namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»10.51187/0135-3152-2023-1-46-55nami-266Research ArticleАВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕAUTOMOBILE DEVELOPMENTИсследование остаточного напряжённо-деформированного состояния несущей системы минипогрузчика при многократном нагружении по требованиям стандарта безопасности ROPSStudy of residual stress-strain behavior of a load-bearing system of a skid-steer loader under multiple loads according to the ROPS safety standardЧетвериковМ. В.ChetverikovM. V.

Четвериков Михаил Викторович – студент

г. Москва 105005

Chetverikov M.V. – student

Moscow 105005

mihchet@gmail.comГончаровР. Б.GoncharovR. B.

Гончаров Роман Борисович – канд. техн. наук

г. Москва 105005

Goncharov R.B. – PhD (Eng).

Moscow 105005

БутаровичД. О.ButarovichD. O.

Бутарович Дмитрий Олегович – канд. техн. наук

г. Москва 105005

Butarovich D.O. – PhD (Eng).

Moscow 105005

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»РоссияBauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation202307042023014655Copyright © Четвериков М.В., Гончаров Р.Б., Бутарович Д.О., 20232023Четвериков М.В., Гончаров Р.Б., Бутарович Д.О.Chetverikov M.V., Goncharov R.B., Butarovich D.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nami.elpub.ru/jour/article/view/266

Введение (постановка задачи и актуальность). Обеспечение безопасности дорожных машин является актуальной задачей. В частности, она применима к дорожно-строительной технике. В статье представлен алгоритм, позволяющий получить наиболее точные результаты расчётов по методике, описанной в ГОСТ Р ИСО 3471 (ROPS): испытания землеройных машин на безопасность при опрокидывании.Цель работы заключается в исследовании напряжённо-деформированного состояния (НДС) конструкции коммунальной платформы, учитывающего остаточные напряжения, деформации и релаксацию конструкции при многократном нагружении в соответствии с требованиями по безопасности при опрокидывании землеройных машин.Методология и методы. В статье представлена модель кабины минипогрузчика для проведения прочностного расчёта, созданная в программе конечно-элементного анализа. Сравнительная оценка проведена на основании результатов натурного эксперимента, проведённого на реальной конструкции и виртуального моделирования. Объектом исследования является кабина минипогрузчика. Предметом исследования являются методы проектирования силовых конструкций транспортных средств и их использование с учётом условий эксплуатации.Результаты и научная новизна. Создан алгоритм, учитывающий влияние остаточных напряжений, деформаций и релаксацию конструкции для последующих нагружений, который позволяет снизить погрешность расчёта по перемещениям для коммунальной платформы с 84,5 до 4,5%. Достигнутая внутренняя энергия при вертикальном нагружении на 426% больше, а для случая продольного нагружения на 14,6% больше, чем для варианта, не учитывающего остаточные напряжения и деформации.Практическая значимость. Предлагаемый алгоритм позволяет учесть требования стандарта ГОСТ Р ИСО 3471 в части недопущения приведения в порядок или ремонта конструкции между нагружениями, что является фактическим эксплуатационным режимом.

Introduction (problem statement and relevance). Ensuring safety of road vehicles is a relevant problem. It is particularly applicable to the road construction machinery. The paper presents an algorithm that allows obtaining the most accurate results of calculations according to the procedure described in GOST R ISO 3471 (ROPS): Earth-moving machinery. Roll-over protective structures. Technical requirements and laboratory tests.The purpose of the study is to investigate the stress-strain behavior (SSB) of a structure of a utility platform taking into account residual stresses, strains and relaxation of the structure under multiple loads according to the roll-over safety requirements for earth-moving machinery.Methodology and research methods. The paper presents a skid-steer loader cabin model created in a fi nite element analysis program to perform the strength calculations. The comparative assessment was performed based on the results of a full-scale experiment carried out on a real structure and of virtual simulations. The research object is a skid-steer loader cabin. The research subject is the design methods for vehicle load-bearing structures and their use taking into account operating conditions.Scientific novelty and results. An algorithm has been created which takes into account residual stresses, strains and relaxation of the structure for further loading and allowing reduction of a displacement calculation error for a utility platform from 84.5 to 4.5%. The internal energy reached under vertical load is 426% higher, while for the longitudinal load case it is 14.6% higher, than for the option not taking into account residual stresses and strains.Practical signifi cance. The proposed algorithm allows considering the requirements of GOST R ISO 3471 regarding prevention of structure readjustment or repair between loadings, which is an actual operating mode.

