автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Разработка методики расчетной оценки пассивной безопасности кузовов и кабин автомобилей при опрокидывании

На правах рукописи и 11

ТУМАСОВ АНТОН ВЛАДИМИРОВИЧ

I

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТНОЙ ОЦЕНКИ ПАССИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ КУЗОВОВ И КАБИН АВТОМОБИЛЕЙ ПРИ ОПРОКИДЫВАНИИ

Специальность 05.05.03 — Колесные и гусеничные машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 1 «0Я 2008

Нижний Новгород - 2008

003453683

Работа выполнена на кафедре «Автомобили и тракторы» Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Орлов Лев Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Зузов Валерий Николаевич

кандидат технических наук Сергиевский Сергей Андреевич

Ведущая организация: Объединенный инженерный центр группы ГАЗ

(ООО «ОИЦ» группы ГАЗ, г. Нижний Новгород)

Защита диссертации состоится « 12 » декабря 2008 г. в « 12 » часов на заседании диссертационного совета Д 212.165.04 в Нижегородском государственном техническом университете им. P.E. Алексеева по адресу: 603950, г. Н. Новгород, ГСП -41, ул. К.Минина, д. 24, ауд. 1258.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева.

Автореферат разослан « 10» ноября 2008 г.

Отзыв на автореферат с подписью, заверенный печатью организации, просим направлять в адрес ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышение безопасности дорожного движения имеет важное народно-хозяйственное значение. В этой связи наблюдается постоянное ужесточение требований пассивной безопасности (ПБ), предъявляемых к автотранспортным средствам. Статистические данные показывают, что опрокидывание автомобиля - не самый частый вид дорожно-транспортных происшествий. Тем не менее, среди аварий с тяжелыми последствиями доля опрокидываний намного выше, чем, к примеру, боковых столкновений или наездов сзади. Поэтому задача повышения ПБ кузовов легковых и кабин грузовых автомобилей в условиях опрокидывания является весьма актуальной в настоящее время. Важная роль при разработке безопасных кузовных конструкций автомобилей отводится применению расчетных методов оценки ПБ. Несмотря на достигнутые успехи в этом направлении, еще остаются недостаточно изученными вопросы поведения тонкостенных элементов и их сечений в области больших пластических деформаций. Требуют уточнения функциональные зависимости разрушающих нагрузок от значений пластических моментов сопротивления сечений, изменяющихся в процессе разрушения. Необходимо дальнейшее развитие методики оценки ПБ с применением компьютерного моделирования условий, предусмотренных Правилами ЕЭК ООН, ГОСТами, ОСТами и другими нормативными документами. Решению этих актуальных задач посвящена данная диссертационная работа.

Цель работы. Разработка методики расчетной оценки пассивной безопасности кузовов легковых и кабин грузовых автомобилей при опрокидывании на основе результатов компьютерного моделирования условий испытаний, расчетов по предельному состоянию конструкций с применением уточненных зависимостей и практическая реализация полученных результатов.

Задачи исследования. Сформулированная цель и проведенный анализ проблем по теме диссертации позволили определить основные задачи исследования:

1. Разработка последовательности (процедуры) оценки ПБ кузовов и кабин в условиях опрокидывания автомобилей по результатам компьютерного моделирования.

2. Усовершенствование алгоритма инженерного расчета и оценки несущей способности (НС) кузовов и кабин по предельному состоянию при опрокидывании автомобилей.

3. Определение эмпирических коэффициентов, необходимых для расчета пластических моментов сопротивления сечений на основе исследования поведения тонкостенных элементов кузовных конструкций в условиях аварийного нагружения с учетом больших пластических деформаций.

4. Сравнительная оценка результатов расчетных и экспериментальных исследований с целью обоснования правомерности и практического применения разработанной методики.

5. Разработка практических рекомендаций по применению предлагаемых методики и алгоритмов, повышению ПБ кузовов и кабин в условиях опрокидывания автомобилей.

Объекты исследования. Кузова легковых автомобилей ВАЗ-1118 «Калина», ГАЗ-ЗП05 «Волга». Кабины грузовых автомобилей ГАЗ, Русак. Дополнительная кабина автомобиля противопожарной службы на шасси КамАЗ. Кузов автомобиля УАЗ с внесенными в конструкцию изменениями.

Предмет исследования. Методика расчетной оценки пассивной безопасности и несущей способности кузовов легковых и кабин грузовых автомобилей в условиях опрокидывания.

Методы исследования. Исследования ПБ кузовов и кабин основываются на применении методов математического и компьютерного моделирования.

Расчеты разрушающих нагрузок и энергоемкости кузовных конструкций в условиях аварийного нагружения проведены на основе усовершенствованных зависимостей инженерного (кинематического) метода.

Расчеты в нелинейной постановке при статическом и динамическом приложении нагрузок, имитирующих условия опрокидывания в соответствии с требованиями Правил ЕЭК ООН, ГОСТ, ОСТ проведены на основе метода конечных элементов с использованием современных программных комплексов.

Экспериментальные исследования проведены на стендах лаборатории кафедры «Автомобили и тракторы» НГТУ им. P.E. Алексеева.

Научная новизна. Научную новизну работы составляют:

• алгоритм расчета несущей способности конструкций по предельному состоянию на основе уточненных зависимостей инженерного метода в условиях опрокидывания автомобилей;

• функциональные зависимости изменения поправочных коэффициентов и их значения для определения пластических моментов сопротивления тонкостенных сечений;

• процедура подготовки, особенности расчета подробных конечно-элементных моделей кузовов, кабин с учетом их ударного нагружения и возникающих больших пластических деформаций в условиях имитации опрокидывания автомобилей.

Основные положения, выносимые на защиту.

Из теоретических разработок:

• особенности разработки, математического описания и расчета подробных конечно-элементных моделей кузовов и кабин, выбора внутренних и внешних граничных связей, ударной нагрузки при компьютерном моделировании условий опрокидывания автомобилей;

• алгоритм расчета разрушающих нагрузок для кузовов и кабин в условиях опрокидывания автомобилей;

• алгоритм и программа расчета пластических характеристик сечений с учетом изменения их форм и введения поправочных коэффициентов.

Из научно-методических разработок:

• методика расчетной оценки пассивной безопасности, несущей способности кузовов и кабин, основанная на уточненном инженерном расчете и компьютерном моделировании условий аварийного нагружения, возникающих при опрокидывании автомобилей.

Из научно-технических разработок:

• результаты исследований пассивной безопасности и несущей способности рассматриваемых объектов;

• разработанные конечно-элементные модели кузовов и кабин;

• предложения и практические рекомендации по повышению пассивной безопасности кузовов легковых и кабин грузовых автомобилей.

Практическая ценность. Разработанная методика позволяет на ранних стадиях проектирования выбирать безопасные силовые схемы кузовных конструкций и проводить экспресс-оценку ПБ автомобилей с внесенными в их конструкцию изменениями. Она дает возможность оценивать безопасность кузовов и кабин при доводке их конструкций, а также при сертификации автотранспортных средств на основе результатов компьютерного моделирования условий опрокидывания с применением пакетов программ на базе метода конечных элементов.

Материалы диссертации могут быть использованы в конструкторских и расчетных отделах автомобильных предприятий и фирм, в органах по сертификации автотранспортных средств, в научно-исследовательских институтах и ВУЗах.

Реализация результатов работы. Разработанная методика, расчетные модели, результаты исследований внедрены и использованы в расчетных и конструкторских отделах ОАО «АВТОВАЗ», ООО «Русак» группы компаний «КОМ», ООО «ПЕЛЕНГ», ООО «Чайка-НН», ЦБДДТЭ (Центр безопасности дорожного движения и технической экспертизы) НГТУ им P.E. Алексеева, а также в НП «ИНСАТ» (Некоммерческое партнерство «Институт сертификации автомототехники»), в учебном процессе кафедры «Автомобили и тракторы» НГТУ им. P.E. Алексеева в дисциплинах «Строительная механика автомобиля», «Основы проектирования кузовов», «Прочность и безопасность кузовных конструкций», при выполнении дипломных проектов и магистерских диссертаций.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» (г. Н.Новгород, НГТУ, с 2004 по 2008 гг.); Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 30-летию кафедры «Строительные и дорожные машины» НГТУ (г. Н.Новгород, 2004 г.); Международной конференции, посвященной 70-летию каф. «Автомобили и тракторы» НГТУ (г. Н.Новгород, 2005 г.); ХГГ Нижегородской сессии молодых ученых (г. Татинец, 2006 г.); Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 35-летию кафедры «Строительные и дорожные машины» НГТУ (г. Н.Новгород, 2008 г.); 62-й Международной научно-технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров РФ, посвященной 50-летию Женевского Соглашения (г. Дмитров-7, ФГУП НИЦИАМТ, 2008 г.).

Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 26 изданиях, в том числе 13 научных статьях, из которых 4 статьи опубликованы в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 3 учебно-методических разработках и 10 тезисах докладов (в автореферате не приведены).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы из 155 наименований, приложения. Диссертация содержит 265 страниц основного машинописного текста, включая 261 рисунок, 31 таблицу и 19 страниц приложения с таблицами результатов расчетов и актами внедрения результатов работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационного исследования, определены его цель, положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе проведен краткий обзор работ, посвященных проблемам оценки пассивной безопасности кузовов и кабин автомобилей, решением которых занимались Л.Л. Афанасьев, А.Б. Дьяков, A.M. Иванов, В.Н. Иванов, И.К. Коршаков, В.А. Лялин, М.В. Лыюров, Э.Н. Никульников, А.И. Рябчинский, Р.К. Фотин, В.В. Фролов.

Особое внимание уделено анализу расчетных методов оценки безопасности кузовных конструкций. В частности, рассмотрены особенности инженерного (кинематического) метода расчета кузовов и кабин на безопасность, разработанного Л.Н. Орловым и реализованного им на практике совместно с Л.В. Барахтановым и А.Л. Орловым. Показаны преимущества метода конечных элементов, теоретические основы которого приведены в работах Дж. Аргироса, К. Бате, Т. Белычко, Е. Вилсона, A.C. Городецкого, О. Зенкевича, Ж.-Л. Кулона, Д. Норри, Дж. Одена, Ж-К. Сабоннадьера, Л. Сегерлинда, Ж. де Фриза, Г. Шпура. Практическая реализация метода применительно к кузовам и кабинам автомобилей рассмотрена в работах В.П. Агапова, Э.И. Григолюка, В.А. Гугля, В.Н. Зузова, Е.О. Иванова, Е.А. Когана, Е.В. Кочанова, С.М. Кудрявцева, H.A. Кулакова, С.А. Курдюка, И.В. Маркина, В.И. Отмахова, В.И. Пескова, И.Н. Порватова, С.А. Сергиевского, Д.В. Соловьева, Н.Б. Софонова, A.B. Свдорина, Г.М. Цоя, Н.М. Филькина, Р.И. Фурунжиева, E.H. Шмелева.

