автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Экспериментально-расчетный метод оценки прочности верхней части конструкции кузова автобуса при опрокидывании для условий правил ЕЭК ООН № 66

Введение.

1. Анализ состояния вопроса по теме. Постановка задачи исследования.

1.1. Основные проблемы исследований пассивной безопасности кузовов при опрокидывании автобуса.

1.2. Компоновочные схемы автобусов.

1.3. Варианты конструкций автобусов дальнего следования.

1.4. Автобусные кузова.

1.5.Материалы, используемые для изготовления кузовов автобусов.

1.6. Выводы по 1 главе. Постановка цели и задачи исследования.

2. Теоретические основы исследований.

2.1. Обзор существующих теорий прочности.

2.2. Работа внешних сил. Работа внутренних сил (потенциальная энергия деформации).

2.3. Энергетический метод определения критической силы.

2.4. Диаграммы деформирования.

2.5. Выводы по 2 главе.

3. Теоретическая разработка метода оценки прочности верхней части конструкции кузовов автобусов для условий Правил ЕЭК ООН № 66.

3.1. Критерий оценки безопасности автобусов при опрокидывании.

3.2. Структура предлагаемого экспериментально-расчетного метода.

3.3. Постановка эксперимента нагружением автобуса при работе материала конструкции кузова в упругой зоне.

3.4. Кинематический анализ формоизменения конструкции кузова.

3.5. Оценка прочности кузова по энергии формоизменения конструкции автобуса.

3.6. Выводы по 3 главе.

4 Оценка прочности кузова комплектного автобуса экспериментально-расчетным методом.

4.1. Цели экспериментального исследования прочности кузова автобуса.

4.2. Испытательное оборудование.

4.3. Экспериментальное исследование.

4.4. Обработка экспериментальных данных.

4.5. Испытание комплектного транспортного средства на опрокидывание.

4.6. Анализ теоретических и экспериментальных данных.

4.7. Выводы по 4 главе.

5. Оценка прочности секций кузова автобуса экспериментально-расчетным методом.

5.1. Данные об автобусе, представляемые заводом-изготовителем.

5.2. Экспериментальное исследование секций.

5.3. Кинематический анализ секций кузова автобуса ПАЗ-3205.

5.4. Энергетический анализ секций кузова автобуса ПАЗ-3205.

5.5. Выводы по 5 главе.

Общие результаты и выводы.

Актуальность темы. Анализ международных предписаний по пассивной безопасности, предъявляемых к крупногабаритным пассажирским транспортным средствам, показывает, что наибольших финансовых затрат требует оценка прочности верхней части конструкции кузова по Правилам ЕЭК ООН № 66 (впоследствии ГОСТ 41.66-99). Такая оценка состоит в том, чтобы части конструкции не нарушали целостность остаточного (жизненного) пространства во время и после проведения одного из испытаний, выполненных согласно установленным Правилам. Одним из распространенных типов испытаний является опрокидывание комплектного транспортного средства. При этом автобус получает серьезные повреждения и его дальнейшее использование невозможно. Правилами предусмотрена возможность оценки прочности верхней части конструкции кузова посредством расчетов для снижения весьма высоких затрат, связанных с получением официального утверждения типа транспортного средства в отношении прочности верхней части конструкции кузова. В связи с этим очевидна целесообразность разработки экспериментально-расчетных методов оценки прочности кузова, и следовательно, актуальна тема диссертации.

Целью диссертации является создание экспериментально-расчетного метода (ЭРМ) оценки прочности кузова автобуса на основе аппарата энергетической теории прочности для условий Правил ЕЭК ООН №66 (ГОСТ 41.66-99) без разрушения как кузова в целом, так и отдельных его частей.

Научная новизна;

• метод испытаний кузова автобуса без его разрушения при работе материала конструкции в упругой зоне;

• математическая модель деформации конструкции кузова при условии, что материал кузова обладает идеально пластическими свойствами;

• математическая модель деформации конструкции кузова при допущении идеально упруго-пластических свойств его материала.

Практическая ценность. Разработанный автором ЭРМ оценки прочности кузова автобуса использован в ФГУП «БИЦИАМТ» г. Дмитров Московской области. На основе ЭРМ подготовлен проект стандарта на метод контроля прочности кузова автобуса к Правилам ЕЭК ООН №66 (ГОСТ 41.66-99). Метод позволяет снизить затраты и ускорить проведение сертификационных испытаний автобусов.

