НТУ “ХПІ”Кафедра ТММ і САПР

Дослідження просторової рами пасажирського автобуса при критичному

навантаженні

Виконала: ст. гр. ТМ-88-бс Бондаренко М. О.

Керівник: доцент Грабовський А. В.

Харьков 2014

2

Актуальність роботиПасивна безпека – главна

вимога до транспортного засобу.

Безпечність дорожного руху має господарське, але в першу чергу народне значення.

3

Постановка задачі

• Виконати дослідження НДС кузова автобуса в умовах моделювання тестового випробування на міцність.

• Для розв’язання використати метод скінченних елементів.

• Базові програмні продукти SolidWorks 2008, ANSYS Workbench 14.5

4

Теоретичні відомостіпро проведення оцінки міцності верхньої

частини каркаса кузова автобуса

• Квазістатичний тест на зминання даху відповідно вимогам стандарту FMVSS No.220 (Federal Motor Vehicle Safety Standard) 

• Динамічний тест на перекидання, регламентованный правилами ЕЭК ООН № 66

5

Теоретичні відомостіМетод скінченних элементів (МСЕ)

Рисунок 1 – Побудова дискретної моделі за допомогою МСЕ

• Розрахункове рівняння МСЕ для статичних задач має вигляд:

• [K]{u} = {Р}, • де [K] – загальна матриця жорсткості СЕ моделі;

{Р} – загальний вектор заданих зовнішніх вузлових сил; • {u} – загальний вектор вузлових переміщень.

(1)

6

Вихідні данні

1. Технічні характеристики автобуса:• Довжина / ширина / висота, мм : 7900/2400/2995.• Кількість / ширина дверей: 2/825.• Загальне число місць (в т.ч. посадочних): 52 (29).• Маса споряджена, повна, кг: 6400/10500.• Ємність паливного бака, л: 105.• Силовой агрегат• Двигун (тип): ММЗ-245.9 • Робочий об'єм (л): 4,75. • Розміщення: заднє поздовжнє.

2. Характеристики матеріалу: коефіцієнт Пуассона - 0,3; модуль пружності – 200 ГПа; коефіцієнт тертя (сталь-сталь) – 0,15; густина - 7850 кг/м.

7

Структура досліджень

[K]{u} = {Р}

Числовий аналіз з врахуванням геометричної, фізичної та структурної нелінійностей

8

Побудова геометричної моделі (SW)

Автобусна конструкція складається з 3х сортаментів стрижнів розмірами 50х30х4 мм, 40х30х3 мм, 30х30х2 мм, 100х50х10 мм.

Рисунок 2 – Поверхнева модель каркасу кузова автобуса

9

Побудова розрахункової моделіСкінченно-елементна сітка

Рисунок 3 – Скінченно-елементна модель

Тип елементів: shell181;

Кількість елементів: 156 тис.

Кількість вузлів: 154 тис.

10

Побудова розрахункової моделі

• Указане в стандарті навантаження (F=64001,59,8≈96000 H) реалізується прикладенням переміщень вертикально вниз (рис.4). Статична визначеність конструкції досягнута жорстким защемленням нижньої частини рами.

Рисунок 5 – Граничні умови

Рисунок 4 – Навантаження конструкції

11

Аналіз результатів

Рисунок 8 – Графік напружень, ПаРисунок 6 – Графік переміщень, м

12

Аналіз результатів

Рисунок 7 – Переміщення в кінці розрахунку, м

13

Аналіз результатів

Рисунок 9 – Епюра розподілу напружень в кінці розрахунку, Па

14

Аналіз результатів

Рисунок 10 – Реакції в опорі, Н

15

Розробка покращеної конструкції каркаса

Рисунок 11- Спрощена розрахункова модель

16

Розрахунок спрощеної моделі

Рисунок 12 - Переміщення, м

Рисунок 13 – Графік напружень, Па

17

Розрахунок спрощеної моделі

Рисунок 14 – Реакції в опорі, Н

18

Підсилення даху автобуса. Підбір перетинів труб

Додаткові спрощення для швидкості аналізу ряду варіантів підсилення конструкції:

• не враховувати нелінійність матеріалу;

• діюча сила - F=10 кH (обмеження ті ж самі).