Из анализа рассмотренных работ и публикаций следует, что в настоящее время сформировалось весьма полное представление о требованиях пассивной безопасности, предъявляемых к автомобилям. Однако случаи опрокидывания легковых и грузовых автомобилей рассматривались относительно редко, поэтому возникла необходимость в дальнейшем развитии и совершенствовании существующих расчетных методик оценки пассивной безопасности кузовов и кабин в условиях опрокидывания, автомобилей. В соответствии с указанными направлениями возможного развития проблемы повышения пассивной безопасности автотранспортных средств были сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе изложена методика расчетной оценки ПБ и НС кузовов и кабин в условиях опрокидывания автомобилей (рис. 1). Как видно из рис. 1, методика включает в себя два основных блока: 1) последовательность и алгоритм инженерных расчетов конструкций по предельному состоянию с использованием уточненных зависимостей разрушающих нагрузок от геометрических параметров (рис. 2); 2) процедура компьютерного моделирования динамических процессов, происходящих при опрокидывании автомобилей (рис. 5).

Методика расчетной оценки пассивной безопасности кузовов и кабин при опрокидывании

> > Проектирование >

БЛОК 1 на основе результатов и уточненных зависимостей инженерного метода Доводка Внесение изменений Сертификация * БЛОК 2 на основе результатов компьютерного моделирования условий опрокидывания

Рис. 1. Структурная схема методики расчетной оценки пассивной безопасности

На стадиях проектирования кузовов и кабин, когда отсутствует подробная информация о панелях и сечениях несущей конструкции автомобиля и приходится иметь дело с упрощенными расчетными схемами, оценку ПБ предлагается проводить на основе результатов расчетов с использованием уточненных зависимостей (4) инженерного метода (рис. 2). Инженерный расчет также может использоваться на стадиях доводки и при экспресс-оценке ПБ автомобилей, в конструкцию которых были внесены изменения.

Отличительной особенностью предлагаемого алгоритма от существующего является введение разработанных уточненных формул для определения пластических моментов сопротивления Wm сечений силовых элементов

т

о)

<=1

где ¿ф0 - коэффициент, учитывающий особенности формы сечения (для закрытого сечения Афо = 1); кф - коэффициент, учитывающий характер изменения формы сечения в процессе нагружения; F, - площадь элементарной площадки (стенки) сечения; у, - расстояние от центра масс /-й площадки до нейтральной оси сечения; А - смещение линии равных площадей сечения относительно нейтральной оси; т - общее количество элементарных площадок.

Коэффициенты кфо и кф, входящие в уравнение (1), представляют собой соответствующие функциональные зависимости, разработанные автором настоящей работы и определенные для разных форм поперечных сечений

*Фо =fx(x)=AlX2+ В[Х + С, ; кф = /2(х) = А2х2 + В2х + С2, (2) где х - параметр геометрической формы сечения (для тонкостенного прямоугольного сечения х = HIB, где Н - высота, В - ширина); А„ В„ С, - коэффициенты функций. На рис. 3. показаны значения и функции изменения поправочных коэффициентов, выведенных для тонкостенного открытого прямоугольного сечения с отбортовками по результатам компьютерного моделирования условий изгибного нагружения силового элемента:

/i(x)= 0,0483л2-0,1196х +0,8360;

/2 W= -0,0187л2 + 0,1056х + 0,5899; (3)

/з (х) = - 0,0477л2 + 0,1862х + 0,4156.

При этом коэффициент кф=/г{х) учитывает такое изменение формы сечения, при котором снижение разрушающей нагрузки Рр, действующей на элемент, не

превышает 50% от максимального значения Рртгх\ коэффициент кф°= /3(х)

учитывает существенное изменение формы сечения, при котором снижение Рр составляет более 50%.

Рис. 2. Структурная схема первого блока методики - расчетной оценки ПБ кузовов и кабин на основе уточненных зависимостей инженерного метода

На этапе вывода зависимостей разрушающих нагрузок от параметров конструкции в уравнении равенства работ, совершаемых внешней разрушающей нагрузкой Рр и внутренними усилиями в пластических шарнирах учитывается действие не только изгибающих, но и скручивающих усилий

£/рА = 50, + ¿тт,(*ф^*Г<'Ф) дЪ> (4)

у~ 1 1=1 )=\

где - деформация конструкции по направлению действия внешней разрушающей силы Рру; т - количество внешних разрушающих усилий; от, - предел текучести материала при изгибе в /-ом шарнире; 50, - угол относительного поворота силовых элементов при изгибе в /-ом пластическом шарнире; п - количество шарниров, образованных от действия изгибающих усилий; пластический момент

сопротивления при изгибе недеформированного сечения /-ого шарнира; тТу - предел текучести материала при кручении в _/-ом шарнире при кручении; 5ф7 - угол относительного поворота силовых элементов в у-ом пластическом шарнире;

к - количество шарниров, образованных от действия скручивающих усилий;

'^шу45- пластический момент сопротивления при кручении недеформированного

сечения у-ого шарнира.

Разработанный алгоритм инженерного расчета кузовных конструкций позволяет достоверно определять усредненное (эквивалентное) значение разрушающей нагрузки Р?т (рис. 4) и энергоемкость

£куз= /Рр(5)^ = Ррэкв5Л0П, (5)

о

где Рр(5) - функция изменения разрушающей нагрузки Рр в зависимости от деформаций 5 конструкции (рис. 4). График Рр(Я) получен при конечно-элементном анализе поведения кузова легкового автомобиля в условиях опрокидывания. В этом случае ЕКуз - площадь под графиком; 5да„ - регламентированная требованиями ПБ допускаемая деформация переднего угла крыши кузова.

Рис. 3. Графики изменения поправочных Рис 4 График „ЗМенения разрушающей

коэффициентов нагрузки Яр в зависимости от перемещений 5

Усовершенствованная методика инженерного расчета повышает достоверность получаемых результатов по энергоемкости (снижает погрешность вычислений до 10...23%) при больших пластических деформациях в сравнении с используемыми ранее методиками.

Определение геометрических характеристик тонкостенных сечений элементов является достаточно важным и трудоемким этапом теоретических исследований. С целью автоматизации расчета и повышения его точности автором работы на языке программирования Visual Basic разработана специальная программа.

Второй блок разработанной методики включает расчетную оценку ПБ на основе результатов компьютерного моделирования условий опрокидывания с использованием конечно-элементных моделей кузовных конструкций и современного программного обеспечения (рис. 5).

Компьютерное моделирование условий нагружения кузовов и кабин при опрокидывании автомобилей предполагает использование подробных конечно-элементных моделей (КЭМ), поэтому в диссертации даны основные теоретические положения метода конечных элементов. Для динамической задачи уравнение равновесия метода записывается следующим образом

Ми + С0 + Ки = 11в + 115-Яо + Кс> (6)

где Л/ = Х /р('")н(т)тн(т)ау(т)\ С = £ ¡к(т)Н{т)ТН(т^У(т); (7)

от у"

т у

К = ^ |в(т)Г£)(т)в(т)(1У(т);

т р<->

(8) (9)

т у"

т т

где и,1),0- матрица-вектор перемещений, скоростей и ускорений узловых точек модели; М - матрица масс; С - матрица демпфирования; К - матрица жесткости; Яв, Ло, Яс - матрица-вектор объемных, поверхностных, начальных и сосредоточенных сил; т - число элементов; к(т> - коэффициент демпфирования т-ого элемента; - матрица формы элемента, зависящая от его типа и формулировки; В^ - матрица градиентов; начальные напряжения;

Г/т) - матрица упругости;/^, — поверхностные и объемные силы.

Выбор подробной КЭМ

Анализ поведения КЭМ при статическом нагружении в упругой фазе деформирования

т

Определение напряженно-деформированного состояния модели, оценка жесткости отдельных участков конструкции в направлении действия аварийной нагрузки

Сравнительный Результаты

анализ натурных

результатов исследований

расчетов с прочности и

данными жесткости

экспериментов конструкции

Корректировка расчетной модели

Подготовка модели к проведению нелинейного расчета Задание условий

закрепления и нагружения -4

Нелинейный анализ модели в условиях статического и динамического нагружений

А.

Определение упруго-пластического деформированного состояния модели, характера изменения разрушающей нагрузки, энергоемкости кузова (кабины)

Сравнительный анализ результатов расчетов с данными экспериментов

Результаты натурных исследований НСиПБ

Корректировка расчетной модели

Проверка соответствия конструкции требованиям нормативных документов

I

Оценка ПБ по условиям требований Правил ЕЭК ООН, ГОСТов, ОСТов

Рис. 5. Структурная схема второго блока методики - расчетной оценки ПБ кузовов и кабин на основе результатов компьютерного моделирования условий опрокидывания

Приведено описание алгоритмов численного решения нелинейных задач. Рассмотрен алгоритм явной схемы интегрирования, используемой для решения задач, связанных с расчетной оценкой ПБ кузовных конструкций в условиях их

ударного нагружения, а также алгоритм неявной схемы интегрирования, используемой для расчетной оценки НС кузовных конструкций в условиях статического нагружения.

Рассмотрены особенности математического описания кузовов и кабин. Моделирование панелей кузовных конструкций осуществляется с помощью оболочечных элементов типа Белычко-Лина-Тсая, для которых зависимость между возникающими напряжениями а, внутренними усилиями / и моментами т записывается в виде уравнений

42 п II2 „

/оф= I = «ар =- = О1)

-1/2 1=1 -1/2 '=1 где и - число точек интегрирования элемента; / - толщина оболочечного элемента; V, и г, - коэффициенты интегрирования; а,Р - ограниченный диапазон индексов, принимающих значения х,у или г.

Особое внимание в работе уделено определению параметров нелинейного конечно-элементного расчета, в частности, определению величины шага интегрирования Д/ по времени, который для явного алгоритма решения определяется по условию Куранта-Фридрикса-Леви. Для модели, состоящей из оболочечных элементов справедливо следующее

А

А/ = —; с= I-^г", 1с=тах

-;min( LX...L¡)

(12)

max(Lx...Ll)

где le - характерный линейный размер элемента, с - скорость распространения звуковой волны в.элементе, Е - модуль Юнга материала элемента, р - плотность, v - коэффициент Пуассона, А - площадь элемента, L, - линейный размер элемента (/' = 3 для 3-х узлового элемента, i = 4 для 4-х узлового элемента).

Рассматриваются также основные понятия контактного взаимодействия элементов расчетной модели и особенности численного решения контактных задач, основанные на методике Дж. Холквиста, в которой проникновение узлов устраняется введением контактной пружины с жесткостью к

к = s-K-А (13)

тах( Dx,D2)

где s - штрафной коэффициент; К — модуль объемной упругости; А — площадь элемента; Di и D2 - длины диагоналей оболочечного элемента.

Рассматривается решение задачи вычисления напряжений в элементе на основе алгоритма радиального возврата, широко используемого в программах конечно-элементного анализа с явными схемами интегрирования. Приводятся теоретические основы математического моделирования упругих и упруго-пластических характеристик материалов, которые могут быть заданы в табличной форме, либо описаны с помощью соответствующих функциональных зависимостей. Например, при билинейном способе задания характеристик материала, напряжения ор, превышающие предел текучести от, равны

Е-Е, Е-Е,

где Ер - пластический модуль материала; Е - модуль Юнга; Е, - касательный модуль; гр - относительные пластические деформации.