Объекты исследований: Автобусы ЛиАЗ-5256 и ПАЗ-3205.

Методы исследований. Методы теорий расчета и испытаний автомобилей, методы теории упругости и пластичности, методы тензометрирования напряжений и перемещений, методы математического моделирования состояний и процессов.

Достоверность результатов выполненного исследования подтверждается данными натурных испытаний автобусов и сравнением расчетных и экспериментальных величин.

На защиту выносятся:

• результаты теоретических исследований по определению изменения формы кузова при опрокидывании автобуса;

• математические модели анализа формоизменения кузова автобуса кинематическим и энергетическим методами;

• результаты экспериментальных исследований по уточнению параметров, влияющих на деформацию кузова при опрокидывании, и подтверждению теоретических моделей;

• ЭРМ оценки прочности кузова автобуса.

Реализация результатов работы. Разработанный метод, расчетные модели и результаты исследований использованы: в ФГУП «НИЦИАМТ» при сертификационных испытаниях; в учебном процессе на кафедре «Автосервис, организация и безопасность движения» Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса (ЮРГУЭС) по курсам:

• «Лицензирование и сертификация на транспорте»;

• «Сертификация автоуслуг и АТС»;

• «Сертификация транспортных средств».

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 печатных трудах и доложены на:

• научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов, г. Шахты, 1998;

• межвузовской научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов. К 30-летию академии, г. Шахты, 1999;

• научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ (ГТУ) №58. К 70-летию МАДИ, г. Москва, 2000;

• межвузовской научно-практической конференции «Проблемы техники, технологий и экономики сервиса», Шахты 2000;

• XXX международной научно-технической конференции «Безопасность конструкции автотранспортных средств», ФГУП «НИЦИАМТ», г. Дмитров, 2000;

• научно-методической и научно-исследовательской конференции МАДИ (ГТУ) №59, г. Москва, 2001;

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработан экспериментально-расчетный метод оценки; прочности кузова автобуса ори отрозшдашаотю, позволжюшда дать оценку тфочности кузова автобуса ври проведении сертификации без разрушения, кузова, да основе аппарата энергетической теории прочности дпж условий Правил ЕЭК ООН №66 (ГОСТ 41.66-99). Для этого предложено три этапа:

I. Экспериментальное исследование прочности кузова при работе материала в упругой области с регистрацией данных о деформациях, нагружениях и перемещениях для прогнозирования предельных упругих и пластических деформаций элементов кузова с учетам шжлруиияинх особенностей и возникновения, пластических шарниров. Для этого разработаны методы экшертяешадьиого исследования и еяепшданое оборудование дам исследования основных параметров кузова автобуса.

П. Юшемшичеагай анализ прочности кузова яго%та проводят при допущение что материал конструкции кузова обладает идеально шасяяэвехтш свойствами. С учетом этого допущения, на основании данных первого этапа м с иетшйжмнием разрабтаншш математаческой модели деформации конструкции кузова, составляют уравнения деформации элементов кузова и рассчитывают перемещения частей конструкций в сторону остаточного пространства. По результатам расчетов принимают решения о соответствии конструкции установленным требованиям Правил №66.

111. Оценку прочности кузова автобуса по энергии, формоизменения конструкции проводят при условии, что материал кузова обладает свойствами идеально \т.р>то-пластичссшг0 материала. При этом на основании данных, подученных на предыдущих этапах, с использованием разработанной сштттетщттеъ математической модели, опредедшшея фу н кционал ьныс зависимости деформирования идеально упруго-пластического материала дня каждого возможного пластического шарнира, расшдоженеого ш исследуемых шпаегоутых рамах. Затем пршммают решения о соответствии кузова установленным -требованиям Правил Ш66 (ГОСТ 41.66-99).

2. Проведено экспериментальное исследование прочности кузова автобуса ЛиАЗ-5256 ш созданном стенде и его испытания на опрокидывание для подтверждения точности предлагаемого метода. Сравнительный анализ экспериментально-расчетного и традиционного методов показал, что предлагаемый метод позволяет рассчитывать перемещения элементов кузова с расхождением данных, в пределах 15%.

3. На основе представленного ЭРМ опенки прочности кузова автобуса разработан проект сшвдарта Ассоциации Автомобильных Инженеров России ш метод контроля прочности ку зовов автобусов.

4. Созданные теоретические разработки к программный комплекс внедрены на ФГУП «НИЩ4АМТ», а также используются в учебном процессе ЮРГУЭС.

