Разработка методов создания несущих систем колесных машин с оптимальными параметрами

• Автор: Зузов, Валерий Николаевич
• Шифр специальности: 05.05.03, 01.02.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 347 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ НЕСУЩИХ СИСТЕМ КОЛЕСНЫХ МАШИН

1.1. Особенности конструкций и тенденции развития несущих систем колесных машин

1.2. Особенности условий эксплуатации автомобилей и тракторов.

Выбор расчетных нагрузочных режимов.

1.3. Анализ методов расчета несущих систем колесных машин и их элементов при квазистатическом и динамическом нагружении

1.4. Анализ экспериментальных методов исследования несущих

систем колесных машин

1.5. Анализ методов поиска оптимальных решений для несущих систем колесных машин.

1.6. Основные выводы по главе. Постановка задач исследований

Глава 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ НЕСУЩИХ СИСТЕМ КОЛЕСНЫХ МАШИН
2.1. Общая последовательность процедур в методике создания несущих систем колесных машин с оптимальными параметрами применительно к САПР.
2.2. Моделирование стенок корпусных деталей.
2.3. Моделирование ребер жесткости и бобышек
2.4. Моделирование групповых резьбовых соединений
2.5. Моделирование элементов трансмиссии.
2.5.1. Моделирование валов
2.5.2. Моделирование зубчатых зацеплений
2.5.3. Моделирование подшипниковых опор.
2.6. Моделирование фланцевых соединений
2.7. Описание программных средств, разработанных и используемых для решения поставленных задач
2.8. Основные результаты и выводы по главе.
Глава 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ КОЛЕСНЫХ МАШИН И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ.
3.1. Разработка методов моделирования несущей системы балочными конечными элементами
3.1.1. Особенности моделирования лонжеронов и картерных элементов несущих систем колесных машин.
3.1.2. Особенности моделирования групповых резьбовых соединений
в балочной модели остова.
3.2. Особенности разработки конечноэлементных моделей несущих систем среднего и высшего уровня
3.3. Конечноэлементное моделирование конструктивных элементов колесною трактора
3.3.1. Моделирование навесного оборудования и трансмиссии балочными элементами.
3.3.2. Разработка моделей колес
3.3.3. Разработка конечноэлементных моделей кабин.
3.3.4. Разработка модели совместной работы остова и трансмиссии трактора при динамическом нагружении.
3.4. Особенности моделирования нагружения и создания имитационных моделей колесных машин
3.4.1. Моделирование возмущающего воздействия на динамическую систему со стороны опорной поверхнос ти.
3.4.2. Особенности построения имитационных моделей колесных
машин для динамических исследований.
3.5. Основные результаты и выводы по главе.
Глава 4. ЭКСЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЫ ТРАКТОРА
4.1. Стендовые статические испытания остова.
4.1.1. Описание стенда для испытаний. Моделирование нагрузок для статических испытаний.
4.1.2. Аппаратура для исследования напряженнодеформированных состояний остова
4.1.3. Исследование групповых резьбовых соединений.
4.1.4. Оценка погрешностей результатов измерений.
4.1.5. Экспериментальные исследования напряженнодеформированных состояний остова на стенде
4.2. Стендовые динамические испытания остова
4.2.1. Экспериментальное исследование динамических характеристик остова на стенде
4.2.2. Исследование динамических характеристик остова.
4.3. Ходовые испытания трактора
4.4. Статистический анализ вертикальных колебаний остова.
4.5. Основные выводы по главе
Глава 5. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ В НЕСУЩЕЙ СИСТЕМЕ КОЛЕСНОЙ МАШИНЫ. СОПОСТАВЛЕНИЕ С
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ
5.1. Исследование деформированных состояний несущей системы
колесной машины при статическом нагружении.
5.2. Исследование напряженных состояний несущей системы колесной
машины при статическом нагружении
5.3. Исследование деформированных состояний колесной машины
при динамическом нагружении
5.4. Исследование напряженных состояний в колесной машине при динамическом нагружении.
5.5. Исследование деформированных состояний элементов трансмиссии и ее влияния на напряженнодеформированные состояния несущей системы колесной машины.
5.6. Основные выводы но главе.
Глава 6. РАЗРАБОТКА МЕТОДА МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ЛАЛИЗА И СИНТЕЗА НЕСУЩИХ СИСТЕМ КОЛЕСНЫХ МАШИН .
6.1. Методика решения задач оптимизации для несущих систем колесных машин.
6.2. Особенности поиска оптимальных решений для несущих элементов по балочным моделям
6.3. Поиск оптимальных параметров для стенок картеров при фиксированной топологии.
6.4. Поиск оптимальных решений для стенок картеров при переменной топологии в условиях ограниченной неопределенности
6.5. Поиск оптимальных решений для стенок картеров при переменной топологии в условиях неопределенности
6.6. Основные выводы по главе.
Глава 7. ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
ОСТОВА КОЛЕСНОГО ТРАКТОРА
7.1. Особенности решения оптимизационной задачи для рамных
конструкций.
7.2. Задача поиска оптимальных решений для картера сцепления
7.3. Задача поиска оптимальных решений для картера коробки
передач
7.4. Задача поиска оптимальных решений для картера заднего моста
7.5. Задача поиска оптимальных решений для фланцевых соединений
в нелинейной постановке
7.6. Экспериментальное и теоретическое подтверждение правильности решений оптимизационных задач.
7.7. Основные результаты и выводы по главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
ЛИТЕРАТУРА