СТ/,=£реР+от; Ер=^Г, (14)

Особое внимание уделяется вопросам компьютерного моделирования условий опрокидывания автомобилей. В соответствии с действующими нормативными документами опрокидывание легковых и грузовых автомобилей имитируется эквивалентным ударным нагружением соответствующих кузовов и кабин в стендовых условиях. Динамическое нагружение кузовов легковых автомобилей по ОСТ 37.001.439-86 и ОСТ 37.001.444-86 осуществляется с помощью плоской ударной плиты. Статическое вертикальное нагружение кабин грузовых автомобилей по ГОСТ Р 41.29-99 осуществляется с помощью жесткой плиты. В соответствии со шведскими требованиями, предъявляемых к кабинам карьерных самосвалов, ударное нагружение осуществляется с помощью цилиндрического маятника. На рис. 6 показаны схемы нагружения моделей.

Рис. 6. Схемы нагружения моделей кузова и кабин

В третьей главе рассмотрена реализация разработанной методики при решении конкретных практических задач, связанных с расчетной оценкой пассивной безопасности и несущей способности кузовов легковых и кабин грузовых автомобилей при опрокидывании.

Представлены результаты анализа несущей способности тонкостенных элементов. Рассмотрен характер изменения геометрической формы сечений. Исследования показали, что в процессе пластического деформирования сечений величина разрушающей нагрузки Рр, действующей на силовые элементы, снижается на 20...60% в зависимости от формы сечений. Поэтому введение поправочных коэффициентов £ф0 и кф позволяет учесть изменение формы сечений и получить уточненные результаты разрушающих нагрузок и энергоемкостей кузовных конструкций.

Проведена оценка несущей способности кузовов легковых автомобилей ВАЗ-1118 «Калина» и ГАЗ-ЗН0 «Волга». Получены выражения зависимостей разрушающих нагрузок Рр от параметров конструкций. Для схемы, показанной на рис. 7, имеем

Рис. 7. Механизм разрушения силовой схемы салона кузова легкового автомобиля

стт1

Рр:

А ВС

—I— + — 0 0 0

¿1_2'С0845°-С055

«Г

гдеЛ = 0 2^+2^2 1 +

ч>2

I

ГщА+Ушв 2 +

¿3-4 ¿С-3

¿С-11 ¿11-12

+ ^пл12

¿3-4 ¿С-11

С = 20

¿с-з А1-12

¿7-6 ¿С-б

(15)

(16)

(17)

Значения пластических моментов сопротивлений сечений в выражениях (15 - 17) определяются по формуле (1). В соответствии с оценкой ПБ на основе результатов компьютерного моделирования для каждой из рассмотренных подробных КЭМ кузовов получены графики изменения разрушающей нагрузки Рр в зависимости от перемещения нагружающего элемента 5 (рис. 8), графики изменения скорости движения V ударного элемента по времени г (рис. 9); определены картины напряженно-деформированных состояний (рис. 10); выявлены зоны пластических деформаций; определен характер пластического деформирования сечений силовых элементов.

0 20 40 60 80 100 120 5,мм Рис. 8. График изменения ударной разрушающей нагрузки Рр

0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14Г.с Рис. 9. График изменения скорости V плоской ударной плиты

Сравнительный анализ результатов инженерных расчетов и компьютерного моделирования показал, что разработанный алгоритм инженерного расчета кузовных конструкций в условиях опрокидывания (рис. 2) с учетом полученных эмпирических поправочных коэффициентов кф0 и кф, вводимых в выражения пластических моментов сопротивлений Я'пл сечений, позволяет более точно оценивать значение разрушающих нагрузок и энергоемкости конструкций (с ошибкой в пределах 10...23%).

Проведено также расчетное исследование влияния дверей на НС кузова при опрокидывании легкового автомобиля. Установлено, что двери легкового автомобиля повышают НС конструкции в пределах 20%. Надежное соединение лобового и заднего стекол с кузовом дополнительно увеличивает его НС в пределах 30% (рис. 11).

На примере расчетной модели модифицированного силового каркаса салона автомобиля УАЗ рассмотрена реализация разработанной методики применительно к экспресс-оценке ПБ автотранспортных средств с внесенными в их конструкцию изменениями. Оценка НС конструкции по результатам расчетов с использованием уточненных зависимостей инженерного метода позволила определить наиболее вероятный механизм разрушения; величину максимальной разрушающей нагрузки с

погрешностью 30% (в сравнении с данными метода конечных элементов); энергоемкость конструкции с погрешностью 20%; возможные деформации переднего угла крыши с погрешностью в пределах 10% (рис. 12).

'р.кН

Рис. 10. Напряженно-деформированное разрушающих нагрузок для разных вариантов состояние подробной модели кузова конструкции автомобиля: / - кузов; 2- кузов

с дверями; 3- кузов с дверями и стеклами

На примере кабины ГАЗ рассмотрена расчетная оценка ее НС в условиях опрокидывания автомобиля через передний левый угол крыши, в соответствии с требованиями Шведских норм ПБ. На основе уточненных выражений инженерного метода определены зависимости разрушающих

нагрузок для возможных схем разрушения кабины. Для наиболее вероятного механизма разрушения получены значения разрушающей нагрузки и энергоемкости. Сравнение результатов инженерного расчета и конечно-элементного анализа показали, что расхождение результатов по разрушающей нагрузке и энергоемкости находятся в пределах 10... 15%.

Разработанная методика реализована при выполнении проектных работ по созданию безопасных кузовных конструкций: кабины грузового автомобиля Русак-5354 и дополнительной кабины автомобиля противопожарной службы на шасси КамАЭ-43118.

В процессе проектирования по результатам компьютерного моделирования выполнен анализ поведения кабины «Русак» при опрокидывании грузового автомобиля через передний угол крыши (рис. 13,14). Рассмотрено влияние закрытых дверей на ПБ кабины. Установлено, что двери кабины увеличивают ее несущую способность в условиях вертикального аварийного нагружения на 12... 18% (рис. 15). При этом важное значение имеет расположение порогов кабины относительно нижних силовых элементов дверей.

Исследовано влияние отдельных конструктивных элементов кабин грузовых автомобилей на их несущую способность в условиях аварийного нагружения. На

Рис. 12. График перемещения переднего левого угла крыши автомобиля (данные МКЭ)

примере КЭМ кабины «Русак» установлено, что замена нижних горизонтальных силовых элементов задней стенки кабины раскосами повышает НС конструкции в среднем на 30% в условиях восприятия вертикальной нагрузки (рис. 16).

Деформации (перемещения), мм

Рис. 13. Деформированный вид кабины

10 20 30 40 50 60 ТО 80 90 100 Б, мм Рис. 15. Графики изменения разрушающих нагрузок для кабины с дверями (1) и без них (2)

Рис. 14. График изменения энергии маятника

На примере модели дополнительной кабины автомобиля противопожарной службы

установлено (рис. 17), что смещение раскосов, расположенных в продольной плоскости, из боковин в среднюю часть кабины увеличивает ее несущую способность по разрушающей нагрузке в условиях вертикального нагружения в среднем на 10...15%.

О 10 20 30 40 50 60

Рис. 16. Графики изменения разрушающих нагрузок для разных вариантов конструкции кабины: 1-е раскосами; 2 - без раскосов

Рис. 17. Графики изменения разрушающих нагрузок для кабин с разным расположением раскосов: 1 - раскосы сбоку; 2-раскосы в средней части

В четвертой главе приведено экспериментальное обоснование правомерности использования полученных значений поправочных коэффициентов £ф0 и кф, а также практического применения разработанных подробных КЭМ кузовов и кабин. Представлены результаты экспериментальных исследований НС тонкостенных силовых элементов. При испытаниях (рис. 18) исследуемые образцы (поз. 4), установленные на стенде (поз. 1) нагружались изгибной нагрузкой с

помощью силового гидроцилиндра (поз. 2). Сила Рр на штоке цилиндра зависела от давления, создаваемого в цилиндре, и определялась по манометру (поз. 5). Перемещения штока 5 фиксировалось индикатором (поз. 3). Параллельно с этим выполнялись аналогичные исследования подробных конечно-элементных моделей образцов. Расхождение результатов расчетов с экспериментальными данными по разрушающей нагрузке не превышает 15% (рис. 19). Полученные результаты показывают, что подробные конечно-элементные модели образцов адекватно отражают характер поведения реальных тонкостенных силовых элементов.

С целью обоснования правомерности выбора подробных КЭМ выполнен сравнительный анализ жесткостных характеристик кузовных конструкций в направлениях действия рассматриваемой аварийной нагрузки.

Рис. 19. Графики изменения разрушающих нагрузок: 1 - расчет МКЭ; 2 - эксперимент

Деформации, мм 0.55 0.49 0.43 0.37 0.31 0.24 0.18 0,12 0.06

а) б)

Рис. 20. Нагружение салона легкового автомобиля силой, действующей в угол крыши а) эксперимент; б) результаты компьютерного моделирования

На примере исследования жесткости отдельных участков кузова и кабины автомобилей (рис. 20) установлено, что расхождение результатов компьютерного моделирования статического нагружения конструкций в пределах упругих деформаций с применением подробных конечно-элементных моделей в сравнении с данными экспериментов не превышает 15... 17%. На примере исследования несущей способности отдельных силовых контуров кузовов, состоящих из тонкостенных профилей, установлено, что расхождение результатов компьютерного моделирования условий нагружения конструкций с учетом больших пластических деформаций с применением подробных КЭМ в сравнении с данными экспериментов не превышает 10... 15%.

Рис. 18. Стенд для испытания образцов

Проведенные экспериментальные исследования и полученные результаты подтвердили правомерность и обоснованность практического использования разработанных подробных конечно-элементных моделей кузовов и кабин, основных теоретических положений, принимаемых гипотез и допущений разработанной методики.

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана методика расчетной оценки пассивной безопасности и несущей способности кузовов и кабин автомобилей в условиях опрокидывания по результатам компьютерного моделирования и расчетов конструкций по предельному состоянию при проектировании, доводке, сертификации, проведении экспресс-оценки автотранспортных средств с внесенными в их конструкцию изменениями.

2. Разработана процедура оценки пассивной безопасности кузовов и кабин, включающая особенности математического описания и расчета их подробных конечно-элементных моделей с учетом ударного нагружения и возникающих больших пластических деформаций при имитации условий опрокидывания автомобилей.

3. Усовершенствован алгоритм инженерного расчета и оценки несущей способности кузовов, кабин при опрокидывании автомобилей путем введения функциональных зависимостей поправочных коэффициентов, учитывающих изменение формы сечений при пластическом разрушении элементов, что обеспечивает более точное (с погрешностью в пределах 10...23%) определение значений разрушающей нагрузки и энергоемкости при выборе безопасных силовых схем конструкций на начальных этапах проектирования.