5. Разработанный метод оценки прочности кузова удовлетворяет требованиям приложения 6 Правил ЕЭК ООН N266 (ГОСТ 41.66-99), поскольку позволяет: моделировать поведение конструкции в процессе значительных шгаош81еСЕШ£: дефоршащй; проводить анализ конструкции и выявлять возможные места пластических деформаций; провода» исшыгшия для определения упругошгастичеекой деформации конструкции кузова;

1. Ашян JC М. Крутильная жесткость и прочность безрамного автобуса i i Автс1ме^ш.ьшз111ромышленн:ос1ь. — 19ó(L Jfe 2.

2. Ai» К. М. Кручение шшзбуса с яееупщм основанием, вызышемое дорожннми твщтшюсшмш: Дт. каяд, техн. наук. М„, .

3. Аттан К. М Развитие конструкции льшвеких автобусов. // Автомобильная промышленность. —1961. Jfe 5.

4. Атшш К. М. Клвтшфшшшщш. и каяюш несущих, систем автобусов. -М: Мшшдаослроение, 1972.

5. Бшшшшсош С. В,. Лукьянов А. В и др, Сопротивление материалов: Учеб. пособие: В 2 т. М.: ВЗПИ, 1990. Т. 1.

6. Бочщжт Ж Ф. Расчет автомобшчъвмж рам на прочность. Автхшобидь. М.: Машгго, 1955.

7. Бочаров Ж Ф. Расчет на прочность рам грузовых автомобилей: Дис. канд. техн. жаук. М., 1954.

8. Бршжжмт IL Исшедованме больших: ггаашмчеекмх деформаций и разрыва: Пер с англ, М„; Изд. иностр. лит., 1955. - 444 с.

9. Воршацова ЕЖ Исследование прочности несущих кузовов автобусов отечесэ-ветешш оротвсщстш: Дис. канд. техн. наук. М., 1972 г.

10. Ш.Ворошжша Ш1, .Беликов НИ Расчет ш жущего кузова автобуса на. шшб стйжтттж «агружой. ÍJ Тр. ли,. «Прочность и дсштовечность автомобильных несущих систем» -1971.

11. П.Воронщяж ЖЖ ж др. Тензометрнрованяе деталей аштаюбюш. Мл Машгиз, 1962.12«Гаржие Л С. Автобусы // Итоги науки ш тешиш. Серия автомобилестроенае. ВИНИТИ, 1990. - Т. 4.

12. ВХедьфгат Д. Б. и Воронцова Ж Ж. Расчет несущего кузова автобуса на изгиб скпмческой нагрузкой //Ж: Тр. НАМИ. -1965. Вел. 77.

13. Даршв А. В* Шшзро Г. С. Сопртжвзение мжериалов: Учеб. для техн. вузов—5-е жзд,, перераб. И доп. — М.: Высш. шк., 1989. — 624 е.: ил .21МттшчГ. М. Стртмшете материатав.—М,: Высш. пж., 1999.

14. Калмыков Б.Ю., Кохансиш В Л. Актуальность разработки расчетного метода при проведшим сертифетгациотшх испытаниях автобусов //Сб. науч. трудов мшкэдых ученых и атиршшж Щзжты: ДГАС,1998. Вып. 27.

15. Калмышв Б. К). Крш.ерий оиешш прочности кузоважри сертифгошщги автобусов. // Мезетузовекий сб. науч. тр. «Экшогая, иехиолопш и оборудование» Росгов-ш.-Дону: ДГТУ, 2Ô0L —198 с.

16. Калмшшв Б Ю. Юйнематжа движееш частей конструшдаи кузова при оценке его лрочноста. U Межвузовски сб. науч. тр. «Экология, технологи! и оборудование» Ростов-на-Дону: Д ГТУ, 2001. —198 с.

17. Кздшшвов БЛО. Ооегаа пассивной безовшяэсти кузова штобуса. по энергии формошмененш. // Мешгузовский сб. науч, тр, «Экозогим., технология ж оборудование» Рскгтв-ва-Дону: ДНУ, 2001. —198 с.

18. Кшгсшэв К. М, Энергетический метод определения перемещений в стержневьЕх шнетрушщях: Уч-мшд. пособий K.M. Кононов, H.A. Малахова; Чешб. iicmcti. ин-т им. Ленинского комсомола, каф. сопромат. Челябинск; ЧЩ 1977 г. - 59 с.

19. Коршшшв iL К. Методика. штшшшшш штжтгтш ветречвшш стшкшшшнш лехжших амгомобжшей:. Две. манд. техн. наук, -М., 1974 г.

