Разработка методики расчетной оценки пассивной безопасности кузовов и кабин автомобилей при опрокидывании

• Автор: Тумасов, Антон Владимирович
• Шифр специальности: 05.05.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 284 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Основные термины, сокращения и условные обозначения
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Цель работы
Объекты исследования
Предмет исследования
Методы исследования
Научная новизна
Основные положения, выносимые на защиту
Практическая ценность
Реализация результатов работы
Апробация работы
Публикации
Структура и объем работы
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РАБОТ ПО ОЦЕНКЕ ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КУЗОВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
1.1. Анализ работ но общим проблемам кузовостроения
1.2. Анализ работ по проблемам оценки прочности кузовных конструкций
1.3. Анализ работ по проблемам оценки пассивной безопасности
кузовных конструкций
1.4. Анализ расчетных методов оценки пассивной
безопасности кузовных конструкций
1.5. Требования пассивной безопасности
Выводы по главе
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТНОЙ ОЦЕНКИ ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ КУЗОВОВ ЛЕГКОВЫХ И
КАБИН ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ ПРИ ОПРОКИДЫВАНИИ
2.1. Критерии оценки пассивной безопасности кузовов легковых и кабин грузовых автомобилей при опрокидывании
2.2. Основы расчета конструкций по предельному состоянию
2.2.1. Механические свойства материала
2.2.2 Особенности метода предельного равновесия
2.2.3. Предельное равновесие сечения балки

2.2.4. Пластический момент сопротивления сечения
2.2.5. Инженерный расчет конструкций по предельному состоянию
2.2.6. Модифицированный алгоритм инженерного расчета кузовных конструкций
2.2.6.1. Влияние работы внутренних сил на упругих деформациях
2.2.6.2. Учет действия скручивающих моментов
2.2.6.3. Учет потери геометрической формы сечения в пластическом шарнире
2.2.6.4. Основное уравнение уточненного инженерного расчета
2.2.7. Вычисление геометрических характеристик тонкостенных сечений силовых элементов кузовных конструкций
2.2.7.1. Теоретические основы расчета геометрических характеристик
2.2.7.2. Структурная схема алгоритма программы расчет
2.2.7.3. Интерфейс программы
2.2.7.4. Структурная схема программы
2.3. Алгоритм расчетной оценки пассивной безопасности кузовов и кабин на основе уточненных зависимостей инженерного метода
2.4. Основные положения метода конечных элементов применительно
к компьютерному моделированию аварийных ситуаций и оценке пассивной безопасности кузовов и кабин автомобилей при опрокидывании
2.4.1. Базовые определения и главные соотношения
2.4.2. Учет нелинейности при расчете конструкций
2.4.2.1. Явная схема интегрирования. Метод центральных разностей
2.4.2.2. Неявная схема интегрирования. Метод Ньютона
2.4.3. Особенности компьютерного моделирования ударных процессов, происходящих
при опрокидывании автомобилей
2.4.3.1. Проблемы обеспечения достоверности результатов компьютерного моделирования аварийных ситуаций
2.4.3.2. Особенности разработки подробных расчетных моделей
2.4.3.3. Определение величины шага интегрирования по времени
2.4.3.4. Использование оболочечных элементов
2.4.3.5. Основные понятия контактного взаимодействия
2.4.3.6. Особенности компьютерного моделирования характеристик материалов
2.4.3.7. Рекомендации по разработке конечно-элементных моделей
2.4.4. Особенности подготовки подробных конечно-элементных моделей кузовов и
кабин автотранспортных средств
2.4.4.1. Импортирование геометрии детали
2.4.4.2. Разбиение сложной поверхностной модели на множество
простых участков
2.4.4.3. Присвоение конечным элементам свойств и материала
2.4.4.4. Нанесение конечно-элементной сетки на поверхность детали
2.4А5. Проверка качества конечно-элементной сетки
2.4.4.6. Смещение конечных элементов модели
2.4.4.7. Моделирование сварных соединений