4. Разработана специальная программа расчета геометрических характеристик тонкостенных сечений, повышающая эффективность практического использования алгоритма инженерной оценки пассивной безопасности конструкций.

5. Выведены аналитические зависимости разрушающих нагрузок и энергоемкости от геометрических и физических характеристик кузовов и кабин в условиях опрокидывания автомобилей. Получены новые результаты исследований несущей способности кузовов и кабин по разрушающим нагрузкам, деформируемости, энергоемкости, оценке их пассивной безопасности и влияния конструктивных решений на ее повышение.

6. Установлено, что в условиях опрокидывания легкового автомобиля передним силовым контуром салона поглощается около 25...35% общей энергии удара, центральным контуром - 30...50%, задним контуром - 30...37%. Пассивная безопасность салона существенно повышается при применении в его конструкции развитых силовых элементов крыши и задних стоек с закрытыми сечениями.

7. Установлено, что двери легкового автомобиля повышают пассивную безопасность его конструкции в условиях опрокидывания в пределах 20%. Надежное, например клеевое, соединение стекол ветрового и заднего окон с кузовом дополнительно увеличивает его несущую способность в пределах 30%.

8. Двери кабины грузового автомобиля способствуют повышению ее пассивной безопасности на 12... 18% в условиях вертикального нагружения. Установка раскосов в заднюю стенку кабины повышает ее безопасность на 10.. .30%.

9. Выполненная сравнительная оценка результатов расчетных и экспериментальных исследований с целью обоснования достоверности, правомерности практического применения разработанной методики, принятых теоретических положений и допущений показывает, что расхождение результатов по жесткостным характеристикам кузовных конструкций не превышает 15... 17%; по разрушающим нагрузкам отдельных силовых контуров -10. ..15%.

10. Разработаны практические рекомендации по применению предлагаемых методики, алгоритмов, программы; повышению безопасности кузовов и кабин в условиях опрокидывания автомобилей. Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены в расчетных и конструкторских отделах ОАО «АВТОВАЗ», ООО «Русак» группы компаний «КОМ», ООО «ПЕЛЕНГ», ООО «Чайка-НН», ЦБДЦТЭ, НП «ИНСАТ», в учебном процессе кафедры «Автомобили и тракторы» НГТУ им. P.E. Алексеева. Разработанная методика и полученные результаты рекомендуются для дальнейшего практического использования на автомобильных предприятиях, фирмах, в органах по сертификации автотранспортных средств.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Тумасов, A.B. Расчетно-экспериментальная оценка несущей способности кабины грузового автомобиля в условиях опрокидывания / A.B. Тумасов, С.А. Багичев, Л.Н. Орлов // Известия вузов. Машиностроение. МГТУ им. Н.Э. Баумана, М., 2008-№4,-С. 41-44.

2. Тумасов, A.B. Экспертная оценка и обеспечение пассивной безопасности кузовов и кабин автотранспортных средств с внесенными в их конструкцию изменениями / A.B. Тумасов, Л.Н. Орлов, A.M. Грошев // Отраслевой научно-производственный журнал для работников автотранспорта «Автотранспортное предприятие», М„ июль,2008.-С. 42-45.

3. Тумасов, A.B. Применение систем конечно-элементного анализа в учебном процессе/ A.B. Тумасов, В.В. Князьков // Научно-технический и производственный журнал «Вестник компьютерных и информационных технологий». - М., 2005. - С. 38-41.

4. Тумасов, A.B. Оценка прочности и пассивной безопасности измененной конструкции кабины грузового автомобиля / A.B. Тумасов, Л.Н. Орлов, A.M. Грошев // Труды КГТУ: научно-технический журнал Красноярского государственного технического университета. — Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. - № 4. - С. 17-23.

5. Тумасов, A.B. Особенности поведения силовых элементов кузова автобуса в условиях аварийного нагружения / A.B. Тумасов, Л.Н. Орлов // Известия Академии инженерных наук РФ им. акад. A.M. Прохорова. Транспортно-технологические машины и комплексы. Т.21; Философия науки, техники и технологии. Т.22 / под. ред. Ю.В. Гуляева. - М. - Н.Новгород: НГТУ, 2008. - С. 123-131.

6. Тумасов, A.B. Анализ жесткости кузова легкового автомобиля при кручении / A.B. Тумасов // Материалы 49-ой международной научно-технической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров» / МАМИ, М., 2005. - С. 27-32.

7. Тумасов, A.B. Анализ несущей способности силовой схемы салона легкового автомобиля в условиях опрокидывания / A.B. Тумасов, Л. Н. Орлов // Материалы международного научного симпозиума, посвященного 175-летию МГТУ им. Н. Э. Баумана «Проектирование колесных машин». - М., 2005. - С. 236-240.

8. Тумасов, A.B. Расчетная оценка деформируемости кузова легкового автомобиля в условиях опрокидывания / A.B. Тумасов, С.А. Курдюк, J1.H. Орлов // Материалы 4-ой Всероссийской научно-технической конференции (2-ая с международным участием) «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» / Тольятти: ТГУ, 2005.-С. 75-77.

9. Тумасов, A.B. Особенности разработки конечно-элементной модели кузова и оценки пассивной безопасности легкового автомобиля / A.B. Тумасов, Е.В. Кочанов, С.А. Курдюк, J1.H. Орлов // Материалы международной конференции, посвященной 75-летию ВолгГТУ «Прогресс транспортных средств и систем»/ ВолгГТУ. -Волгоград, 2005. - С. 136-137.

10. Тумасов, A.B. Сравнительная оценка жесткости и прочности удлиненного кузова легкового автомобиля с базовым вариантом / A.B. Тумасов, A.M. Грошев, J1.H. Орлов и др. // Материалы международной конференции, посвященной 70-летию каф. «АиТ» НГТУ «Проектирование, испытания и эксплуатация транспортных машин и транспортно-технологических комплексов» / НГТУ. - Н.Новгород, 2005. - С. 82-85.

11. Тумасов, A.B. Расчетная оценка прочности и пассивной безопасности измененной конструкции кабины грузового автомобиля ЗИЛ-43100 / A.B. Тумасов, Е.А. Наумов, J1.H. Орлов, A.M. Грошев // Сборник докладов V Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса»/ УГТУ (УПИ). Екатеринбург, 2007.-С. 165-167.

12. Тумасов, A.B. Оценка влияния отдельных конструктивных решений на повышение пассивной безопасности кабин грузовых автомобилей / A.B. Тумасов, С.А. Багичев, Е.А. Наумов, JI.H. Орлов // Материалы сборника трудов «Проблемы транспортных и технологических комплексов», посвященного 35-летию каф. СДМ. / НГТУ. Н.Новгород, 2008. - С. 217-220.

13. Тумасов, A.B. Расчетная оценка прочности измененной конструкции кузова автобуса/ A.B. Тумасов, JI.H. Орлов, В.А. Колтунов, A.M. Грошев // Материалы V-ой Всероссийской научно-технической конференции «Полшранспортные системы». Сиб. федер. ун-т; Политехи, ин-т, 2007. - С. 295-299.

14. Конечно-элементное моделирование и расчет сварных соединений: метод, разработка/ НГТУ; сост.: В.В. Князьков, A.B. Тумасов. - Н.Новгород, 2006 - 21 с.

15. Измерение механических величин с помощью резистивных преобразователей: метод, разработка / НГТУ; сост.: С.М. Огородное, С.М. Кудрявцев, A.B. Тумасов. -Н.Новгород, 2007 - 18 с.

16. Основы расчета кузовных конструкций с применением программного комплекса MSC.NASTRAN: метод, разработка / НГТУ; сост.: Л.Н. Орлов, Е.В. Кочанов, A.B. Тумасов, Е.А. Наумов. - Н.Новгород, 2008 - 16 с.

Подписано в печать 30.10.2008. Формат 60 х 84 Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 696.

Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева. Типография НГТУ. 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

Основные термины, сокращения н 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 1.

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 сечсния.

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.

2.4.4.5. 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 опрокидывании.

Выводы по главе 2.

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 ГАЭв 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.

3.2.3.2. Расчетная оценка пассивной безопасности измененной кузовной конструкции на основе результатов компьютерного моделирования условий опрокидывания.

3.2.3.4. Оценка несущей способности каркаса по результатам инженерного расчета.

3.2.4. Оценка пассивной безопасности кузова легкового автомобиля в условиях о опрокидывания. Анализ влияния дверей и стекол на несущую способность.

Результаты и выводы по разделу.

3.3. Оценка пассивной безопасности и несущей способности кабин грузовых автомобилей в условиях опрокидывания.

3.3.1. Оценка несущей способности кабины грузового автомобиля

ГАЭ-53А в условиях опрокидывания через передний угол крыши.

3.3.1.1. Выбор конечно-элементной модели кабины.

3.3.1.2. Оценка несущей способности кабины на основе метода конечных элементов в условиях, имитирующих опрокидывание через передний левый угол крыши.

3.3.1.3. Оценка несущей способности кабины грузового автомобиля по результатам инженерного расчета.

3.3.2. Оценка пассивной безопасности кабины грузового автомобиля

КОМ «РУСАК» в условиях опрокидывания.

3.3.2.1. Выбор конечно-элементной модели кабины.

3.3.2.2. Анализ работоспособности кабины в условиях опрокидывания автомобиля через передний угол крыши.

3.3.2.2. Анализ и оценка влияния дверей на пассивную безопасность кабины.

3.3.2.3. Анализ влияния раскосов, расположенных в задней стенке кабины, на ее пассивную безопасность в условиях действия вертикальной аварийной нагрузки.

3.3.3. Оценка пассивной безопасности дополнительной кабины грузового автомобиля КамАЭ-43118 противопожарной службы.

3.3.3.1. Выбор конечно-элементной модели дополнительной кабины.

3.3.3.2. Оценка несущей способности каркаса при аварийном вертикальном нагружении.

Результаты и выводы по разделу.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КУЗОВНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И РАСЧЕТОВ.

4.1. Экспериментальная оценка несущей способности тонкостенных 22g силовых элементов.

4.1.1. Описание стенда.

4.1.2. Калибровка (тарирование) измерительной аппаратуры.

4.1.3. Анализ результатов расчетно-экспериментальных исследований.

4.2. Расчетно-экспериментальная оценка несущей способности силовых контуров кузовных конструкций, исследование поведения сечений их силовых элементов.

4.3. Расчетно-экспериментальные исследования жесткости кузова легкового и кабины грузового автомобилей.

4.3.1. Расчетно-экспериментальная оценка жесткости кузова легкового автомобиля.

4.3.2. Расчетно-экспериментальная оценка жесткости кабины грузового автомобиля.

Выводы по главе 4.