19

Підсилення даху автобуса. Підбір перетинів труб

• 1-ий етап: змінено сортамент поперечних стрижнів даху з 30х30х2 мм на 40х30х3 мм.

• 2-ий етап: між поперечинами даху було введено додаткові стрижні з перетином 30х30х2 мм.

• 3-ій етап: запропоновано збільшити товщину стінок труб даху на 0,5 мм.

Вихідна модель

1 етап 2 етап 3 етап

Максимальні переміщення, мм

11,3 8,5 7,2 6,6

Максимальні напруження, МПа

156 108 85,5 81,8

Таблиця 1 – Підсилення конструкції

20

Оцінка міцності підсиленої конструкції

Рисунок 16 – Епюра розподілу переміщень, дах підсиленого каркаса, м

Рисунок 17 – Епюра розподілу напружень, дах підсиленого каркаса, Па

21

Оцінка міцності підсиленої конструкції

Рисунок 18 – Реакція в опорі

22

Экономічна частинаТаблиця 2 - Витрати на НДР

№ п/п Найменування статті витрат Сума, грн

1 Вартість матеріалів та напівфабрикатів 103,00

2 Транспортно-заготівельні витрати 15,45

3 Основна заробітна плата 7840,00

4 Додаткова заробітна плата 1176,00

5 Відрахування на соціальні заходи 3381,50

6 Амортизація 1741,40

7 Загальновиробничі витрати 2352,00

8 Виробнича собівартість 16608,85

9 Адміністративні витрати 1568,00

10 Прибуток 1817,69

11 Повна собівартість 19994,54

23

Охорона праці та навколишнього середовищаТаблиця 3 – Небезпечні та шкідливі виробничіфактори

Найменування фактора Джерела виникнення

Мікроклімат в приміщенні Незадовільна система природної та штучної вентиляції та опалення, підвищена чи знижена температура повітря робочої зони, підвищена

вологість, рухомість повітря

Підвищена яскравість Екран монітора комп’ютера

Пониженная контрастность Екран монітора комп’ютера

Пульсація сіткового потоку Лампи денного освітлення та екран монітора

Висока електрична напруга Сітка живлення ЕОМ

Підвищений рівень шуму Пристрій охолодження комп’ютера, допоміжне обладнання

Психофізіологічні фактори Перенапруженння зору, монотонність праці

24

Цивільний захистЦивільний захист – це функція держави, спрямована на захист

населення, територій, навколишнього природного середовища та майна від надзвичайних ситуацій шляхом запобігання таким ситуаціям, ліквідації їх наслідків і надання допомоги постраждалим у мирний час та в особливий період.

Надзвичайні ситуації техногенного характеру — транспортні аварії (катастрофи), пожежі, неспровоковані вибухи чи загрози, аварії з викидом (загрозою викиду) небезпечних хімічних, радіоактивних біологічних речовин, раптове руйнування споруд та будівель, аварії на інженерних мережах і спорудах життєзабезпечення, гідродинамічні аварії на греблях, дамбах тощо.

Ліквідацією наслідків надзвичайних ситуацій (проведення комплексу заходів, які включають в себе аварійно-рятувальні й інші невідкладні роботи, спрямовані на припинення дії шкідливих факторів, рятування життів людей) реалізується центральними й місцевими органами виконавчої влади, органами управління ЦО виробництв, закладів, організацій.

25

Висновки

• Із застосуванням метода скінченних елементів було досліджено НДС каркасу кузова автобуса при критичному навантаженні, а саме в умовах випробування його на міцність відповідно до вимог стандарту FMVSS 220.

• Отримані в ході виконання даної роботи результати представлені та проілюстровані вище. Після їх аналізу можна зробити наступні висновки:

1. Отримані результати дають уявлення про характер деформацій каркасу автобуса в процесі випробувань.

2. Вихідна конструкція каркаса автобуса не відповідає вимогам стандарту FMVSS 220.

3. Запропоновано варіант підсилення каркаса автобуса.• Проведені розрахунки необхідні для проведення на їх основі

подальших досліджень.