Введение к работе
Актуальность проблемы:
Современные грузовые автомобили, как правило, имеют
несущую систему рамной конструкции. Рама служит
остовом, на котором монтируются агрегаты, и
воспринимает значительную часть нагрузок, действующих
на автомобиль. Получение рациональных характеристик
прочности и жесткости рамы является одной из важнейших
задач, возникающих при проектировании грузового
автомобиля.
Исследованию напряженно-деформированного состояния
(НДС) автомобильных рам посвящено большое количество
работ. Изначально рама рассматривалась как совокупность
балок или тонкостенных стержней по Власову. В
уточненных методиках предлагалось моделировать зоны
соединения лонжеронов и поперечин рамы конечными
элементами оболочки, либо использовать для этих зон
результаты эксперимента. Такие подходы были
продиктованы технической невозможностью проведения
«прямых» расчетов рам по оболочечным моделям и
требовали очень высокой квалификации расчетчика как
механика и математика. В настоящее время возможности
метода конечных элементов (МКЭ) и вычислительные
ресурсы ЭВМ позволяют проводить расчеты рам как
тонкостенных оболочечных конструкций. Однако в
отечественной практике проектирования такие расчеты
используются крайне редко. В первую очередь, это
объясняется отсутствием соответствующих методических
наработок, и, как следствие, недоверием конструкторов к
получаемым результатам. Это особенно актуально для
грузовых автомобилей повышенной проходимости, в несущей
системе которых рама и надстройка сильно связаны, и
опыт расчетов которых в связи с вычислительной
сложностью задачи практически отсутствует. Этим
определяется актуальность разработки методики
исследования НДС рам грузовых автомобилей повышенной проходимости.
достаточно высокой точностью ОПре ДМС1ВДи{МММНАмУт*им',1е
Рамы таких автомобилей, как правило, имеют сварную
конструкцию, с закрытым сечением лонжеронов и
поперечин, при этом наиболее нагруженными местами
являются зоны соединения лонжеронов и поперечин. Это
выдвигает в число актуальных задач разработку и
апробацию математических моделей, позволяющих с
' її ! J
параметры НДС в этих зонах, и определение границ применимости и степени дискретизации моделей.
Проведение численных исследований конструкций предполагает наличие соответствуюцих программных и аппаратных средств. Несмотря на то, что в настояцее время в мире разработан ряд универсальных программных комплексов, используюцих метод конечных элементов, остается актуальной разработка отечественной вычислительной системы для реиения задач, возникаюцих при проектировании несуцих систем автомобилей. Во-первых, больиинство из суцествуюцих универсальных зарубежных систем являются чрезвычайно дорогими и при этом недостаточно документированными. Во-вторых, их модернизация отечественными специалистами практически исключена. В-третьих, при использовании отечественных разработок суцественно упроцается получение квалифицированной технической и методической поддержки их использования.
Целью работы является разработка методики и средств расчетного анализа для использования при проектировании и доводке рам автомобилей повыиеннои проходимости по условиям прочности и жесткости.
На защиту выносятся:
1. Математическая модель рамы полноприводного грузового автомобиля повыиеннои проходимости и расчетно-экспериментальное подтверждение ее достоверности.
2 . Методика учета упругого взаимодействия рамы и надстройки автомобиля повыиеннои проходимости. Результаты исследования влияния упругого взаимодействия рамы и надстройки на НДС рамы.
-
Результаты исследования влияния различных аспектов моделирования на локальное НДС рамы в местах соединения поперечин и лонжеронов.
-
Разработка и реализация программных средств для проведения численных исследований несуцих систем грузовых автомобилей повыиеннои проходимости методом конечных элементов.
Научная новизна работы состоит в следуюцих положениях:
1.Разработана математическая модель рамы грузового автомобиля повыиеннои проходимости. В результате расчетных и экспериментальных исследований показана
достоверность определения параметров НДС рамы при изгибе и кручении.
2.Разработана методика учета упругого взаимодействия рамы с надстройкой автомобиля. Выявлено принципиальное значение учета упругого взаимодействия рамы и надстройки автомобиля для случая кручения несуцей системы.
3.Исследовано влияние различных параметров модели рамы на получаемые характеристики локального НДС рамы в зонах соединения поперечин и лонжеронов рамы автомобиля повыиенной проходимости. Показано, что уточнение модели может привести к изменению до 3 0% оценок локального НДС в этих зонах.
4.Разработано семейство плоских четырехузловых
четырехугольных конечных элементов тонкой оболочки Кирхгоффа-Лява с полной и сокраценной схемами численного интегрирования деформации сдвига в плоскости элемента.
Достоверность основных результатов работы
обеспечивается корректностью используемых соотноиений в рамках принятых гипотез и исследованием точности применяемых конечных элементов при реиении задач, имеюцих аналитическое реиение. Достоверность численных оценок обцего НДС рамы автомобиля при изгибе и кручении подтверждены результатами натурного эксперимента. Подтверждением достоверности результатов исследования локального НДС служит информация о разруиении элементов конструкции рам, полученная из анализа эксплуатации серийных и опытных автомобилей.
Практическая ценность. Разработанные методики и
программные средства используются предприятиями
автомобильной промыиленности при проектировании и
доводке несуцих систем автомобилей. Результаты
численных исследований рамы использованы при создании новых модификаций автомобилей повыиенной проходимости.
Внедрение. Результаты работы внедрены в УГК ОАО «УАЗ» и используются при проектировании грузовых автомобилей повыиенной проходимости.
Публикация и апробация работы: Основные результаты
диссертации докладывались на научно-технических
конференциях [2], [4], [5],[6],[8], [10], а также на ежегодных итоговых конференциях КФТИ им. Е.К.Завойского КазНЦ РАН и на техническом совете ОАО УАЗ.
Основные результаты диссертации содержатся б 9 печатных публикациях. Комплекс программ для анализа прочности, жесткости и модальных характеристик конструкций «АРКО», средствами которого выполнялись исследования, защищен Свидетельством об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы: Диссертационная работа изложена на 166 листах маиинописного текста, содержит 24 таблицы, 88 рисунков и состоит из введения, иести глав, заключения и списка литературы, который включает 104 наименования.