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

Актуальность работы

Повышение безопасности дорожного движения имеет важное народно-хозяйственное значение. В этой связи наблюдается постоянное ужесточение требований пассивной безопасности, предъявляемых к автотранспортным средствам. Статистические данные показывают, что опрокидывание автомобиля - не самый частый вид дорожно-транспортных происшествий. Тем не менее, среди аварий с тяжелыми последствиями доля опрокидываний намного выше, чем, к примеру, боковых столкновений или наездов сзади. Поэтому задача повышения пассивной безопасности кузовов легковых и кабин грузовых автомобилей в условиях опрокидывания является весьма актуальной в настоящее время. Важная роль при разработке безопасных кузовных конструкций автомобилей отводится применению расчетных методов оценки пассивной безопасности. Несмотря на достигнутые успехи в этом направлении, еще остаются недостаточно изученными вопросы поведения тонкостенных элементов и их сечений в области больших пластических деформаций. Требуют уточнения функциональные зависимости разрушающих нагрузок от значений пластических моментов сопротивления сечений, изменяющихся в процессе разрушения. Необходимо дальнейшее развитие методики оценки пассивной безопасности с применением компьютерного моделирования условий, предусмотренных Правилами ЕЭК ООН, ГОСТами, ОСТами и другими нормативными документами. Решению этих актуальных задач посвящена данная диссертационная работа.

Цель работы

Разработка методики расчетной оценки пассивной безопасности кузовов легковых и кабин грузовых автомобилей при опрокидывании на основе результатов компьютерного моделирования условий испытаний, расчетов по предельному состоянию конструкций с применением уточненных зависимостей и практическая реализация полученных результатов.

Объекты исследования

Кузова легковых автомобилей ВАЗ-1118 «Калина», ГАЗ-Э1105 «Волга». Кабины грузовых автомобилей ГАЗ, Русак. Дополнительная кабина автомобиля противопожарной службы на шасси КамАЗ. Кузов автомобиля УАЗ с внесенными в конструкцию изменениями.

Предмет исследования

Методика расчетной оценки пассивной безопасности и несущей способности кузовов легковых и кабин грузовых автомобилей в условиях опрокидывания.

Методы исследования

Исследования пассивной безопасности кузовов и кабин основываются на примененнп методов математического и компьютерного моделирования.

Расчеты разрушающих нагрузок и энергоемкости кузовных конструкций в условиях аварийного нагружения проведены на основе усовершенствованных зависимостей инженерного (кинематического) метода.

Расчеты в нелинейной постановке при статическом и динамическом приложении нагрузок, имитирующих условия опрокидывания в соответствии с требованиями

Правил ЕЭК ООН, ГОСТ, ОСТ проведены на основе метода конечных элементов с использованием современных программных комплексов.

Экспериментальные исследования проведены на стендах лаборатории кафедры «Автомобили и тракторы» НГТУ им. Р.Е. Алексеева.

Научная новизна

Научную новизну работы составляют:

• алгоритм расчета несущей способности конструкций по предельному состоянию на основе уточненных зависимостей инженерного метода в условиях опрокидывания автомобилей;

• функциональные зависимости изменения поправочных коэффициентов и их значения для определения пластических моментов сопротивления тонкостенных сечений;

• процедура подготовки, особенности расчета подробных конечно-элементных моделей кузовов, кабин с учетом их ударного нагружения и возникающих больших пластических деформаций в условиях имитации опрокидывания автомобилей.

Основные положения, выносимые на защиту

Из теоретических разработок:

• особенности разработки, математического описания и расчета подробных конечно-элементных моделей кузовов и кабин, выбора внутренних и внешних граничных связей, ударной нагрузки при компьютерном моделировании условий опрокидывания автомобилей;

• алгоритм расчета разрушающих нагрузок для кузовов и кабин в условиях опрокидывания автомобилей;

• алгоритм и программа расчета пластических характеристик сечений с учетом изменения их форм и введения поправочных коэффициентов.

Из научно-методических разработок:

• методика расчетной оценки пассивной безопасности, несущей способности кузовов и кабин, основанная на уточненном инженерном расчете и компьютерном моделировании условий аварийного нагружения, возникающих при опрокидывании автомобилей.

Из научно-технических разработок:

• результаты исследований пассивной безопасности и несущей способности рассматриваемых объектов;

• разработанные конечно-элементные модели кузовов и кабин;

• предложения и практические рекомендации по повышению пассивной безопасности кузовов легковых и кабин грузовых автомобилей.

Практическая ценность

Разработанная методика позволяет на ранних стадиях проектирования выбирать безопасные силовые схемы кузовных конструкций и проводить экспресс-оценку пассивной безопасности автомобилей с внесенными в их конструкцию изменениями. Она дает возможность оценивать безопасность кузовов и кабин при доводке их конструкций, а также при сертификации автотранспортных средств на основе результатов компьютерного моделирования условий опрокидывания с применением пакетов программ на базе метода конечных элементов.

Материалы диссертации могут быть использованы в конструкторских и расчетных отделах автомобильных предприятий и фирм, в органах по сертификации автотранспортных средств, в научно-исследовательских институтах и ВУЗах.

Реализация результатов работы

Разработанная методика, расчетные модели, результаты исследований внедрены и использованы в расчетных и конструкторских отделах *:

• ОАО «АВТОВАЗ» при разработке расчетной модели кузова автомобиля ВАЗ-1118 «Калина», в рамках выполнении НИР по межотраслевой программе сотрудничества Министерства образования и науки РФ и ОАО «АВТОВАЗ»;

• ООО «Русак» группы компаний «КОМ» при разработке безопасной конструкции кабины грузового автомобиля «Русак»; а также при разработке рациональных конструкций рам и безопасных кузовов низкопольных автобусов;

• ООО «ПЕЛЕНГ» при разработке безопасной конструкции сдвоенной кабины автомобиля противопожарной службы;

• ЦБДЦТЭ (Центр безопасности дорожного движения и технической экспертизы) НГТУ им Р.Е. Алексеева, а также в НП «ИНСАТ» (Некоммерческое партнерство «Институт сертификации автомототехники») при разработке методики экспертной оценки, пассивной безопасности автотранспортных средств, с внесенными изменениями в кузовные конструкции;

• ООО «Чайка-НН» при разработке силовой схемы и чертежной документации каркаса кузова автобуса на базе узлов и агрегатов удлиненного автомобиля ГАЗ-ЗЗЮ «Валдай»;

• в учебном процессе кафедры «Автомобили и тракторы» НГТУ им. Р.Е. Алексеева: в курсах «Строительная механика автомобиля», «Основы проектирования кузовов», «Прочность и безопасность кузовных конструкций»; при выполнении дипломных проектов и магистерских диссертаций. Указанные работы выполнены соискателем совместно с коллективом кафедры «Автомобили и тракторы» НГТУ им. Р.Е. Алексеева

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

• III всероссийской молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». - НГТУ.- Н.Новгород. (2004 г.)

• Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 30-летию кафедры «Строительные и дорожные машины» - НГТУ. - г. Н.Новгород (2004 г.)

• IV всероссийской молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки». - НГТУ,- Н.Новгород. (2005 г.)

• международной конференции, посвященной 70-летию каф. «Автомобили и тракторы» НГТУ «Проектирование, испытания и эксплуатация транспортных машин и транспортно-технологических комплексов». - НГТУ.- Н.Новгород. (2005 г.)

• V международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки», - НГТУ. - Н.Новгород (2006 г.)

• XII Нижегородской сессии молодых ученых, г. Татинец, (2006 г.)

• VI международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки», - НГТУ. - г. Н.Новгород (2007 г.)

• VII международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки», - НГТУ. - г. Н.Новгород (2008 г.)

• Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 35-летию кафедры «Строительные и дорожные машины» - НГТУ. - г. Н.Новгород (2008 г.)

• 62-ой международной научно-технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров, посвященной 50-летию Женевского Соглашения 1958 года, - Дмитров-7, ФГУП НИЦИАМТ (2008 г.)

Публикации

Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в 26 изданиях, в том числе 13 научных статьях, из которых 4 статьи опубликованы в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 3 учебно-методических разработках и 10 тезисах докладов.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка использованной литературы из 155 наименований, приложения. Диссертация содержит 265 страниц основного машинописного текста, включая 261 рисунок, 31 таблицу и 19 страниц приложения с таблицами результатов расчетов и актами внедрения результатов работы.

ОБОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана методика расчетной оценки пассивной безопасности и несущей способности кузовов и кабин автомобилей в условиях опрокидывания по результатам компьютерного моделирования и расчетов конструкций по предельному состоянию при проектировании, доводке, сертификации, проведении экспресс-оценки автотранспортных средств с внесенными в их конструкцию изменениями.

2. Разработана процедура оценки пассивной безопасности кузовов и кабин, включающая особенности математического описания и расчета их подробных конечно-элементных моделей с учетом ударного нагружения и возникающих больших пластических деформаций при имитации условий опрокидывания автомобилей.

3. Усовершенствован алгоритм инженерного расчета и оценки несущей способности кузовов, кабин при опрокидывании автомобилей путем введения функциональных зависимостей поправочных коэффициентов, учитывающих изменение формы сечений при пластическом разрушении элементов, что обеспечивает более точное (с погрешностью в пределах 10.23%) определение значений разрушающей нагрузки и энергоемкости при выборе безопасных силовых схем конструкций на начальных этапах проектирования.

4. Разработана специальная программа расчета геометрических характеристик тонкостенных сечений, повышающая эффективность практического использования алгоритма инженерной оценки пассивной безопасности конструкций.

5. Выведены аналитические зависимости разрушающих нагрузок и энергоемкости от геометрических и физических характеристик кузовов и кабин в условиях опрокидывания автомобилей. Получены новые результаты исследований несущей способности кузовов и кабин по разрушающим нагрузкам, деформируемости, энергоемкости, оценке их пассивной безопасности и влияния конструктивных решений на ее повышение.

6. Установлено, что в условиях опрокидывания легкового автомобиля передним силовым контуром салона поглощается около 25.35% общей энергии удара, центральным контуром — 30.50%, задним контуром - 30.37%. Пассивная безопасность салона существенно повышается при применении в его конструкции развитых силовых элементов крыши и задних стоек с закрытыми сечениями.

7. Установлено, что двери легкового автомобиля повышают пассивную безопасность его конструкции в условиях опрокидывания в пределах 20%. Надежное, например клеевое, соединение стекол ветрового и заднего окон с кузовом дополнительно увеличивает его несущую способность в пределах 30%.

8. Двери кабины грузового автомобиля способствуют повышению ее пассивной безопасности на, 12.18% в условиях вертикального нагружения. Установка раскосов в заднюю стенку кабины повышает ее безопасность на 10.30%.

9. Выполненная сравнительная оценка результатов расчетных и экспериментальных исследований с целью обоснования достоверности, правомерности практического применения разработанной методики, принятых теоретических положений и допущений показывает, что расхождение результатов по жесткостным характеристикам кузовных конструкций не превышает 15. 17%; по разрушающим нагрузкам отдельных силовых контуров - 10. 15%.

