосредственного измерения динамических выходных характеристик в функции от дорожных условий путем построения гистограмм вариаций напряжений в различных элементах рамы.
В последние годы в результате бурного развития вычислительной техники широкое распространение получили численные методы задач теории упругости. Одним из наиболее эффективных численных методов для расчета машиностроительных конструкций и, в том числе несущих систем КМ, является метод конечных элементов. Применение МКЭ для исследования тонкостенных пространственных конструкций позволяет в рамках единого подхода получать распределения как усилий и напряжений, так и перемещений и деформаций при расчетах на статические и динамические нагрузки. Причем, с помощью МКЭ можно исследовать конструкции практически любой формы, составленные из элементов, имеющих различные свойства, решать задачу в нелинейной постановке при высокой точности результатов. МКЭ позволяет оценивать НДС как всей конструкции, так и отдельных элементов.
Поиск оптимальных решений для рам грузовых автомобилей на базе упрощенных (балочных) КЭМ
Методы 1-го порядка обеспечивают, как правило, большую точность в определении минимума целевой функции по сравнению с методами 0-го порядка, однако при этом значительно больше затрачивается времени на решение. Кроме того, они чувствительны к значениям X и соотношениям параметров. Поэтому в некоторых случаях решение может не состояться.
Постановка задачи оптимального проектирования конструкций включает определение следующих условий: 1) функциональное назначение конструкции; 2) геометрические ограничения на проект; 3) ограничения на поведение конструкции; 4) критерий качества проекта. Под целью изготовления в общем случае можно понимать выдерживание действующих статических или динамических нагрузок при заданных условиях. Описание внешних условий может включать единственное или повторное приложение нагрузок, фиксированную или случайную последовательность различных систем нагрузок. Под геометрическими ограничениями понимается определение объема, занимаемого конструкцией, или даже выбор конструктивных форм. В нашем случае геометрические ограничения заданы в виде длины и ширины рамы, определяемые компоновкой автомобиля. Конструктивную форму также считаем заданной. Ограничения на поведение конструкции накладывают условия, при которых она предназначена работать. Ограничения, накладываемые на поведение рамы автомобиля, отражают требования к ее способности работать в условиях статического и динамического нагружений. Количественно эти ограничения определяются максимальными напряжениями в раме и максимальной длиной пробега автомобиля, за время которого рама не получит усталостного повреждения. Наиболее ответственным моментом в постановке задачи оптимизации любой системы является выбор критерия качества. Критерием качества для несущих систем могут быть масса, габаритные размеры, надежность, стоимость изготовления и др. От выбора критерия качества зависит выбор и обоснование метода оптимизации. Учесть все при оптимизации не представляется возможным, так как такой критерий, например, как стоимость изготовления может меняться с течением времени вследствие совершенствования технологического процесса производства. При решении задачи оптимизации следует учитывать, что для обеспечения технологичности изготовления рамы лонжероны имеют постоянную по длине толщину, а высота и ширина полок швеллерного сечения лонжеронов меняются по линейному закону. Поперечины часто имеют постоянное по длине сечение открытого швеллерного профиля. Оптимальной будем считать раму наименьшей массы при удовлетворении основных ограничений (по прочности, жесткости, ресурсу и др.). Известно что, равномерно-прочный упругий объект является конструкцией наименьшей массы [48]. Однако если участки лонжеронов между поперечинами меняются по какому либо закону, то получить совершенно равнопрочную раму весьма сложно, поэтому термин "равнопрочная рама" следует понимать в этом смысле условно. Напряженное состояние рамы оцениваем в каждом её элементе в точках, где эти напряжения для данного элемента максимальны. Под элементами рамы понимаем поперечины и участки лонжеронов между поперечинами. Критерий качества "равнопрочность" может быть принят в виде: где: / - номер точки, в которой определено напряжение Т); т- число точек, в которых определяются напряжения; Oj - напряжение в некоторой точкеу из числа т точек. Произвольный выбор точки j из числа т не совсем удобен, так как может оказаться, что