авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Повышение эффективности проведения дорожно-транспортной экспертизы на основе анализа напряженно-деформированного состояния бампера автомобиля

-- [ Страница 2 ] --

причем параметры принимают определенные значения в зависимости от типа и модели автомобиля.

Еще один метод, графический, предложен Рерихом (W. Rohrich). Он использует сетку распределения работ пластического деформирования по поверхности автомобиля, называемую растром. В каждую ячейку растра вписана величина работы пластического деформирования того или иного участка кузова. Такие сетки (растры) имеются для различных частей разных типов и моделей автомобилей.

Существует также способ, который заключается в том, что для определения работы деформаций поврежденных деталей каждого из автомобилей, участвовавших в столкновении, определяют пределы текучести Т, пределы прочности В, интенсивности деформаций iT и iB, соответствующие этим пределам, а также показатели m упрочнения материалов, из которых изготовлены поврежденные детали автомобилей. Эти прочностные и деформационные характеристики материалов могут быть найдены в соответствующей справочной литературе или получены в результате испытаний образцов. По найденным прочностным и деформационным характеристикам материалов определяется удельная работа деформаций любой поврежденной детали автомобиля. Анализ поврежденных после столкновений деталей автомобилей показывает, что уровень остаточных интенсивностей деформаций в этих деталях может достигать больших значений вплоть до величины разрушения, то есть до iC. Однако объем поврежденного до такой степени материала весьма невелик и составляет, как правило, величину менее трех процентов от общего объема поврежденной части детали автомобиля. Поскольку точную величину остаточных интенсивностей деформаций в поврежденных деталях автомобилей после их столкновения определить невозможно, для расчетов принимают некоторую осредненную величину:

. (12)

Таким образом, фактическое распределение остаточных интенсивностей деформаций по поверхности поврежденной детали, распределенное по сложным законам, заменяется эквивалентным равномерно распределенным по всей поверхности. Этой интенсивности деформаций соответствует интенсивность напряжений imid. Расчетная осредненная удельная работа деформаций для какой-либо j–той поврежденной детали определяется по формуле:

. (13)

Непосредственными замерами поврежденных деталей автомобилей определяется объем Vdefj каждой j-той поврежденной детали и ее работа деформаций:

, (14)

а работу деформаций каждого автомобиля, участвовавшего в столкновении, можно найти по формуле:

(15)

где – количество поврежденных деталей в каждом из столкнувшихся автомобилей.

По сравнению с известными способами, рассмотренный способ оценки работы деформаций и разрушений деталей столкнувшихся автомобилей менее трудоемкий и более надежный. Однако его недостатком является то, что при рассмотрении каждой поврежденной детали отдельно и при определении работы деформации игнорируется конструкционная прочность и жесткость автомобиля в целом, что вносит определенные погрешности в конечный результат. В связи с этим, результаты расчетов по предложенному способу, по возможности, следует согласовывать с данными, полученными на основе статистической обработки результатов сrash-тестов большого количества автомобилей в реальных, или имитирующих их условиях столкновений.

Анализ различных методик и подходов в области проведения дорожно-транспортной экспертизы выявил ограниченность их применения. В связи с чем создание математических моделей, отражающих взаимосвязь скорости и деформации, использующих современное развитие науки и компьютерной техники и способных на предварительном этапе заменить дорогостоящие испытания и сократить время расчета является актуальным в настоящее время.

В третьей главе диссертации анализируется влияние изменения основных конструкционных параметров бампера на его напряженно-деформированное состояние, а также особенности его деформирования в зависимости от перекрытия между соударяющимися объектами. Полученные результаты основаны на использовании метода конечных элементов, реализованного в программном комплексе SolidWorks Simulation. Предварительная оценка особенностей и характера деформирования системы бампера позволила выявить, во-первых, граничные значения скоростей, в пределах которых конструкция способна сохранять свои защитные функции; во-вторых, зоны, подверженные максимальным деформациям.

В настоящих исследованиях критерием внешней пассивной безопасности бампера автомобиля будет являться «критическая скорость столкновения с жестким препятствием», соотнесенная с остаточными деформациями конструкции, полученными в результате такого столкновения. Под определением «критической скорости» будет пониматься максимальное ее значение, при которой бампер способен выполнять свои безопасные функции, то есть до тех пор, пока максимальное значение напряжения по Мизесу в конструкции не превысит значения предела текучести. В качестве базового варианта универсального бампера автомобиля была взята модель, геометрические параметры и форма которой, являются одним из видов промышленного дизайна систем бамперов. Эта модель состоит из усилителя в виде 2-секционной балки, кронштейнов и продольных балок, жестко соединенных между собой (рис. 3).

 Модель столкновения системы-18 Рис. 3. Модель столкновения системы бампера с жестким барьером с нанесенной на объекты сеткой конечных элементов. Стрелками показаны направления векторов скорости и ускорения свободного падения

Для улучшения построения сетки конечных элементов и для уменьшения времени расчета мелкие элементы, входящие в состав системы бампера, из данной модели были исключены. Профильная длина усилителя бампера составляет 175 мм, толщина стенки первой секции составляет 2,895 мм, второй – 2,446 мм. В качестве материала системы бампера нами выбран алюминий, барьера – сталь. Масса бампера составляет 10,6 кг, масса барьера – 1166,4 кг. Перекрытие между моделью и препятствием составляет 100%.