10. Разработаны практические рекомендации по применению предлагаемых методики, алгоритмов, программы; повышению безопасности кузовов и кабин в условиях опрокидывания автомобилей. Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены в расчетных и конструкторских отделах ОАО «АВТОВАЗ», ООО «Русак» группы компаний «КОМ», ООО «ПЕЛЕНГ», ООО «Чайка-НН», ЦБДДТЭ, НП «ИНСАТ», в учебном процессе кафедры «Автомобили и тракторы» НГТУ им. Р.Е. Алексеева. Разработанная методика и полученные результаты рекомендуются для дальнейшего практического использования на автомобильных предприятиях, фирмах, в органах по сертификации автотранспортных средств.

В заключение раздела приводятся обобщающие выводы по результатам расчетов.

3.3.1. Оценка несущей способности кабины грузового автомобиля

ГАЗ-53А в условиях опрокидывания через передний угол крыши

3.3.1 Л. Выбор конечно-элементной модели кабины

В соответствии с методикой разработки подробных конечно-элементных моделей (КЭМ) кузовных конструкций была создана расчетная модель кабины грузового автомобиля ГАЭ-53А. Данная кабина выбрана в качестве примера с учетом того, что на кафедре «Автомобили и тракторы» НГТУ им. Р.Е. Алексеева имеется богатый материал результатов экспериментальных исследований, проведенных ранее в лаборатории кафедры под руководством профессоров В.Б. Цимбалина и Л.Н. Орлова [126, 128, 129]. Поэтому имелась возможность проведения сравнительного анализа результатов расчетов и экспериментальных данных с целью обоснования правомерности выбора подробной конечно-элементной модели и достоверности расчетных результатов.

Предварительно по чертежам, технической документации, и натурному образцу была создана подробная компьютерная поверхностная модель (рис. 3.84).

Рис. 3.84. Геометрическая модель кабины ГА353А

Построенные поверхности геометрической модели были разбиты сеткой оболочечных конечных элементов, средний размер которых составил 7мм [109, 111]. Показанная на рис. 3.85 подробная КЭМ учитывает существующие места расположения сварных швов, выштамповки и отбортовки, сложный профиль силовых элементов каркаса кабины. Модель включает в себя 64623 оболочечных элементов типа SHELL, 1470 жестких одномерных элементов типа RIGID, имитирующих сварные соединения. Разработанная КЭМ не включает в себя двери, лобовое и заднее стекла. Обоснование правомерности выбранной модели, основанное на сравнительной оценке результатов экспериментальных и расчетных исследований деформируемости кабины в условиях статического нагружения приведено в гл. 4 настоящей диссертации.

Рис. 3.85. Подробная конечно-элементная модель кабины

3.3.1.2. Расчетная оценка несущей способности кабины на основе метода конечных элементов в условиях, имитирующих опрокидывание через передний левый угол крыши

В данном подразделе приводятся результаты компьютерного моделирования условий нагружения кабины в соответствии со шведской методикой испытания. Испытание по шведской методике предполагает удар маятником в передний угол крыши под углом 15° к продольной плоскости автомобиля (рис. 1.3, глава 1). Энергия удара должна составлять 3000 кГм. После проведения испытаний в кабине должно остаться необходимое остаточное жизненное пространство, в котором может быть размещено туловище манекена 50% репрезентативности.

На рис. 3.86. показаны деформированные виды кабины - до удара и в процессе удара, полученные при конечно-элементном анализе подробной модели. При этом расчетная модель кабины закреплялась в четырех зонах основания (в местах расположения кронштейнов крепления кабины к раме). Удар наносился абсолютно жестким маятником, масса и угловая скорость которого подбирались таким образом, чтобы его кинетическая энергия составляла регламентированное шведскими правилами значение 3000 кГм. t = 0,0c t = 0,2c t = 0,5c

Рис. 3.86. Деформированные виды кабины

Видно, что в момент времени t = 0,2с наблюдается проникновение маятника в регламентируемую зону безопасности (остаточное жизненное пространство). При этом туловище манекена в районе коленных суставов (рис. 3.87) начинает сдавливаться панелью приборов, а надоконный брус крыши кабины ударяет по голове манекена. В реальных условиях опрокидывания такое поведение

Проникновение поперечины крыши в голову менекена

Сдавливание коленей манекена панелью приборов силовых элементов кабины может привести к серьезным травмам водителя.

Поэтому, в рассматриваемых условиях нагружения, момент времени t = 0,2с может считаться критическим моментом потери несущей способности кабины, поскольку наблюдается превышение допустимых деформаций силовых элементов. К моменту времени t = 0,5с наблюдается полное разрушение каркаса кабины, сопровождающееся существенными продольными деформациями.

На рис. 3.88. показано напряженно-деформированное состояние кабины в момент времени t = 0,2с, а также представлены увеличенные изображения некоторых зон, в которых возникли наибольшие эквивалентные напряжения по критерию прочности Мизеса.

Необходимо отметить, что в зонах 1, 2 и 3 наблюдаются существенные пластические деформации, вызывающие искажение форм поперечных сечений соответствующих силовых элементов. Однако в зоне 4 форма поперечного сечения в основании задней вертикальной дверной стойки сохраняется в виду того, что в месте стыка стойки с основанием кабины расположен усилитель (рис. 3.89), повышающий жесткость соединения.

Рис. 3.87. Деформированный вид кабины в момент времени t = 0,2с

Распределение эквивалентных напряжений по критерию прочности Миэе>:а. МПа чвээ ■16S3 -ЦТ 2 ■116 2 -105 2 1

631 ■42 1

-it О '0 0

Зона 1

Зона 3

Зона 2

Зона 5

Зона 4

Рис. 3.88. Распределение эквивалентных напряжений по критерию прочности Мизеса (МПа) и расположение мест больших пластических деформаций

Усилитель задней стоики дверного проема ^ \ X

-о .

Рис. 3.89. Характер деформаций в зоне расположения усилителя задней дверной стойки

Основание лобовой стоики Следует также отметить, что в зоне 5 сохраняется угол между лобовой и петельной стойками (рис. 3.90), т.е. излома лобовой стойки не наблюдается, что обусловлено относительно развитым поперечным сечением у основания стойки. Таким образом, разрушение кабины происходит за счет появления пластических шарниров в зонах 1, 2, 3 и 4.

На рис. 3.91 показан график изменения энергии удара. Видно, что за время удара t =0,5с энергия удара уменьшилась на 25%. Следовательно, энергоемкости кабины не достаточно для поглощения всей энергии удара. На рис. 3.92 показан график изменения угла поворота маятника относительно оси вращения. На рис. 3.93 приведен график изменения реакции маятника (разрушающей нагрузки), где отмечено среднее значение разрушающей нагрузки- за время удара t = 0,2с - Ррсро,2 = 6,6 кН; за время удара t = 0,5с - Ррсро,5 = 7,3 кН;

Из графика на рис. 3.92 видно, что за время t = 0.2с маятник повернулся на угол а = 6,5°, следовательно, продольное перемещение маятника S (рис. 3.94а) составило:

S = 4500-sin а = 510 мм На рис. 3.946 показан график изменения разрушающей нагрузки Рр в зависимости от продольного линейного перемещения центра маятника.

Очевидно, что площадь под графиком Рр = O(S) представляет собой энергоемкость кабины. Математическая обработка графика показала, что энергоемкость кабины при продолыюм перемещении центра маятника на 510 мм составила: Esio = 3366 кН-мм (336,6кГм).

При этом видно, что полученное значение Е-,ю меньше регламентируемой энергии удара ЕуД = 3000 кГм больее, чем на 85%. Это свидетельствует о недостаточной несущей способности кабины с точки зрения восприятия ударной нагрузки и энергии, регламентированной шведскими требованиями пассивной безопасности.

Рис. 3.90. Характер деформаций кабины в зоне лобовой стойки

Рис. 3.91. График изменения энергии удара

Рис. 3.92. График изменения угла поворота маятника к Разрушающая нагрузка, кН

Л/

Рр =7.3кН

Рр =6,6кН

СР 0.2

Время удара, с -и

0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 35 0.4 0.45 0.5

Рис. 3.93. График изменения разрушающей нагрузки за время удара

Разрушающая нагрузьа, кН

400 450 500 550 Перемещение центра маятника в продольном направлении, мм а) б)

Рис. 3.94. Схема и график для определения энергоемкости кабины а) схема перемещения маятника за время удара t = 0,2с; б) график изменения разрушающей нагрузки в зависимости от продольного перемещения центра маятника

Можно определить соответствующее эквивалентное значение разрушающей нагрузки

510

JPP(S) с pp5i0= °

510 6,6 КН .

510 510

Полученное значение разрушающей нагрузки Рр будет использовано для сравнительного анализа результатов расчетов методом конечных элементов и инженерным (кинематическим) методом.

1. Агапов, В.П. Реализация статических и динамических расчетов конструкций в вычислительном комплексе ПРИНС. // Восьмая международная научн.-техн. конф. по динамике и прочности автомобиля: Тез. докл. М., 2000. - С. 43.

2. Агапов, В.П. Учет пластических деформаций при статическом расчете стержневых систем методом конечных элементов / В.П. Агапов, Д.В. Краснов // Автотракторостроение. Промышленность и высшая школа: Тез. докл. междун. научн. симпозиума:

3. МГТУ. МАМИ. М., 1999. - С. 43.

4. Аргирос, Дж Современные методы расчета статически неопределимых систем / Дж. Аргирос. JL: Судпромиздат, 1961. - 253 с.

5. Атоян, К.М. Повышение долговечности кузовов автобусов / К.М. Атоян — Автореферат дисс. на соискание ученой степени д.т.н. — М., МАДИ, 1982. 42 с.

6. Афанасьев, Б.А. Проектирование полноприводных колесных машин / Б.А. Афанасьев, Б.Н. Белоусов, Л.Ф. Жеглов и др. под общ. ред. А.А. Полунгяна. М.:

7. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 640 с.

8. Афанасьев, JI.JI Конструктивная безопасность автомобиля / Л.Л. Афанасьев, А.Б. Дьяков,

9. B.А. Илларионов М.: Машиностроение, 1983. —212 с.

10. Багнчев, С.А. Оценка прочности и несущей способности секции кузова микроавтобуса /

11. C.А. Багичев, В.А. Громов, А.В. Тумасов, Л.Н. Орлов // Тезисы докладов IV Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» /

12. НГТУ. Н.Новгород, 2005. - С. 137 - 138.

13. Багров, Г.М.Взаимосвязь жесткости и прочности силовых элементов кузова / Г.М. Багров, М.Б. Школьников //«Автомобильная промышленность». 1970, №12.

14. Бате, К. Численные методы анализа и метод конечных элементов / К. Бате, Е. Вилсон / Пер. с англ. А.С. Алексеева и др.; под ред. А.Ф. Смирнова. М.: Стройиздат, 1982.-488 с.

15. Белокуров, В.Н. Оценка параметров угловой поперечной жесткости рамных несущих конструкций грузовых автомобилей // Динамика и прочность автомобиля: Тез. докл. на 8-й междунар. науч.-техн. конф. М., Инмаш РАН, 2000. - С. 18.