напряжённо-деформированное состояниеметод конечных элементовпрочностьдеформациибезопасностьиспытанияROPSминипогрузчикземлеройные машиныstress-strain behaviorfi nite element method (FEM)strengthdeformationstrainsafetytestsROPSskid-steer (compact) loaderearth-moving machineryReferencesГончаров Р.Б., Зузов В.Н. Совершенствование конструкций кабин грузовых автомобилей на стадии проектирования для обеспечения требований пассивной безопасности при ударе и минимизации массы // Труды НАМИ. – 2019. – № 4 (279). – С. 28–37.Goncharov R.B., Zuzov V.N. [Truck cabs improvement at the design stage with the purpose to ensure passive safety requirements in case of impact and minimum weight]. Trudy NAMI, 2019, no. 3 (278), pp. 28–37. (In Russian)Шабан Б.А., Зузов В.Н. Анализ влияния конструктивных факторов кабины на пассивную безопасность грузовых автомобилей при ударе по передним стойкам // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2013. – № 11. – С. 95–106.Shaban B.A., Zuzov V.N. [Analysis of the impact of cab design factors on the passive safety of trucks in case of impact on the front pillars]. Nauka i obrazovanie: nauchnoe izdanie MGTU im. N.E. Baumana, 2013, no. 11, pp. 95–106. (In Russian)Хусаинов А.Ш., Кузьмин Ю.А. Пассивная безопасность автомобиля: Учебное пособие для студентов направлений 190100.62 «Наземные транспортно-технологические комплексы» по профилю – Автомобилеи тракторостроение и «Наземные транспортно-технологические средства» по специализации «Автомобили и тракторы». – Ульяновск: УлГТУ, 2011. – 92 с.Khusainov A.Sh., Kuz’min Yu.A. [Passive vehicle safety: Textbook for students of directions 190100.62 “Ground transport and technological complexes” in the profi le – Automobile and tractor building and “Ground transport and technological means” in the specialization “Automobiles and tractors”]. Ulyanovsk, UlGTU Publ., 2011. 92 p. (In Russian)Зузов В.Н., Сулегин Д.А. Исследование влияния на энергоёмкость основных силовых элементов кузова автомобиля в зоне бокового удара // Вестник ЮУрГУ. Серия: Машиностроение. – 2020. – Т. 20. – № 4. – С. 20–34.Zuzov V.N., Sulegin D.A. [An investigation of the eff ect on the energy intensity of the main power elements of the car body in the side impact zone]. Vestnik YuUrGU. Seriya: Mashinostroenie, 2020, vol. 20, no. 4, pp. 20–34. (In Russian)Гончаров Р.Б., Зузов В.Н. Особенности поиска оптимальных параметров усилителей задней части кабины грузового автомобиля на базе параметрической и топологической оптимизации с целью обеспечения требований по пассивной безопасности по международным правилам и получения её минимальной массы // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – 2019. – № 2 (125). – С. 163–170.Goncharov R.B., Zuzov V.N. [Features of the search for optimal parameters of the amplifi ers of the rear part of the cab of a truck based on parametric and topological optimization in order to ensure the requirements for passive safety according to international rules and obtain its minimum mass]. Trudy NGTU im. R.E. Alekseeva, 2019, no. 2 (125), pp. 163–170. (In Russian)Вдовин Д.С. Метод топологической оптимизации в задачах проектирования безопасных кабин сельскохозяйственной и строительной техники // Известия МГТУ МАМИ. – 2018. – № 4 (38). – С. 21–29.Vdovin D.S. [Topology optimization in rops-safe design process of operator cabin for forestry, agricultural and construction machinery]. Izvestiya MGTU MAMI, 2018, no. 4 (38), pp. 21–29. (In Russian)Гончаров Р.Б., Зузов В.Н. Проблемы поиска оптимальных конструктивных параметров бампера автомобиля при ударном воздействии с позиций пассивной безопасности // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – 2018. – № 3 (122). – С. 130–136.Goncharov R.B, Zuzov V.N. [Problems of fi nding optimal design parameters of a car bumper under impact from the standpoint of passive safety]. Trudy NGTU im. R.E. Alekseeva, 2018, no. 3 (122), pp. 130–136. (In Russian)Гончаров Р.