Контакт между взаимодействующими объектами при ударе смоделирован без проникновения. Размер конечных элементов был подобран программой автоматически из соображения оптимального выбора между точностью и временем решения. Программа создает сетку на твердом теле с тетраэдральными 3D твердотельными элементами для каждого твердого тела. Тетраэдральные элементы являются подходящими для объемистых объектов. Размер конечного элемента барьера составляет 0,075764 м, системы бампера – 0,0378822 м. Приведенная сборка состоит из 33834 элементов и 32005 узлов.

Полученные результаты напряженно-деформированного состояния сборки позволяют выделить 3 критические зоны:

зона a - непосредственно в месте контакта;

зона b – крайние области усилителя бампера;

зона с – отклонение концов продольных балок.

Для определения зависимости деформации системы бампера от скорости столкновения с барьером было проведено исследование в диапазоне скоростей до 16 км/ч, значения деформаций фиксировались в трех выявленных областях. Для уточнения уравнений, характеризующих деформирование конструкции, была использована программа TableCurve 2D, которая позволяет обрабатывать сложные комплексы исходных данных, предоставляя возможные варианты решений. Наиболее простым в использовании является уравнение типа , которое и было выбрано для дальнейшего применения. Точность расчета составляет порядка 0,99999992. Для получения зависимости a(v) необходимо скорость представить в относительных единицах путем деления значения v на некоторое vбаз, в качестве которого было выбрано значение, равное 16 км/ч (4,44 м/с).

Ввиду малости значения коэффициента a окончательное уравнение примет вид:

(16)

где коэффициент k1=b/vбаз.=0,87.

Аналогично уравнения, описывающие зависимости b(v) и c(v) примут вид:

(17)
(18)

где коэффициенты k2=k1*b1=1,31; k3=k2*b2=2,26.

Полученные выражения (16-18) позволяют не только уточнить характер распространения деформации бампера, но и решить обратную задачу: зная деформацию в определенном месте конструкции, установить скорость столкновения.

Для установления влияния изменения толщины секции усилителя бампера на распространение деформаций в его конструкции были проведены два вида виртуальных исследований с использованием программы SolidWorks Simulation:

  1. определение значений деформаций в зонах b и c при t1=const и переменном значении t2;
  2. определение значений деформаций в зонах b и c при t2=const и переменном значении t1.

В результате использования полученных данных и применения программы TableCurve 2D найдены следующие зависимости:

(19)
(20)
(21)
(22)

где t1 и t2 – толщина первой и второй секции усилителя соответственно, мм.

В результате обработки полученных данных с использованием программы TableCurve 3D были получены выражения, характеризующие особенности изменения деформаций в конструкции усилителя различной толщины в зависимости от динамического нагружения (в зонах a и b):

(23)
(24)

где v – скорость столкновения, м/с; a – деформация конструкции усилителя бампера в зоне a, мм; b – деформация конструкции усилителя бампера в зоне b, мм; t1 – толщина первой секции усилителя бампера, мм.

Совокупность данных позволяет сделать вывод о преимуществе II варианта (t1=2,2 мм; t2=2 мм). Так как, во-первых, обеспечивается сохранение безопасных свойств вплоть до скорости 12,8 км/ч (3,56 м/с); во-вторых, при этом деформации в зоне с (крепление продольных балок системы бампера к конструкции автомобиля) достигают минимальных значений; в-третьих, масса системы бампера составляет 9,07 кг.

Проанализировано влияние изменения толщины энергопоглощающего элемента бампера на распределение деформаций в его конструкции. Энергопоглощающий элемент представлен в виде пластины прямоугольного профиля, которая крепится к фронтальной стороне первой секции усилителя бампера, в качестве материала выбран полипропилен. Толщина первой секции усилителя бампера принимает значение 2,2 мм, второй – 2 мм; значение радиуса закругления профиля бампера составляет 2,78 м. Рассматриваемые варианты толщины энергопоглощающего элемента бампера представлены в табл. 1. Распределение деформаций в зоне a в зависимости от изменения толщины энергопоглощающего элемента бампера представлено на рис. 4.

В результате использования программы TableCurve 3D было получено выражение, характеризующее особенности изменения деформаций с учетом толщины энергопоглощающего элемента бампера в зависимости от скорости столкновения:

(25)

где a – деформация конструкции усилителя бампера в зоне a, мм; tp – толщина энергопоглощающего элемента бампера, мм.