напряжение в этой точке сильно отличается от напряжений в остальных т-1 точках. Это приведет к тому, что еще до начала решения задачи оптимизации ЭВМ будет обречена делать довольно большую вычислительную работу, так как если напряжение о; будет сильно отличаться от остальных напряжений О/,то для того, чтобы критерий качества W уменьшался, ЭВМ будет стремиться уравнять напряжения а, с напряжением oj. Поэтому целесообразно застраховаться от возможной неудачи с выбором Oj . Для этого достаточно GJ определить как среднее. Тогда, если среди всех напряжений о{ окажется одно, сильно отличающееся от других, то его воздействие будет ослаблено усреднением: В отечественной и мировой практике имеются примеры поиска оптимальных решений для автомобильных конструкций [8,9,29,38,48,82]. В работе В.Н. Зузова разработан метод создания несущих системы КМ с оптимальных параметрами ( минимальной массы) на стадии проектирования на основе развития методов многовариантного анализа и синтеза несущих систем и практической реализации методов и результатов [29]. В работе М.И. Курбатского разработана методика оптимального проектирования рам грузовых автомобилей с использованием теории тонкостенных упругих стержней [48]. В работе А.П. Кириллова разработана методика оценки НДС и поиска оптимальных решений кузова легкого автомобиля и его навесных деталей с целью минимизации массы деталей при обеспечении их требуемой жесткости и прочности [38]. Применение таких методик позволяет на стадии проектирования выявить эксплуатационные возможности конструкции, найти оптимальное распределение металла в ней и обосновать снижение массы, а также уменьшать затраты при проведении испытаний опытных образцов. Однако в работах использовались КЭМ на базе балочных КЭ, которые не обеспечивают получение высокой точности результатов. 1.7. Выводы по главе и постановка задач исследований На основе проведенного обзора сделаны следующие выводы: 1 .отсутствуют примеры топологической и параметрической оптимизации для рам грузовых автомобилей на базе уточненных (оболочечных) КЭМ; 2.существует ряд проблем оптимизации, сдерживающих расширение применения её, главные из которых: - необходимость создания рациональных КЭМ, обеспечивающих получение результатов заданной точности при минимуме затрат труда и времени на их составление и решение; - ограничение на число варьируемых переменных в процессе оптимизации; 3. отсутствует доступный метод оптимизации с учетом динамики и ресурса.
Динамический анализ поведения рам грузовых автомобилей для экстремальных режимов
На первом этапе ставится задача произвести предварительную оценку возможности улучшения параметров конструкции и наметить пути ее конструктивного изменения. Использование упрощенных моделей возможно в связи с тем, что главными ограничениями являются обобщенные перемещения. Такие модели не требуют больших трудозатрат на подготовку и решение задачи многопараметрического синтеза. Оптимизационная задача при этом может быть одновременно параметрической (переменными параметрами являются размеры сечения лонжеронов - толщина, высота стенок, ширина полок; толщина стенок поперечин), и топологической по определению наилучших значений по местоположению и числу поперечин. Основной недостаток применения таких моделей - невысокая точность результатов и особенно по напряжениям.
На втором этапе при использовании оболочных КЭМ можно существенно повысить точность результатов. Однако основная сложность их применения при оптимизации состоит в том, что при существенном изменении координат узлов (например, при увеличении высоты лонжерона) в конечном элементе (КЭ) может возникнуть чрезмерное искажение его формы и нарушение ограничений программы МКЭ по соотношениям сторон и допустимых углов при вершине КЭ. Эти искажения могут привести к большим погрешностям решения и даже к его остановке. В результате диапазон варьирования некоторых параметров (координат точек) будет значительно уже, чем в случае использования балочныхКЭ. Для преодоления этой трудности необходимо вводить специальные программы соответствующей коррекции КЭМ, а это весьма усложняет задачу. Значительно проще провести предварительную оптимизацию на базе балочных КЭМ с варьированием параметров в широких пределах, а затем уточнить их значения в задаче с использованием оболочечных КЭМ при изменениях параметров уже в узких границах, что и предлагается в данной работе. При этом важно в принципе убедиться на сколько результаты по первому и второму этапу получаются сопоставимыми.