Б., Зузов В.Н. Проблемы поиска оптимальных решений для обеспечения пассивной безопасности кабин грузовых автомобилей при минимальной массе // Известия МГТУ МАМИ. – 2018. – № 4 (38). – С. 92–102.Goncharov R.B., Zuzov V.N. [Problems of fi nding optimal solutions to ensure the passive safety of truck cabs with a minimum weight]. Izvestiya MGTU MAMI, 2018, no. 4 (38), pp. 92–102. (In Russian)Gore P., Barjibhe R.B. Design of protective structure of operator cabin against falling object (FOPS) // International Journal of Latest Trends in Engineering and Technology (IJLTET). – 2014. – V. 3. – P. 228–236.Gore P., Barjibhe R.B. Design of protective structure of operator cabin against falling object (FOPS). International Journal of Latest Trends in Engineering and Technology (IJLTET), 2014, vol. 3, pp. 228–236.Karliński J., Rusiński E., Smolnicki T. Protective structures for construction and mining machine operators // Automation in Construction. – 2008. – V. 17. – P. 232–244.Karliński J., Rusiński E., Smolnicki T. Protective structures for construction and mining machine operators. Automation in Construction, 2008, vol. 17, pp. 232–244.Clark B. The behavior of rollover protective structures subjected to static and dynamic loading conditions. PhD dissertation. – School of Civil Engineering Queensland University of Technology, 2005.Clark B. The behavior of rollover protective structures subjected to static and dynamic loading conditions. PhD dissertation. School of Civil Engineering Queensland University of Technology, 2005.ГОСТ Р ИСО 3471-2009. Машины землеройные. Устройства защиты при опрокидывании. Технические требования и лабораторные испытания. – М.: Стандартинформ, 2011. – 32 с.[GOST R ISO 3471-2009. Earth-moving machinery. Roll-over protective structures. Technical requirements and laboratory tests]. Moscow, Standartinform Publ., 2011. 32 p. (In Russian)Шабан Б.А., Зузов В.Н. Особенности моделирования каркасных элементов кузовов и кабин автомобилей при исследовании пассивной безопасности // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2012. – № 11. DOI: 10.7463/1112.0486675.Shaban B.A., Zuzov V.N. [Features of modeling frame elements of car bodies and cabs in the study of passive safety]. Nauka i obrazovanie: nauchnoe izdanie MGTU im. N.E. Baumana, 2012, no. 11. DOI: 10.7463/1112.0486675. (In Russian)Шабан Б.А., Зузов В.Н. Особенности построения конечно-элементных моделей кабин для исследования пассивной безопасности при ударе в соответствии с правилами ЕЭК ООН № 29 // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2013. – № 03. DOI: 10.7463/0313.0542301.Shaban B.A., Zuzov V.N. [Features of building fi nite element models of cabins for the study of passive safety on impact in accordance with UN Regulations no. 29]. Nauka i obrazovanie: nauchnoe izdanie MGTU im. N.E. Baumana, 2013, no. 03. DOI: 10.7463/0313. 0542301.Belytschko T., Lin J., Tsay C.S. Explicit algorithms for nonlinear dynamics of shells // Comput. Methods Appl. Mech. Eng. – 1984. – V. 42, iss. 2. – P. 225–251.Belytschko T., Lin J., Tsay C.S. Explicit algorithms for nonlinear dynamics of shells. Comput. Methods Appl. Mech. Eng., 1984, vol. 42, iss. 2, pp. 225–251.Doğan U.Ç. Eff ect of strain history on simulation of crashworthiness of a vehicle. – Middle East Technical University, 2009.Doğan U.Ç. Eff ect of strain history on simulation of crashworthiness of a vehicle. Middle East Technical University, 2009.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.