Исследование остаточного напряжённо-деформированного состояния несущей системы минипогрузчика при многократном нагружении по требованиям стандарта безопасности ROPS

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.

1. Гончаров 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. Вдовин Д.С. Метод топологической оптимизации в задачах проектирования безопасных кабин сельскохозяйственной и строительной техники // Известия МГТУ МАМИ. – 2018. – № 4 (38). – С. 21–29.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Karliński J., Rusiński E., Smolnicki T. Protective structures for construction and mining machine operators // Automation in Construction. – 2008. – V. 17. – P. 232–244.

11. 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.

12. ГОСТ Р ИСО 3471-2009. Машины землеройные. Устройства защиты при опрокидывании. Технические требования и лабораторные испытания. – М.: Стандартинформ, 2011. – 32 с.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. Doğan U.Ç. Eff ect of strain history on simulation of crashworthiness of a vehicle. – Middle East Technical University, 2009.