20. Косгетсо Н. -А, Соирнжшение материалов. Учеб. пособие- М.: Высш. ШК-5 2000. -430 е.: ил.

21. ЗЗЖттр CIL Расчет кузша аетобуса вагоиного тала «А». М,: НАХИ, 1938.

22. Коишр СЛ. Расчет шештъ кузова автобуса, вагоянош ша: Две. канд. техн. наук.- М, 1946.

23. Кшздр СЛ. Эксоерммет.ал.ьшэе исследование моделей раж при статическом дахружении. М.: .НАМИ, 1950.

24. Маюшшток Ф., Аргон А. Деформащш ж разрушение материалов: Пер с англ. M«: Мир,1970.

25. Ъ1Мшштт H. а Иршсгшдшя теория ошшсш и. шшзучесги. Учебник для етудшхш вузов. 2-е изд^ nepepafiL и дон. - М.: Машиностроение, 1975. - 400 с.

26. Пашшвмч П. Ф. Строительная механика корабля. В 3 т. — М„: Морской транспорт. 1947-Т. 2.-Ч. 1.61 .Пмсаренш Г,. С., ж. др. Ссшрсгшшеюме мжшршшм.— Киев: Втца школа, 1973.

27. Погодин-Алек:сеев Г. И. Свойства металлов при ударном нагружении. — М.: Метадлурподат, 1953.

28. Щгодаш-Ашгкееев Г. Л. Сравнительное испытание на. удар сшюшных и составных образцов // Заводская дабс?ратория. 1947. - № 12.

29. ПгатадаьАлексеев Г. II Методы шр&д&тшт дашмичеекмх свойств металл®. М: Маширом, 1957.

30. Пошлин-Алексеев Г. И., Артамонов Б. А. Метод измерения стрел прогаба образцов при построении диаграмм д&шшичеетт изгиба: МВТУ. Мю: Маютю, 1955. - Выи. № 41.

31. Погодин-Алексеев Г. И., Артамонов Б. А. Дшамм^етт щртшшт ш диаграммы деформации стали при ударном изгибе: Сб. «Мег&шюведеиие и термическая: обработка», — М.: Машиностроение, 1964.

32. Лоршгов ИЖ Исследование ишшмшж шррозии кузовов аягобуотв: Дие. канд. техн. наук. М., 1978. 158 с.

33. Праншш ЕЭК ООН Набб ЕдштжМщжъж ирещмяшт, жэешшнреея офвдйшшшзго утверждения крупногабаритных пассажирскихтранспортных, средего в ошешш. ¡рчшжтй чает® ихконструкции — Женева: Ортиттщш О&ьеданенвых Ищий, 1986.

34. Рябчинташ» А, Я Основы еертяфшшщаж АТС: Учеб. пособие дш ст~ в спец. 240400 «ОиБДД» / Рябчиткиш А. й, Фсшвщ Р. гС Сэрелыщва Т. Э. -МлМАДИ(ТУ), 1994. 94 сф.

35. Ря6чищжий А. И. Международная регламеипгапш безопасности консфукщш АТС: Учеб. пособие. М.: МАДИ (ТУ), 1989. 65 стр.

36. Саргсян А-Е. Солротавдееие материалов, теории упругости и штастиздюста. Основы теории с примерам расчетов. Учебник I А£. Саргсян М.: АСВ, 1998. - 240 с.

37. И.Сштмпжш АЖ, Щпэигь ЮЖ, Сжртатков СЛ. Кузова шгкттх автомобилей- Обслуживание ш ремонт. 2-е мзд., стереотипное. Мл Транспорт". 1997. - 256 с.78,Сошою» Д. Д. Стщттттт шшм штежшчехшш деформжщи. -; Мл Металлургаздат, 1963. 284 с.

38. Сгешш ПА. Ои^етжлшве -шшршатш: Учеб, да» намшк^оиг. спад, вузов,.—9~е мснравжшюе. М.: Иете1рал-Пресс,-1997. — 320 с.

39. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1986.81 .Школьников Б.М. Изгиб автобусного несущего куша И Авгомобштвая промышпезшошъ. 1962. - № 7.

40. SSAwtowdâ 1 Vehicle body eagmeermg. London. Business Books Ltd, 1969.

41. The passenger vehicle exhibits //Coach J^ BusRev. —1982. 50, Jfe 12. P. 48-49, -52-54,56,58-59,62.133