Анализ эффективности применения методики моделирования нагруженности транспортных средств в квазистатической постановке

Введение (постановка задачи и актуальность). Проведено сравнительное исследование двух наиболее распространённых подходов к моделированию нагруженности транспортных средств (ТС): динамического и квазистатического.

Цель исследования – сравнительный анализ методик моделирования нагруженности ТС, включая многоосные и шарнирно-сочленённые, для определения границ их применимости, трудозатрат и сравнительного анализа результатов, а также обоснование целесообразности использования квазистатической методики моделирования для различных типов ТС на начальных этапах проектирования через оценку показателей эффективности.

 Методология и методы. Применены следующие методы: имитационное математическое моделирование; статистическая обработка информации; формализация и конкретизация расчётных режимов нагружения на базе формул теории автомобиля.

Результаты и научная новизна. Результаты сформированы в виде описательной части сравнения методик моделирования нагруженности квазистатическим и динамическим способом. Также представлены некоторые результаты апробации, указывающие на пригодность использования на начальных этапах проектирования и относительную эффективность квазистатической методики моделирования. Научная новизна заключается в применении способа моделирования нагруженности многоосного ТС по принципу «нагрузка–разгрузка–статика» с учётом одновременного действия инерционных нагрузок и нагрузок в пятне контакта шин с дорожным покрытием, которые рассчитываются с помощью разработанного алгоритма с обратной связью на основе данных о тягово-сцепных и тормозных свойствах автомобиля, а также необходимых величин ускорений. Многозвенная модель при этом сохраняет квазиустойчивое состояние равновесия. Использование квазистатического метода моделирования позволяет сократить время решения более чем в десятки раз, а при охвате полного цикла подготовки модели и расчётов производительность повышается  от 4 до 40% в зависимости от количества необходимых режимов нагружения. Причём при увеличении количества режимов нагружения наблюдается увеличение производительности с использованием методики квазистатического моделирования.

 Практическая значимость. В представленной работе демонстрируются границы применимости квазистатической методики моделирования нагруженности ТС для режимов движения с ускорением. Также проведён сравнительный анализ эффективности в части моделирования нагрузок на элементы ходовой части многоосного ТС.

1. Гельфгат Д.Б., Ошноков B.A. Рамы грузовых автомобилей. – М.: Машгиз, 1959. – 231 c.

2. Яценко Н.Н., Бурдасов Е.И., Розов Р.А., Безверхий С.Ф., Петровский Д.В., Шалдыкин В.П. Ресурсные испытания грузовых автомобилей на автополигоне. Часть 1: Развитие, условия и статистическая интерпретация результатов. Часть 2: Основы форсирования и оптимального планирования испытаний / Научно-исследовательский институт информации автомобильной промышленности. – М.: НИИНавтопром, 1974. – 86 с.: черт.

3. Барышников Ю.Н. Проблемы создания математических моделей для расчёта несущих систем карьерных самосвалов // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. – 2011. – № 4, ч. 2. – С. 54–56. EDN: QLILIF.

4. Вдовин Д.С., Левенков Я.Ю., Чичекин И.В. Нагружение конечно-элементных моделей несущих систем колёсных машин с применением метода INERTIA RELIEF и твердотельной динамической модели автомобиля / Технологии и компоненты интеллектуальных транспортных систем, Москва, 18–19 октября 2018 г. – М.: ФГУП «НАМИ», 2018. – С. 620–640. EDN: YTKVBB.

5. Чичекин И.В., Карташов А.Б., Газизуллин Р.Л., Киселев П.И., Вдовин Д.С. Разработка имитационной модели динамики беспилотного карьерного автосамосвала для определения нагрузок, действующих на несущую систему при движении в заданных условиях / Инновации в информационных технологиях, машиностроении и автотранспорте (ИИТМА-2020): сборник материалов IV Международной научно-практической конференции с онлайн-участием, Кемерово, 7–10 декабря 2020 г. – Кемерово: Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачёва, 2020. – С. 291–301. EDN: AXIRNU.

6. Лата В.Н., Марков С.В., Ерёменко А.А., Елховикова А.П. Анализ прочности и долговечности деталей ходовой части на ранней стадии проектирования автомобиля // Известия МГТУ МАМИ. – 2008. – № 2 (6). – С. 59–64. EDN: LHTALB.

7. Pahwa G.S. Static and dynamic load synthesis for vehicle durability simulation using Adams. – Adams Durability Symposium, 2021.

8. Johannesson P., Speckert M. Guide to load analysis for durability in vehicle engineering. – Ch.: Wiley, 2014. – 458 p.

9. Zhang B. Component tests based on vehicle modeling and virtual testing // SAE Technical Paper. – No. 2017-01-0384. – 5 p.

10. Дианов В.А., Бокарев А.И., Карташов А.Б. Разработка методики моделирования нагруженности карьерного автосамосвала путём каскадирования внешних силовых факторов // Труды НАМИ. – 2024. – № 3 (298). – С. 57–70. DOI: 10.51187/0135-3152-2024-3-57-70. EDN: CGXMAI.

11. Dattakumar S.S., Ganeshan V. Converting dynamic impact events to equivalent static loads in vehicle chassis / Department of Applied Mechanics Chalmers University of Technology Gothenburg, Sweden, 2017.

12. Yongming Li., Shou Ma., Kunting Yu., Xinglin Guo. Vehicle kinematic and dynamic modeling for threeaxles heavy duty vehicle // Mathematical modelling and control. – 2022. – No. 2 (4). – P. 176–184. DOI: 10.3934/mmc.2022018.

13. Heißing B., Ersoy M. (Eds.) Chassis Handbook. Fundamentals, Driving Dynamics, Components, Mechatronics, Perspectives. – Vieweg+Teubner Verlag. Springer Fachmedien Wies-baden GmbH, 2011. – 591 p.

14. Дубинкин Д.М., Бокарев А.И. Разработка методики определения нагрузок на силовую структуру карьерных самосвалов // Горное оборудование и электромеханика. – 2023. – № 5 (169). – С. 31–44. DOI: 10.26730/1816-4528-2023-5-31-44. EDN: ARXNIJ.

15. Рубанов П.С., Гончаров Р.Б., Скотников Г.И., Горелов В.А., Григорьев В.С. Оценка влияния учёта податливости рамы фронтального погрузчика на возникающие нагрузки в системе динамики твёрдых тел // Известия МГТУ МАМИ. – 2023. – Т. 17. – № 4. – С. 401–409. DOI: 10.17816/2074-0530-472077. EDN: ZYYKEM.

16. Чичекин И.В., Левенков Я.Ю., Арутюнян Г.А., Нырков Ф.А., Чудаков О.И. Разработка математической динамической модели карьерного автосамосвала для определения нагрузок, действующих на раму в заданных режимах эксплуатации // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – 2022. – № 2 (137). – С. 127–137. DOI: 10.46960/1816-210X_2022_2_127. EDN: TZSIEX.

17. Максимов Р.О., Чичекин И.В. Виртуальный стенд для определения нагрузок в пневматической подвеске задней тележки грузового автомобиля на ранних стадиях проектирования // Известия МГТУ МАМИ. – 2021. – № 3 (49). – С. 76–86. DOI: 10.31992/2074-0530-2021-49-3-76-86. EDN: AJEPQV.

18. Ларин В.В. Теория движения полноприводных колёсных машин: учебник. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 391, [1] с.: ил. References