Введение к работе
Актуальность темы. На современном этапе развития общественного транспорта в нашей стране перевозка пассажиров, относящихся к группе инвалидов с нарушением опорно-двигательного аппарата, неэффективна и является острой социальной проблемой, которая решается на уровне приоритетных Федеральных программ. По данным официальной статистики в России насчитывается не менее 13 миллионов инвалидов или 9% населения страны. Инвалиды-колясочники не имеют возможности погрузки даже в низкопольный транспорт, в связи его с загруженностью. Поэтому возникает потребность в проектировании и создании специального автомобиля для перевозки данной категории граждан, который позволил бы им самостоятельно въезжать и выезжать из салона без посторонней помощи.
При разработке специального автомобиля для перевозки инвалидов-колясочников необходимо обеспечить следующее: малый вес, высокую прочность конструкции, высокую антикоррозийную стойкость, комфортность поездки для инвалида: его безопасность, удобство въезда и выезда из транспортного средства; малую стоимость автомобиля. Обеспечение некоторых требований, предъявляемых к специальному автомобилю, может быть реализовано посредством использования в его конструкции композиционных материалов.
Существует большое количество работ, посвященных изучению свойств полимерных композиционных материалов. Несмотря на значительные исследования, выполненные как отечественными Л.Р. Вишняков, Д.М. Капинос, Н.И. Малинин, П.М. Огибалов, А.П. Петрова, Л.И. Тучинский, так и зарубежными учёными: К. Гурни, Дж. Гордон, А. Коттрел, Дж. Морли, А. Ставерман, Л.Р.Г. Трилор, Ч. Кейгля в данной области и практическое применение стеклопластиков, остаётся острой проблема создания из них прочных конструкций. Это связано с недостатком знаний о прочности и деформативности стеклопластиков и изделий из них при повышенных нагрузках.
В связи с этим, для создания прочных конструкций из стеклопластиков необходима оценка их напряжённо-деформированного состояния (НДС), позволяющая на стадии проектирования смоделировать процессы, способствующие изучению прочностных и деформационных свойств композитов при нагрузках, близких к эксплуатационным. Это ещё раз подтверждает, что задача расчёта НДС элементов конструкции, с учётом действующих нагрузок также является весьма актуальной.
Всё это создаёт предпосылки для создания теоретической и экспериментальной базы, позволяющей спроектировать модель и опытный образец специального транспортного средства для перевозки инвалидов- колясочников, удовлетворяющего ГОСТ 51090-97 является актуальной задачей. Создание такого автомобиля позволит принять участие в реализации правительственных социальных программ РФ по реабилитации инвалидов-колясочников.
Целью диссертационной работы является расчётно – экспериментальное исследование напряжённо-деформированного состояния для обоснования конструкции специального проектируемого автомобиля.
Объект исследования. Несущая система разработанного специального автомобиля для перевозки инвалидов в колясках.
Задачи исследования.
-
Разработать расчётную схему несущей системы проектируемого специального автомобиля, выполненного с применением металлической обшивки кузова и оценить напряжённо-деформированное состояние элементов конструкции;
-
Разработать расчётную схему несущего кузова автомобиля с обшивкой каркаса из стеклопластика;
-
Оценить влияние вклееных стёкол на несущую способность кузова спецавтомобиля в процессе эксперимента;
-
Выполнить экспериментальные исследования напряжённо-деформированного состояния элементов несущей системы опытного образца;
-
Провести сравнительный анализ величин напряжений, полученных расчётным путём и экспериментально.
Методы исследования. Метод конечных элементов. Для изучения напряжённо-деформированного состояния элементов опытного образца в натурном эксперименте использовали метод электротензометрии.
Научная новизна
-
-
Исследовано влияние клеевого соединения рама – стекло на напряжённо – деформированное состояние элементов несущей системы кузова.
-
Численным экспериментом выполнена оценка напряжённого состояния элементов несущей системы при частичной замене металлической обшивки на стеклопластик.
-
Выполнен эксперимент по исследованию напряжённо – деформированного состояния элементов несущего кузова автомобиля при изгибе и кручении от действия статической нагрузки с фиксацией эквивалентных напряжений.
Практическая значимость
Проведенные экспериментальные и теоретические исследования позволяют подвести базу для разработки эффективных методов крепления системы металл-полимер, а также возможность выявления механизма взаимодействия в данной системе крепления.
Исследование НДС элементов конструкции как при графическом моделировании так в эксперименте существенно расширяет возможности использования композиционных материалов в автомобилестроение.
Разработанная модель позволяет создать серию низкопольных автомобилей, как для перевозки пассажиров, так и груза.
Достоверность полученных результатов
Достоверность полученных результатов обеспечивается адекватностью используемых методов измерения, обработки и анализа экспериментальных данных. А также подтверждается удовлетворительным совпадением теоретических результатов расчёта с данными, полученными экспериментальным путём. Все оригинальные результаты воспроизводятся при многократном повторении экспериментов.
Апробация работы
Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих международных конференциях: VIII Международной научно-технической конференции «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков» (Пенза, 2003); VIII Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2004); VII Международной научно-технической конференции по динамике технологических систем «ДТС-2004» (Саратов, 2004); Международной научно-практической конференции «Логистика и экономика ресурсосбережения и энергосбережения в промышленности» (Саратов, 2007).
Исследования, проводимые по теме диссертации, выполнялись в рамках НИР: НИР № ГР 01200310929 2006 г., НИР по гранту фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (им. Бортникова) № ГР 01200316579 2006 г.
Получен патент РФ на промышленный образец «Автомобиль для перевозки инвалидов», №56088 заявка №2003502302 от 10.10.2003 г., зарегистрирован 16.01.2005 г.; Гран при на IV Салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2009).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 3 работы, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 патент РФ.
Положения, выносимые на защиту
-
Расчётная модель несущей системы низкопольного автомобиля.
-
Результаты теоретико-экспериментальной оценки напряженно-деформированного состояния стекол, вклеенных в несущую конструкцию кузова системы.
-
Результаты теоретических и экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния несущей системы низкопольного автомобиля.
-
Специальный автомобиль для перевозки инвалидов в колясках.
Структура и объём работы
Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка цитируемой литературы из 190 наименований. Работа состоит из 130 страниц текста, 41 рисунка, 10 таблиц и приложений на 65 страницах.
Похожие диссертации на Исследование напряжённо-деформированного состояния конструкции специального автомобиля, выполненного с применением композиционных материалов
-