2.4.4.8. Контроль начальных взаимопроникновений
2.4.4.9. Закрепление и нагружение модели. Задание параметров расчета
2.5. Процедура расчетной оценки ПБ кузовов и кабин на основе результатов компьютерного моделирования условий опрокидывания
Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КУЗОВОВ ЛЕГКОВЫХ И КАБИН ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ОПРОКИДЫВАНИЯ
3.1. Анализ несущей способности по разрушающим нагрузкам тонкостенных
элементов кузовных конструкций
3.1.1. Постановка задачи
3.1.2. Анализ поведения тонкостенных элементов и характера изменения формы их сечений в зоне пластических деформаций
3.1.2.1. Определение характера разрушения и поправочных коэффициентов для силовых элементов с прямоугольными открытыми и закрытыми сечениями
3.1.2.2. Определение характера разрушения и поправочных коэффициентов для силовых элементов с круглыми (кольцевыми) трубчатыми сечениями
3.1.2.3. Нахождение функций изменения поправочных коэффициентов в зависимости от геометрических параметров сечений
Результаты и выводы по разделу
3.2. Оценка пассивной безопасности и несущей способности по предельному
состоянию кузовов легковых автомобилей в условиях опрокидывания
3.2.1. Оценка несущей способности кузова легкового автомобиля ГАЗ-31105
в условиях опрокидывания
3.2.1.1. Выбор конечно-элементной модели автомобиля
3.2.1.2. Оценка несущей способности кузова в условиях возможного опрокидывания автомобиля методом конечных элементов
3.2.1.3. Оценка несущей способности кузова автомобиля в условиях опрокидывания по результатам инженерного расчета
3.2.2. Оценка несущей способности кузова легкового автомобиля ВАЗ-1118 «Калина»
в условиях опрокидывания
3.2.2.1. Особенности конструкции кузова легкового автомобиля ВАЗ-1118
3.2.2.2. Выбор конечно-элементной модели кузова
3.2.2.3. Оценка несущей способности кузова в условиях возможного опрокидывания автомобиля на основе метода конечных элементов
3.2.2.4. Оценка несущей способности кузова автомобиля по результатам инженерного расчета
3.2.3. Оценка пассивной безопасности легкового автомобиля с измененной
кузовной конструкцией в условиях опрокидывания
3.2.3.1. Описание вносимых изменений в конструкцию кузова автомобиля

Величина
Р-[ч//(1+1|/)Н = Упл (2-2.5)
называется пластическим моментом сопротивления сечения по аналогии с обычным (упругим) моментом сопротивления сечения )У, через который изгибающий момент выражается формулой:
М = ст-У (2.2.6)
Предельный пластический момент в сечении упруго-пластической балки можно также определить как сумму статических моментов растянутой и сжатой частей сечения 8' и Я’, взятых относительно нейтральной оси и умноженных соответственно на а £ и а у [80].
Мпр = 8+су]: +8" от (2.2.7)
Поэтому для пластического момента сопротивления получаем формулу
Упл = 8+ + >|/ 8' (2.2.8)
При одинаковых пределах текучести на растяжение и на сжатие (|/ = 1)
УПЛ = 0,5Рс1 = 28, (2.2.9)
где Б - статический момент половины сечения, взятый относительно нейтральной оси.
В табл. 2.1 приведены значения отношения Wn.ii/W для некоторых простых форм сечения при сту = ат. Легко заметить, что это отношение тем больше, чем больше материала сконцентрировано в середине высоты, т.е. чем менее выгодно распределение материала по сечению с точки зрения обычного сопротивления материалов.
Очень часто отношение Упл обозначают коэффициентом формы сечения кфС.
Следовательно, предельный изгибающий момент в пластическом шарнире, характеризующий
несущую способность стержня при изгибе, в кфС раз больше того момента, при котором текучесть
возникает только в крайних волокнах.
Таблица
Значения отношения Упл/У для простых форм поперечного сечения

Форма п и II т О ♦
сечения
Идеальный двутавр Двутавр Труба Прямоугольник Круг Ромб
V/ пл/ 1,0 1,15...1,17 1,27 1,50 1,70 2
2.2.5. Инженерный расчет конструкций по предельному состоянию
Несущая способность кузовов и кабин при действии аварийных нагрузок, в основном, определяется способностью силовых элементов в местах их соединения воспринимать пластические изгибающие моменты М„л; и оказывать сопротивление изгибу, а в отдельных случаях и кручению. Основные узлы соединения силовых элементов конструкции, как правило, являются перегруженными, и именно в них появляются при разрушении зоны пластичности. В расчетах с использованием инженерного метода влиянием распространения пластических зон вдоль элементов пренебрегают. Теоретически считается, что зоны пластических деформаций (шарниров) сконцентрированы в концевых сечениях элементов около узла. В пластическом шарнире текучесть охватывает все сечение.