В последние годы в результате бурного развития вычислительной техники широкое распространение получили численные методы задач теории упругости. Одним из наиболее эффективных численных методов для расчета машиностроительных конструкций и, в том числе несущих систем КМ, является метод конечных элементов. Причем, с помощью МКЭ можно исследовать конструкции практически любой формы, составленные из элементов, имеющих различные свойства, решать задачу в нелинейной постановке при высокой точности результатов. МКЭ позволяет оценивать НДС всей конструкции и отдельных элементов. Вышеописанные другие методы не обладают такими возможностями, поэтому очевидна та главенствующая роль, которую занял МКЭ в расчетах машиностроительных конструкций, в том числе автомобильных и тракторных. Теоретические основы МКЭ. Ш Л , 1. V матрица коэффициентов базисной функции или функции формы 5 вектор перемещений узловых точек элемента. Матрица должна быть выбрана таким образом, чтобы при подстановке в нее координат узлов обеспечивалась непрерывность функциии ее производных во всей области. В матрица градиентов, содержащая производные функции формы по координатам 2 матрица упругих констант материала е0 и о0 начальные деформации и напряжения соответственно. Сосредоточенные в узлах силы, которые статически эквивалентны граничным напряжениям и дейс твующим на элемент распределенным нагрузкам, при деформации элемента совершают работу. А с15ТР, где т знак транспонирования. Л6ТР 8ТЯТ
Отсюда, подставляя 1. Р 1ЯТ ВМ 8 1йт е0 IV 1Вта0 . Выражение I Л1 О Л ЗУ называется матрицей жесткости элемента и является одной из основных характеристик любого конечного элемента. Обозначим ее К. Остальные члены в уравнении 1. Для идеализации всей области или конструкции с помощью совокупности конечных элементов записываем условия равновесия всех сил в узловых точках. Р. 1. М1И 1,2, . Р вектор внешних сил РР ,РЙ, Рю, Рао векторы сосредоточенных сил и сил от распределенных нагрузок, начальных деформаций и напряжений соответственно К матрица жесткости конструкции, которая состоит из суммы матриц жесткостей отдельных х элементов М число конечных элементов в конструкции. Сходимость решения системы уравнений 1. Погрешности дискретизации могут быть оценены другим способом по результатам решения задачи МКЭ для реальной КЭМ . ДО,, У 1Ср Уя,
где 1ср у вектор средних значении компонент напряжении в уз
лс Ые число КЭ, соединенных в узле вектор компонент напряжений в узле элемента п. Л АЦ,
где М число КЭ в КЭМ. II потенциальная энергия КЭМ. Следовательно, необходим тщательный анализ по выбору функций формы элементов и степени интерполяционных полиномов, а также числа элементов и характера разбиения объекта, требуемых для аппроксимации сложных геометрических форм, с целыо получения желаемой точности решения. Поскольку разработана большая группа различных типов конечных элементов для расчета как плоского, так и объемного напряженнодеформированного состояния конструкций, то важно правильно их выбрать при моделировании объектов. В качестве основных критериев оценки конечноэлементной модели объекта т. КЭ следует брать получаемую точность результатов, а также затраты труда и времени на подготовку и проведение расчета. Процедура решения задачи МКЭ осуществляется в ЭВМ по специальным программам. При этом основная задача расчетчика заключается во введении в ЭВМ исходных данных, которые представляют собой описание расчетной КЭМ. Набором КЭ можно описать практически любую сложную конструкцию с учетом всех ее особенностей, не упрощая ее без необходимости как в вышеописанных методах. МКЭ позволяет рассматривать отдельные конструктивные элементы самостоятельно в виде подконструкций или суперэлементов 8,9,4. При этом их разбиение возможно более мелким, чем в общей схеме. Это делается с целью повышения точности. При использовании подконструкций можно добиваться уменьшения размерности решаемой задачи по сравнению с расчетом для всей конструкции. Этот прием позволяет повысить эффективность расчетов.