16. Бочаров, Н.Ф. Расчет автомобильных рам на прочность. Автомобиль / Н.Ф. Бочаров — М.: Машгиз, 1955 (МВТУ, кн. 61).

17. Воронцова, Н.И. Расчет кузова большого городского автобуса на изгиб и кручение / Н.И. Воронцова, А.А. Круглов, Ю.А. Сарычев, В.А. Колтунов М.: Труды НАМИ, 1986.

18. Гельфгат, Д. Б. Прочность автомобильных кузовов / Д.Б. Гельфгат. М.: «Машиностроение», 1972— 144 с.

19. Городецкий, А.С. Метод конечных элементов в проектировании транспортных сооружений /А.С. Городецкий, В.И. Зоворицкий, А. И. Лантух-Ященко, А.О. Рассказов.

20. М.: Транспорт; 1981 143 с.

21. ГОСТ Р 41.29-99 (Правила ЕЭК ООН № 29) Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении защиты лиц, находящихся в кабине грузового транспортного средства. М., ИПК Издательство стандартов, 2000 — 23с.

22. Григолюк, Э.И. Нормирование прочности несущих систем автобусов / Э.И. Григолюк, Е.А. Коган, Н.А. Кулаков — М.: Моск. гос. акад. автом. и тракт, маш-я. 1994. 132 с.

23. Дарков А.В. Строительная механика: учебник для ВУЗов / А.В. Дарков, Г.К. Клейн, В.И. Кузнецов и др. М.: Высш. школа, 1976. - 600 с.

24. Долматовский, Ю.А. Основы конструирования автомобильных кузовов / Ю.А. Долматовский. М.: Машгиз, 1962.-319 с.

25. Дюбуа, П.Б. Расчет стойкости к ударным нагрузкам с помощью программы LS-DYNA /

26. П.Б. Дюбуа., пер. Б.Г. Рубцова. — материалы учебного семинара пользователей LS-DYNA // Снежинск, 2002г.

27. Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич / Пер. с англ.; Под ред. Б.Е. Победри. -М.: Мир, 1975. 541 с.

28. Злоторевский, B.C. Механические свойства металлов / B.C. Злоторевский М.: Металлургия, 1983. - 352 с.

29. Зузов, В.Н. Исследование напряженно-деформированного состояния кузова автобуса применительно к системе автоматизированного проектирования несущих систем автомобилей / В.Н. Зузов — Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. М., 1980.

30. Зузов, В.Н. Проблемы исследования пассивной безопасности кабин на стадии проектирования /

31. B.Н. Зузов, И.В. Маркин // Безопасность конструкции автотранспортных средств: Стендовый докл. на XXX межд. науч. техн. конф. Дмитров, 2000.

32. Зузов, В.Н. Разработка методов создания несущих систем колесных машин с оптимальными параметрами / В.Н. Зузов — Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. М., 2002.

33. Зыков, С.Н. Разработка методик прочностного анализа при создании новых и модернизации выпускаемых кузовов легкового и малотоннажного грузового автомобилей / С.Н. Зыков — Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., Ижевск., 2006.

34. Иванов, В.Н. Пассивная безопасность автомобиля / В.Н. Иванов, В.А. Лялин М.: Транспорт, 1979. 304 с.

35. Измерение механических величин с помощью резистивных преобразователей: метод, разработка. НГТУ; сост: С.М. Огороднов, С.М. Кудрявцев, А.В. Тумасов — Н.Новгород, 2007г. 18с.

36. Кац, А.М. Автомобильные кузова / A.M. Кац М.: Транспорт, 1972. - 296 с.

37. Князьков, В.В. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. пособ. / В.В. Князьков; НГТУ, Н.Новогород, 2004 177 с.

38. Конечно-элементное моделирование и расчет сварных соединений: метод, разработка. / НГТУ; сост: В.В. Князьков, А.В. Тумасов Н.Новгород, 2006 г. - 21с.

39. Корзинов, Н.В. Несбывшаяся мечта Белы Барени / Н.В. Корзинов // Авторевю. 2002. - №16 (217). - С.72 - 74.

40. Корсаков, В. Энергия удара, или что такое пассивная безопасность (MA3-534005) / В. Корсаков,

41. C. Минюкович, М. Лыюров //«Основные Средства» №9. 2004 г.

42. Коршаков, И.К. Натурное исследование столкновений легковых автомобилей / И.К. Коршаков, Ю.С. Сидоров: «Конструкция автомобилей», НИИНавтопром. М., 1973, вып. 10.

43. Коршаков, И.К. Пространство выживания при встречных соударениях автомобилей / И.К. Коршаков // Организация автомобильных перевозок и безопасность движения. Сб. науч. тр. М.: МАДИ, 1972. Вып. 43. - С. 53-55.

44. Н. Новгород, НГТУ, 1997. С. 246-249.

45. Кочанов, Е.В. Оценка прочности и безопасности кузова при проектировании, доводке и сертификации автобусов / Е.В. Кочанов, А.Л. Орлов, Л.Н. Орлов // 8-я межд. иаучн.-техн. конф. по динамике и прочности автомобиля: Тез. докл. М., 2000. - С. 49-51.

46. Кравец В.Н. Законодательные и потребительские требования к автомобилям. Учеб. пособие /

47. B.Н. Кравец, Е.В. Горынин // НГТУ.- Н. Новгород, 2000.- 400с.

48. Кудрявцев, С.М. Исследование кузова легкового автомобиля. Теоретические расчеты и эксперименты на стендах / С.М. Кудрявцев // Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., Горький, 1970.

49. Кудрявцев, С.М. Расчетный метод оценки безопасности кузовов и кабин автомобилей /

50. C.М. Кудрявцев, В.А. Колтунов, J1.H. Орлов и др. // Пути повышения безопасности дорожного движения. Ташкент, 1986.

51. Тольятти, ТГУ, 2005. С. 78-81.

52. Малышев, Г.А. Увеличение долговечности автомобильных кузовов / Г.А. Малышев. — М.: Машиностроение, 1965.-218 с.

53. Мешалов, М.В. Применение MSC.Nastran для анализа прочности передней части автомобиля «Соболь» с новым оперением / М.В. Мешалов // 4-я конференция пользователей программных продуктов корпорации MSC.Software (Москва, октябрь 2001 г.).

54. Никульников, Э.Н. Кузова автобусов. Расчетно-экспериментальный методы оценки пассивной безопасности / Э.Н. Никульников, Ю.Ф. Благодарный, Б.Ю. Калмыков // «Автомобильная промышленность», 2000, №9. — С. 35 26.

55. Норри, Д Введение в метод конечных элементов / Д. Норри, Ж. де Фриз // Пер. с англ. М.: Мир, 1981.-304 с.

56. Оден, Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошной среды / Дж. Оден М.: Мир, 1976. - 464 с.

57. Орлов, A.JI. Разработка методики расчета и оценка безопасности кузовов автобусов в условиях опрокидывания / A.J1. Орлов Диссертация на соискание ученой степени к.т.н.1. Н. Новгород, 2000.

58. Орлов, JI.H. Комплексная оценка безопасности и несущей способности кабин, кузовов автомобилей, автобусов / JT.H. Орлов Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. Н.Новгород, 2005. - 242 с.

59. Орлов, JI.H. Исследование основных характеристик безопасности кузовных конструкций автомобилей/JI.H. Орлов Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Горький, 1974.-242 с.

60. Орлов, Л.Н. Оценка пассивной безопасности, прочности кузовных конструкций автомобилей и автобусов: монография / Л.Н. Орлов // НГТУ.- Н. Новгород, 2005 г. 230 с.

61. Орлов, JI.H. Пассивная безопасность и прочность кузовов, кабин, автотранспортных средств. Методы расчета и оценки: учеб. пособ. / Л.Н. Орлов // НГТУ.- Н. Новгород, 2005 г. 230 с.

62. Н. Новгород, НГТУ, 1997. С. 230-238.

63. Орлов, Л.Н. Повышение безопасности кузовов и кабин при проектировании и доводке автомобилей и автобусов / J1.H. Орлов, С.М. Кудрявцев II Безопасность движения: Тез. докл. научн. конф. Таллин, 1990.-е. 172-173.

64. Орлов, JI.H. Расчет кабины грузового автомобиля на безопасность / J1.H. Орлов // Активная и пассивная безопасность автомобиля: Межвуз. сб. М: МАМИ, 1985. — С. 192-197.

65. Орлов, Л.Н. Расчет кузова легкового автомобиля на безопасность / Орлов JI.H. // Известия вузов. М.: Машиностроение, 1987. №5. - С. 53-57.

66. Орлов, Л.Н. Расчет кузовных конструкций на безопасность / J1.H. Орлов — Межвузовский сборник по безопасности: Тр. МАМИ. М., 1977 г. - 7 с.

67. Орлов, Л.Н. Отчет по научно исследовательской работе «Анализ прочности и несущей способности кузова автобуса» (промежуточный отчет по х/д 86/007) // Л.Н. Орлов и др. / ГПИ им.

68. A.А. Жданова. Горький. 1987.

69. Орлов, Л.Н. Реферат «Расчетно-экспсриментальный метод оценки пассивной безопасности автобусов» // Л.Н. Орлов и др. / ГПИ им. А.А. Жданова. Горький. 1987.

70. Осепчугов, В.В. Автобусы / В.В. Осепчугов. — М.: Машиностроение, 1971. — 312с.

71. Основы расчета кузовных конструкций с применением программного комплекса MSC.NASTRAN: метод, разработка. / НГТУ; сост: Л.Н. Орлов, Е.В, Кочанов, А.В. Тумасов, Е.А. Наумов Н.Новгород, 2008г. - 16с.

72. ОСТ 37.001.439-86 Автомобили легковые. Технические требования и методы испытаний в части ударно-прочностных свойств кузова при опрокидывании. М., 1987 — 6 с.

73. ОСТ 37.001.444-86 Автомобили легковые. Ударно-прочностные свойства кузовов с открывающимся или съемным верхом (крышей) при опрокидывании. М., 1987 — 6 с.

74. Островцев, А.Н. Основы проектирования автомобилей / А.Н. Островцев. М.: Машиностроение, 1968.-204с.

75. Отмахов, В.И. Оптимизация толщин панелей кузова легкового автомобиля с применением MSC.Nastran / В.И. Отмахов // 6-я конференция пользователей программных продуктов корпорации MSC.Software (Москва, октябрь 2003 г.).

76. Павловский, Я Автомобильные кузова / Я. Павловский, пер. с польс. М.: Машиностроение, 1977.- 544 с.

77. Партон, В.З. Механика упруго-пластического разрушения / В.З. Партон, Е.М. Морозов — М.: Наука, 1974.-416 с.

78. Песков, В.И. Исследование нагрузочных режимов кузовов легковых автомобилей и надежности кузовных конструкций / В.И. Песков — Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., Горький, 1970.

79. Проскуряков, В.Б. Динамика и прочность рам и корпусов транспортных машин /

80. B.Б. Проскуряков Л., «Машиностроение», 1972.

81. Ржаницын, А.Р. Строительная механика: Учеб. пособие для ВУЗов / А.Р. Ржаницын М.: Высш. школа, 1982. - 400 с.

