Введение к работе
Актуальность темы. Проблемы проектирования безопасных кабин и повышения пассивной безопасности грузовых автомобилей в соответствии с требованиями и стандартами являются актуальными в настоящее время и требуют дальнейшего изучения. Важная роль при этом отводится применению расчетных и расчетно-экспериментальных методов оценки их пассивной безопасности. В связи с этим возникают задачи дальнейшего развития методики оценки безопасности кабин с применением компьютерного моделирования условий их аварийного нагружения, предусмотренных Правилами ЕЭК ООН №29 и другими нормативными документами.
Следует отметить, что в настоящее время недостаточно изучены вопросы работоспособности кабин, их узлов и тонкостенных элементов в области больших пластических деформаций. Поэтому дальнейшее совершенствование методов расчета несущей способности по разрушающим аварийным нагрузкам конструкций и их деформируемости является одним из важных моментов для создания безопасных кабин грузовых автомобилей.
Цель работы. Разработка методики выбора безопасных силовых схем и оценки пассивной безопасности кабин в соответствии с требованиями правил и стандартов по результатам компьютерного моделирования и экспериментов, предназначенной для использования при проектировании и доводке грузовых автомобилей.
Научная новизна
Разработана методика выбора безопасных силовых схем на основе инженерного метода расчета и оценки пассивной безопасности кабин по результатам компьютерного моделирования условий аварийного нагружения с учетом как статических, так и динамических воздействий, позволяющая на всех этапах проектирования вначале прогнозировать, при завершении обеспечивать создание безопасных конструкций.
Усовершенствован алгоритм и разработана программа расчета разрушающих нагрузок, позволяющие выбирать безопасные силовые схемы кабин в автоматизированном режиме на начальных этапах их проектирования с учетом всех возможных вариантов аварийного нагружения и разрушения. Новизной алгоритма является возможность поиска рационального варианта схемы с определенным соотношением жесткостей элементов, отвечающего требованиям стандартов по пассивной безопасности.
Разработаны конечно-элементные модели конструкций бескаркасной и каркасной кабин, на примере которых показаны основные принципы их формирования и возможность применения для оценки пассивной безопасности кабин по результатам компьютерного моделирования, в зависимости от решаемых задач.
Получены научно обоснованные результаты и выводы.
Личный вклад автора состоит в разработке методики оценки пассивной безопасности кабин, алгоритма и программы поиска безопасной силовой схемы конструкции, получении и сравнении результатов расчетных и экспериментальных исследований.
Объекты исследования. Каркасные кабины грузовых автомобилей ,,Ру-сак" компании ООО „КОМ", дополнительная кабина автомобиля противопожарной службы ООО НТП , Деленг" и бескаркасная кабина автомобиля ГАЗ-53А.
Методы исследования. При проведении теоретических исследований использовались расчетные методы оценки пассивной безопасности кабин грузовых автомобилей, основанные на методах математического моделирования в нелинейной постановке при статическом и динамическом приложении нагрузок с применением метода конечных элементов. Расчеты разрушающих нагрузок и энергоемкости кабин в условиях аварийного нагружения выполнены на основе усовершенствованных зависимостей инженерного метода с использованием методических основ расчета кабин автомобилей по предельному состоянию, разработанных на кафедре „Автомобили и тракторы" НГТУ.
Экспериментальные исследования проведены в стендовых условиях кафедры „Автомобили и тракторы" с использованием поверенной измерительной и регистрирующей аппаратуры.
Основные положения, выносимые на защиту
Из научно-методических разработок:
- методика выбора безопасной силовой схемы кабины и компьютерно-
го моделирования условий аварийного нагружения для оценки пассивной безопасности кабин на всех этапах проектирования. Из теоретических разработок:
- особенности разработки, математическое описание, выбор внутрен-
них и внешних граничных связей, ударной нагрузки, имитирующих аварийные нагружения грузовых автомобилей, результаты расчетов подробных конечно-элементных моделей кабин при компьютерном моделировании;
- алгоритм и программа выбора безопасных силовых схем кабин при
их проектировании на основе кинематического метода расчета конструкций по предельному состоянию. Из научно-технических разработок:
- результаты исследований пассивной безопасности и несущей спо-
собности рассматриваемых объектов;
разработанные конечно-элементные модели кабин;
научно-обоснованные практические рекомендации по повышению
пассивной безопасности кабин грузовых автомобилей.
Достоверность результатов расчетных исследований, правомерность теоретических положений, адекватность разработанных моделей реальным конструкциям, обоснованность принципов их разработки и принимаемых допущений подтверждены известными теоретическими решениями и результатами проведенных специальных экспериментов.
Практическая ценность. Разработанная методика позволяет на ранних стадиях проектирования выбирать безопасные силовые схемы кабин грузовых автомобилей. Далее оценивать безопасность кабин в ходе их проектирования и доводки на основе результатов компьютерного моделирования условий аварийного нагружения при использовании современных пакетов прикладных про-
грамм на базе метода конечных элементов; проводить экспресс оценку пассивной безопасности автомобилей с внесенными в их конструкцию изменениями.
Разработанная прикладная программа расчета разрушающих нагрузок может быть использована специалистами при проектировании и доводке кабин грузовых автомобилей.
Материалы диссертации могут быть использованы в конструкторских отделах автомобильных предприятий, занимающимися вопросами повышения пассивной безопасности грузовых автомобилей и в учебном процессе.
Реализация результатов работы. Разработанная методика, расчетные модели, результаты исследований внедрены и использованы в компаниях ООО „КОМ", ООО ТПП ,Деленг", в учебном процессе кафедры „Автомобили и тракторы" НГТУ им. Р.Е. Алексеева в дисциплинах „Строительная механика автомобиля", „Основы проектирования кузовов", ,Дрочность и безопасность кузовных конструкций", при выполнении выпускных бакалаврских работ, дипломных проектов и магистерских диссертаций.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 62-й, 71-й и 79-й Международных научно-технических конференциях Ассоциации автомобильных инженеров РФ „Безопасность транспортных средств в эксплуатации", посвященных 50-летию Женевского соглашения (г. Дмитров-7, ФГУП НИЦИАМТ, 2008 г.), Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 35-летию кафедры „Строительные и дорожные машины" НГТУ (г. Н.Новгород, 2009 г.), 75-летию каф. „Автомобили и тракторы" НГТУ и 95-летию НГТУ (г. Нижний Новгород, НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2010 г. и 2012 гг. соответственно); Всероссийской молодежной научно-технической конференции „Будущее технической науки" (г. Н.Новгород, НГТУ, с 2005 по 2013 гг.);.
Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 18 печатных работах, в том числе в 5 статьях журналов, входящих в Перечень российских рецензируемых научных журналах и рекомендованных ВАК РФ. Объем принадлежащего автору диссертации опубликованного материала составляет 2,79 печ. л.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы из 229 наименований, приложения с актами внедрения результатов работы. Диссертация содержит 218 страниц основного машинописного текста, включая 93 рисунка, 15 таблиц, 59 формул, 7 страниц приложения.
