Майоров Павел Павлович – инженер-конструктор 1-й категории, управление кабин и кузовов, Центр транспортных средств и систем
г. Москва 125438
Mayorov P.P. – design engineer, department of cabins and bodies, Center for vehicles and systems
Moscow 125438
Аганин Лев Геннадьевич – начальник управления кабин и кузовов, Центр транспортных средств и систем
г. Москва 125438
Aganin L.G. – head of the department of cabins and bodies, Center for vehicles and systems
Moscow 125438
Лучина Андрей Андреевич – начальник отдела «Экстерьер», Центр транспортных средств и систем
г. Москва 125438
Luchina A.A. – head of the exterior department, Center for vehicles and systems
Moscow 125438
Шенцов Сергей Юрьевич – ведущий инженер-конструктор, управление кабин и кузовов, Центр транспортных средств и систем
г. Москва 125438
Shentsov S.Yu. – leading design engineer, department of cabins and bodies, Center for vehicles and systems
Moscow 125438
Введение (постановка задачи и актуальность). Масса автомобиля в эпоху необходимости решения экологических проблем является не только весомым конкурентным аргументом, но и обеспечивает техническое преимущество транспортного средства. Большое внимание в решении проблем по снижению массы автомобиля уделяется крупногабаритным деталям и узлам, но при этом необоснованно игнорируются небольшие детали, такие как кронштейны различной формы. Топологический анализ на основании CAE-вычислений позволяет снизить массу простых по своей форме изогнутых кронштейнов и значительно повысить показатели локальной динамической жёсткости (ЛДЖ), а также шума, вибрации и жёсткости (NVH). Основная проблема оптимизации заключается в том, что разработанные концепции проектирования требуют современных технологий производства.
Цель исследования – разработка методики по проектированию максимально лёгких, жёстких, технологичных и функциональных кронштейнов, соответствующих заданным требованиям ЛДЖ и NVH.
Методология и методы. Известны разные подходы оптимизации конструкции изделий. При анализе кронштейнов были использованы три основных расчётных случая: 1) анализ динамической нагрузки, когда моделируется кронштейн, закреплённый по точкам крепления на кузове и прикладывается усилие; 2) анализ собственной частоты вибрации кронштейна, которая должна быть больше целевого показателя, обычно составляющего 40–50 Гц; 3) локальный анализ динамической жёсткости, когда кронштейн закрепляется по точкам крепления на кузове и прикладывается единичная нагрузка.
Результаты и научная новизна. Работа выполнена на основе изучения методик для работы с поверхностями и их формой. Был разработан алгоритм для решения проблем увеличения показателей частотных характеристик, ЛДЖ, напряжённых состояний (увеличение толщины металла или уход в высокопрочные стали).
Практическая значимость. Снижение массы автомобиля без ухудшения его эксплуатационных характеристик за счёт оптимизации кронштейнов.
Introduction (problem statement and relevance). In the era of need to solve environmental problems, vehicle weight is not only a significant competitive argument, it also provides technical advantage of the vehicle. When working to reduce vehicle weight, large-sized parts and units are given great attention, but small parts such as brackets of various shapes are unreasonably ignored. Topological analysis based on CAE calculations makes it possible to reduce weight of simple-shaped bent brackets and to significantly improve the values of local dynamic stiffness (LDS), as well as of noise, vibration and harshness (NVH). The main problem of optimization lies in the fact that the developed design concepts require modern production technologies.
The purpose of the study is to develop a procedure for designing the lightest, as well as the most rigid, manufacturable and functional brackets that meet the specified LDS and NVH requirements.
Methodology and research methods. Various approaches to product design optimization are known. However, when analyzing the brackets, three main calculation cases were used: 1) analysis of dynamic load or stress, when the bracket is modelled fixed in the mounting points on the body and a force is applied; 2) analysis of natural vibration frequency of the bracket, which shall be higher than the target value, which is usually 40–50 Hz; 3) local analysis of dynamic stiffness when the bracket is fixed in the mounting points on the body and a single load is applied.
Scientific novelty and results. The paper is based on studying the procedures to work with surfaces and their shapes. An algorithm has been developed to solve the task of increasing frequency characteristics, LDS, stress conditions (increasing metal thickness or switching to high-strength steels).
Practical significance. Reducing vehicle weight without compromising or deterioration of its performance by means of optimizing the brackets.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.