В качестве расчетных режимов выбраны наиболее тяжелые: вывешивание колеса (изгиб и кручение одновременно), кручение (соответствующее вывешиванию колеса), горизонтальный изгиб рамы. Ограничениями в задачах являлись геометрические (максимальные и минимальные размеры лонжеронов и поперечин, местоположение некоторых поперечин), ограничения по перемещениям (максимальные прогибы, угол закручивания), по напряжениям. В качестве целевых функций выбирались масса (объем) и относительная равнопрочность. Использование равнопрочности в качестве целевой функции основано на известном положении, (указываемом ранее), что равнопрочная конструкция имеет массу близкую к оптимальной. Поэтому в последнем случае также определялась масса конструкции. Число переменных на каждом этапе оптимизации не превышает 20 (это программное ограничение). Оптимизацию проводим методами первого и нулевого порядка.
При топологической оптимизации если две поперечины сближаются до расстояний, сопоставимых с размерами поперечных сечений, то на следующем этапе рассматривается также вариант, когда эти поперечины объединены. В то же время поперечины, которые должны конструктивно располагаться в конкретном месте (например, для крепления опор двигателя), имеют фиксированное положение.
Варьируется 20 переменных. Это толщины (Л-толщина лонжерона и 72 -толщина поперечины), координаты по длине лонжерона местоположения поперечин {XI - второй поперечины, ХЗ - третьей поперечины, Х4 - четвёртой поперечины, Х5 - пятой поперечины, Х6 - шестой поперечины), высота стенки лонжерона на участках между каждой из поперечин (Я1 -Я6, для левого и правого лонжеронов симметрично), высота стенок каждой поперечины (Я7-Я13).
На рис. 2.8 -2.11 представлены результаты оптимизации для режима на-гружения «вывешивание колеса» при целевых функциях - «объем конструкции» (обозначены буквой «а») и «равнопрочность» (обозначены буквой «б»), полученные методом нулевого порядка. При оптимизации методом первого порядка результат хуже, поэтому не представлен. На рис. 2.8 представлены измененный вид рам и соответствующие значения объемов (там же видны изменения параметров X и Я). На рис. 2.9 - изменение целевых функций, на рис. 2.10 и 2.11 изменение параметров ТиХв процессе оптимизации. Из анализа данных следует, что наилучший результат получен для целевой функции «равнопроч-ность». При этом толщина лонжерона уменьшилась, а поперечины увеличилась по отношению первоначальных значений. Третья и четвертая поперечины сблизились. Однако объединение этих поперечин привело к ухудшению результатов.
Поиск оптимальных решений для рамы автомобиля КАМАЗ-5320 на базе уточненных (оболочных) КЭМ
Для оценки динамических параметров рамы КАМАЗ-5320 для экстремальных режимов нагружения после оптимизации проведен динамический анализ модели автомобиля КАМАЗ-5320 для гармонического профиля дороги.
Результаты расчета показаны на рис. П. 16 - П.22 и в табл. 11: изменение напряжений в точках 1,2,3,4,5,6,7 для рамы КАМАЗ-5320 до оптимизации (обозначены буквой «я») и после оптимизации (целевые функции «равнопочность» -обозначены буквой «б» и «объём» - обозначены буквой «в»), на рис.П.23 -П.29: изменение перемещений в точках 1,2,3,4,5,6,7 для рамы КАМАЗ-5320 до оптимизации (обозначены буквой «а») и после оптимизации (целевые функции «равнопочность» - обозначены буквой «б» и «объём» - обозначены буквой «в»).
Анализ результатов, в частности, показал, что существенно изменились значения эквивалентных предельных напряжений (табл.12) в узлах соединения поперечин с лонжеронами рамы КАМАЗ-5320 при резонансной частоте и собственные частоты (табл.13). Например, 1-я частота после оптимизации при целевой функции «объем» уменьшилась на 18 %, а при целевой функции «равно-прочность» уменьшается на 16,5%.