82. Рогов, В.А. Методика и практика технических экспериментов: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / В.А. Рогов, Г.Г. Позняк. М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 288с.

83. Рычков, С.П. MSC.NASTRAN for Windows / С.П. Рынков М.: НТ Пресс, 2004. - 552 с.

84. Рябчипский, А.И. Исследование пассивной безопасности кабин грузовых автомобилей / А.И. Рябчинский, В.В. Фролов // Автомобильная промышленность / М., 1977, №3, С. 25-28.

85. Рябчинский, А.И. Механизм травмирования человека в автомобиле и биомеханика дорожно-транспортных происшествий / А.И. Рябчинский Таллин: Валгус, 1979. - 126 с.

86. Рябчинский, А.И. Пассивная безопасность автомобиля / А.И. Рябчинский М.: Машиностроение, 1983.— 145 с.

87. Рябчинский, А.И. Регламентация активной и пассивной безопасности автотранспортных средств: учеб. пособ. для студ. высш. уч. заведений / А.И. Рябчинский, Б.В. Кисуленко, Т.Э. Морозова. М.: Изд. центр «Академия», 2006 - 432 с.

88. Рябчинский, А.И. Ударно-прочностные качества кабины и пассивная безопасность грузовых автомобилей / А.И. Рябчинский, В.В. Фролов-М.: НИИНавтопром , 1974.- 125 с.

89. Сабоннадьер, Ж.-К. Метод конечных элементов и САПР / Ж.-К. Сабоннадьер, Ж.-Л. Кулон // Пер. с франц. М.: Мир, 1989. - 190с.

90. Сегерлинд, JI. Применение метода конечных элементов / J1. Сегерлинд. М.: Мир, 1979. — 392с.

91. Сергиевский, С.А. Компьютерное моделирование и оптимизация конструкции легкового автомобиля с целью повышения его пассивной безопасности / С.А. Сергиевский, А.В. Сидорин // Международный научный симпозиум: Тез. докл. секции «Автомобили», 4.1. М.,

92. МГТУ «МАМИ» 29-30 сентября, 1999. С.52 - 53.

93. Смирнов, А.Ф. Строительная механика. Стержневые системы: Учебник для вузов / А.Ф. Смирнов, Б.Я. Лащеников, Н.Н. Шапошников; под. ред. А.Ф. Смирнова. -М.: Стройиздат, 1981. 512 с.

94. Соловьев, Д.В. Разработка и реализация методики расчета параметров сечений элементов несущей системы автобуса / Д.В. Соловьев Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., Н.Новгород, 2001.

95. Тессейр Е. Кузова большегрузных автомобилей / Е. Тессейр. М.: Машиностроение, 1979. — 232 с.

96. Трудоношин, В.А. Системы автоматизированного проектирования: В 9-ти кн. Кн. 4. Математические модели технических объектов: Учеб. пособие для втузов/ В.А. Трудоношин, Н.В. Пивоварова; Под ред. И.П. Норенкова. М.: Высш. шк., 1986.- 160 с.

97. Тумасов, А.В. Расчетно-экспериментальная оценка несущей способности кабины грузового автомобиля в условиях опрокидывания / А.В. Тумасов, С.А. Багичев, Л.Н. Орлов // Известия вузов. Машиностроение. МГТУ им. Н.Э. Баумана, М. 2008 №4, - С. 41-44.

98. Тумасов, А.В. Оценка прочности и несущей способности крыши кузова автобуса / М.А. Егоров, Л.Н. Орлов // Тезисы докладов IV Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» / НГТУ. Н.Новгород, 2005. - С. 140.

99. Тумасов, А.В. Применение систем конечно-элементного анализа в учебном процессе /

100. A.В. Тумасов, В.В. Князьков // Научно-технический и производственный журнал «Вестник компьютерных и информационных технологий». М., 2005. - С.38 - 41.

101. Тумасов, А.В. Конечно-элементное моделирование и расчет сварных соединений / А.В. Тумасов,

102. B.В. Князьков// Тезисы докладов V Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» / НГТУ.- Н.Новгород, 2006. С. 20 - 22.

103. Москва Н.Новгород: НГТУ, 2008. - С. 123 - 131.

104. Фентон, Дж. Несущий каркас кузова автомобиля и его расчет / Дж. Фентон, пер. с англ. М.: Машиностроение, 1984.-200 с.

105. Фотин, Р.К. Методы экспериментального исследования и оценки безопасности легковых автомобилей при фронтальном столкновении / Р.К. Фотин / Дис.к.т.н. — М.: МАДИ, 1976.

106. Фурунжиев, Р.И. САПР, или как ЭВМ помогает конструктору / Р.И. Фурунжиев, В.А. Гугля. Минск, «Вышейшая школа», 1987. 204 с.

107. Цнмбалин, В.Б. Испытания автомобилей / В.Б. Цимбалин, И.Н. Успенский, В.Н. Кравец и др. М.: Машиностроение, 1978. 199 с.

108. Цимбалин, В.Б. Исследование жесткости кузовных конструкций / В.Б. Цимбалин, JT.H. Орлов, А.И. Сандлер-Труды ГПИ, 1973, т. XXIX, вып. 10.

109. Цимбалин, В.Б. К расчету кузова автобуса и кабины грузового автомобиля на кручение/ В.Б. Цимбалин, В.И. Песков, В.А. Колтунов /М., ОНТИ НАМИ, 1970.

110. Цимбалин, В.Б. Методика статических испытаний кабины на безопасность при опрокидывании грузового автомобиля / В.Б. Цимбалин, JT.H. Орлов. А.И. Мешков и др.

111. Труды ГПИ, 1974, т. XXX, вып. 7.

112. Цимбалин, В.Б. Исследование жесткости кузова легкового автомобиля: отчет по научно-исследовательской работе / В.Б. Цимбалин, JT.H. Орлов, С.М. Кудрявцев / ГПИ им. А.А. Жданова, г. Горький, 1972 г. 55 с.

113. Цимбалин, В.Б. Отчет по научно-исследовательской работе «Исследование деформируемости кабины при нагружении, имитирующем опрокидывание автомобиля» / В.Б. Цимбалин, J1.H. Орлов, С.М. Кудрявцев, В.И. Песков // ГПИ им. А.А. Жданова. — Горький, 1975.

114. Цон, Г.М. Автоматизация построения сварных точек кузова автомобиля в конечно-элементной модели / Г.М. Цой, В.И. Отмахов // 4-я конференция пользователей программных продуктов корпорации MSC.Software (Москва, октябрь 2001 г.).

115. Шашкова, Ю.В. Использование MSC.Marc в решении задач проектирования узлов автомобиля / Ю.В. Шашкова, В.Е. Круголапов, И.Н. Новиков // 6-я конференция пользователей программных продуктов корпорации MSC.Software (Москва, октябрь 2003 г.)

116. Шимкович, Д.Г. Расчет конструкций в MSC/NASTRAN for Windows / Д.Г. Шнмкович М.: ДМК Пресс, 2003. - 448 с.

117. Школьников, М.Б. Исследования по строительной механике автомобиля / М.Б. Школьников -Диссертация на соискание ученой степени д.т.н., М., 1973.

118. Шпур, Г. Автоматизированное проектирование в машиностроении / Г. Шпур, Ф.-JI. Краузе / Пер. с нем. Г.Д. Волковой и др.; Под ред.Ю.М. Соломенцева, В.П. Диденко. М.: Машиностроение, 1988.- 648 с.

119. Штробель, В. Современный автомобильный кузов / В. Штробель, пер. с нем. — М.: Машиностроение, 1984. 264 с.

120. Belytschko, Т Solution Methods and Stability / Ted Belytschko and Brian Moran // USA, Northwestern University, 1998. 80p.

121. Biswanath N., Dinesh J. Prediction of Seat Deformation in Rear Crash Using LS-DYNA / 8th International LS-DYNA Users Conference- Dearborn, Michigan, 2004.

122. Controlling deceleration during a crash Automotive Engineering International. June 2000, № 6, pp. 25 - 26.

123. Dellis E.A. Evolutions in safety Automotive Manufacturing International. October 1998, № 10, p. 62.

124. Eric A. N., Li Hong Curved Barrier Impact of a NASCAR Series Stock Car Bolsters / 8th International LS-DYNA Users Conference- Dearborn, Michigan, 2004.

125. G.S. Choi, H.K. Min Vehicle Dynamic Simulation Using A Non-Linear Finite Element Simulation Program (LS-DYNA) / 6th International LS-DYNA Users Conference Dearborn, Michigan, 2000.

126. Gadola, M. Sports Racing Car Torsion Stiffness MSC Thesis, Cranfield Institute of Technology, 1992.

127. Gustavo A.A., Matthew H.K. Parametric finite element model of a sport utility vehicle development and validation / 7th International LS-DYNA Users Conference- Dearborn, Michigan, 2002.

128. Hassan J., Ding K., Nusholtz G. Interpretation of Deformation Pattern in Automotive Rails in Frontal Impact / 7th International LS-DYNA Users Conference- Dearborn, Michigan, 2002.

129. Jack Yamaguchi Motorcycle incorporate airbag system Automotive Engineering International. June 2000, № 6, p. 46.

130. Jean L. Broge Heavy-duty truck safety systems Automotive Engineering International. May 2000, № 5, pp. 101-105.

131. Jean L. Broge SUV rollover protection Automotive Engineering International. October 2000, № 10, p. 62.

132. Kami Buchholz Plastics in automotive safety systems Automotive Engineering International. April 2000, № 4, pp. 58 - 59.

133. New manufacturing and design solutions Automotive Engineering International. April 2000, № 4, pp. 74 - 79.

134. NiII N., Nakagawa K. Collision analysis of heavy-duty vehicles in Isuzu // РАМ 97 Proceedings: ESI Group. Design 4 Occupant Safety. - 1997. - С. 1 - 32.

135. Sclrweizerhof K., Walz M., Rust W. Quasi-static Structural Analysis with LS-DYNA- Merits and Limits / 2nd European LSDYNA Users Conference, Gothenburg, Sweden. 1999.

136. Wanke, T.R. Finite Element Analysis of the Torsional Stiffness of a Sports Racing Car Chassis, MSc Thesis, Craneld University, 1994.

137. Yim H.J., Lee S.B. Design Optimization of the Pillar Joint Structure Using Equivalent Beam Modeling Technique. SAE Transaction, 1997, S. 6, p. 2, vol. 106.

138. Zane Z. Yang An Evaluation of Active Knee Bolsters / 8th International LS-DYNA Users Conference-Dearborn, Michigan, 2004.

139. A.c. №317948 СССР. M. Кл. G 01m 17/06. Стенд для испытания на жесткость кузовных конструкций / В.Б. Цимбалин, А.И. Сандлер, Л.Н. Орлов. №1407473/27-11; заявл. 23.11.70; опубл. 19.10.71. Бюл.№31.С.7-9.