Таблица 1

Толщины энегопоглощающего элемента бампера

Вариант Толщина энергопоглощающего элемента бампера, мм Условное обозначение
I 10 t10
II 15 t15
III 20 t20
IV 25 t25
V 30 t30
 Распределение деформаций в зоне a в-30 Рис. 4. Распределение деформаций в зоне a в зависимости от изменения толщины энергопоглощающего элемента бампера

Совокупность полученных данных позволяет сделать вывод об улучшении безопасных свойств системы бампера с увеличением толщины энергопоглощающего элемента. Использование такого элемента толщиной 30 мм обеспечивает сохранение безопасных функций бампера до достижения скорости 32 км/ч (8,89 м/с), что в 2 раза превышает значение критической скорости бампера подобной конструкции без энергопоглощающего элемента.

Наиболее существенным фактором, влияющим на пассивную безопасность транспортных средств, является наличие определенного перекрытия между объектами соударения при столкновении. Было проанализировано влияние изменения перекрытия в горизонтальной плоскости между системой бампера и барьером на распределение деформаций в его конструкции. Система бампера представляет собой совокупность следующих элементов: усилитель бампера с энергопоглощающим элементом прямоугольного профиля толщиной 30 мм и оболочка бампера U-образной формы толщиной 5 мм. Энергопоглощающий элемент и оболочка бампера выполнены из полипропилена марки «Армлен», который используется в качестве материала для изготовления бамперов автомобилей. Для определения характера деформаций при изменениии перекрытия в горизонтальной плоскости между системой бампера и барьером использовали программу SolidWorks Simulation. Перекрытие между моделью и препятствием составляет 10-100%. Контакт между взаимодействующими объектами при ударе смоделирован без проникновения. Скорость столкновения составляет 60 км/ч (16,67 м/с). Полученные результаты свидетельствуют о том, что деформации конструкции преобладают в зоне непосредственного соприкосновения взаимодействующих объектов, где происходит сжатие и разрушение оболочки бампера и энергопоглощающего элемента. В остальных же зонах наблюдаются небольшие деформации. Согласно полученным данным наибольшее значение деформации конструкции наблюдается при 30% перекрытии и составляет 28,17 мм.

Другим важным вопросом, который стоит перед автопроизводителями, является совмещение бамперов автомобилей по высоте. С целью определения влияния изменения перекрытия между взаимодействующими объектами на распределение деформаций в их конструкциях были рассмотрены столкновения двух усилителей. Скорость столкновения составляла 16 км/ч (4,44 м/с).

Контакт между взаимодействующими объектами при ударе смоделирован без проникновения. Перекрытие между усилителями составляет 10-100%, причем возможны два варианта перекрытия:

1 вариант - когда 2-хсекционный усилитель располагается выше 1-носекционного;

2 вариант - когда 2-хсекционный усилитель располагается ниже 1-носекционного.

На рис. 5 указаны зоны, в которых фиксировались деформации (I, II, III, IV – для 1 варианта; I’, II’, III’, IV’ – соответственно для 2 варианта), представляющие собой изгиб определенной части конструкции в вертикальной плоскости.

Полученные результаты свидетельствуют: максимальные значения деформаций присущи обоим вариантам в зонах I-I’ и II-II’ при перекрытии 40%, минимальные значения для этих же зон – при 100%; максимальные же значения деформаций в зонах III-III’ и IV-IV’ наблюдаются при перекрытии 10%, минимальные значения в зонах III’ и IV’ – при перекрытии 100%.

Полученные значения деформаций в зависимости от степени перекрытия позволяют охарактеризовать распределение деформаций конструкции усилителей и уточнить характер поведения взаимодействующих объектов при столкновении.

Рис. 5. Зоны, в которых фиксируются вертикальные составляющие деформаций конструкций

Благодаря данным, полученным в ходе виртуальных испытаний, используя программу TableCurve 3D, было получено уравнение, связывающее между собой скорость столкновения и деформации в зонах b и с:

(26)

где коэффициенты bl=b vбаз=0,36; cl=c vбаз=0,08.

Полученное выражение, а также зависимости (23-25), характеризующие изменение скорости столкновения от деформации бампера автомобиля в зонах a, b и с с учетом его конструктивных особенностей, позволят экспертам уточнить обстоятельства ДТП.

В четвертой главе приведено экспертное исследование столкновения автомобиля Volkswagen Golf Plus с автомобилем ВАЗ-2107 на основе использования традиционной и предлагаемой методик, дается их сравнительный анализ. При расследовании дорожно-транспортных происшествий одним из основных вопросов, который необходимо решить для дальнейшего анализа дорожно-транспортной ситуации, является определение скорости движения транспортных средств непосредственно перед ДТП.

Скорость движения автомобиля Volkswagen Golf Plus перед применением водителем экстренного торможения, исходя из длины следов торможения (юза), определяется по следующей формуле:

, (27)

где Т3 – время нарастания замедления, с; j1, j2 – установившееся замедление, м/с2; Sю1, Sю2 – длина следа юза (торможения), м.

Согласно материалам экспертизы скорость движения автомобиля Volkswagen Golf Plus перед началом торможения определяется равной величине более 64 км/ч.

Скорость автомобиля перед ДТП с учетом деформации усилителя бампера определяется по формуле:

, (28)


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.