На рис.П.ЗО изображены несколько собственных форм колебаний рамы до оптимизации (обозначены буквой «а») и после оптимизации (целевые функции «равнопочность» - обозначены буквой «б» и «объём» - обозначены буквой «в»). Выбранные частоты и формы колебаний соответствуют превалирующим состояниям: «изгиб» и «кручение». В том числе для рамы до оптимизации «кручение» имеет место при частотах 0,93 и 1,59 Гц и совместное «кручение и изгиб» - при частоте 0,58 Гц. Для рамы после оптимизации (целевая функция «объем») имеет место «кручение» при частотах 1,302 и 1,881 Гц и «изгиб» при частоте 0,606 Гц. Для рамы после оптимизации (целевая функция «равнопрочность») имеет место «кручение» при частотах 0,765 и 1,357 Гц и «изгиб» при частоте 0,642 Гц.
Собственные частоты изменились тоже значительно (табл. 13.). Например, 1-я частота после оптимизации при целевой функции «объем» уменьшается на 18 %, и при целевой функции «равнопрочность» уменьшается на 16,5%. Далее проведен динамических анализ поведения рамы КАМАЗ-5320 до оптимизации и после оптимизации ( процесс итерационный целевая функция «равнопрочность») при имитации движения КМ по дороге с случайным микропрофилем для 4-х типов дорог. На рис.4 Л 9 показано изменение напряжения в точке №4 для рамы КАМАЗ-5320 до оптимизации для микропрофиля «асфальтовое шоссе». Другие результаты представлены на рис. П.31 - П.36. На рис.4.20 показано изменение напряжения в точке №4 для рамы КАМАЗ-5320 до оптимизации для микропрофиля «булыжное шоссе удовлетворительного качества». Другие результаты представлены на рис. П.37 - П.42. На рис.4.21 показано изменение напряжения в точке №4 для рамы КАМАЗ-5320 до оптимизации для микропрофиля «булыжное шоссе плохого качества». Другие результаты представлены на рис. П.43 - П.48. На рис.4.22 показано изменение напряжения в точке №4 для рамы КАМАЗ-5320 до оптимизации для микропрофиля «грунтовая дорога по лесному массиву», другие результаты представлены на рис. П.49 - П.54. На рис.4.23 показано изменение напряжения в точке №4 для рамы КА-МАЗ-5320 после оптимизации для микропрофиля «асфальтовое шоссе», другие результаты представлены на рис. П.55 - П.60. На рис.4.24 показано изменение напряжения в точке №4 для рамы КА-МАЗ-5320 после оптимизации для микропрофиля «булыжное шоссе удовлетворительного качества». Другие результаты представлены на рис. П.61 - П.66. На рис.4.25 показано изменение напряжения в точке №4 для рамы КА-МАЗ-5320 после оптимизации для микропрофиля «булыжное шоссе плохого качества». Другие результаты представлены на рис. П.67 - П.71. На рис.4.26 показано изменение напряжения в точке №4 для рамы КА-МАЗ-5320 после оптимизации для микропрофиля «грунтовая дорога по лесному массиву». Другие результаты представлены на рис. П.72 - П.77. 1 В процессе итерационных приближений был получен вариант рамы, которой имеет ДОПуСТИМЫе Сдан тах И L,. Из таблицы 15 видно, что предлагаемый вариант рамы имеет на 20,3% меньшую массу (таб.16), а пробег не ниже, чем у прототипа, поэтому раму можем считать оптимальной. Рама КАМАЗ-5320 после оптимизации существенно изменилась: масса рамы после оптимизации при целевой функции «объем» уменьшается на 20,3% для режима нагружения «вывешивание колеса», и на 20,5% для режима нагружения «кручение»; при критерии «равнопрочность» масса рамы уменьшается на 15% для режима нагружения «вывешивание колеса», и на 17% для режима нагружения «кручение»; Н2 после оптимизации при целевой функции «объем» уменьшается на 5,3 % для режима нагружения вывешивании колеса, при критерии «равнопрочность» Н2 уменьшается на 3,82% для режима нагружения «вывешивание колеса», и на 5,1% для режима нагружения «кручение». Вторая поперечина (DL1) при целевой функции «объем» смещена на 52,6 мм вперед для режима нагружения «вывешивание колеса», и 16,9 мм вперед -для режима нагружения «кручение»; при критерии «равнопрочность» смещена на 144,7 мм вперед для режима нагружения «вывешивание колеса», и 190 мм -вперед для режима нагружения «кручение».
