Построение и валидация конечно-элементной модели мотоцикла по статическому падению

Введение (постановка задачи и актуальность). Создание отечественной методики оценки безопасности мотоциклов требует использования валидированных конечно-элементных моделей (КЭМ), что позволяет заменить часть дорогостоящих физических испытаний на виртуальные. Одним из этапов создания такой модели является её верификация по экспериментальным данным при статическом падении.

Цель исследования – разработка и валидация КЭМ мотоцикла по сценарию статического падения с целью её последующего применения в исследованиях безопасности, включая моделирование краш-испытаний.

Методология и методы. Расчётная модель мотоцикла была рассчитана в программе LS-DYNA. Валидация проводилась на основе экспериментальных данных, полученных при опрокидывании мотоцикла из вертикального положения с фиксацией ускорений в трёх контрольных точках. Для ускорения расчётов также рассмотрен сценарий падения от момента касания подножкой опорной поверхности.

Результаты и научная новизна. Полученная КЭМ мотоцикла воспроизводит основные харак- теристики движения при падении и демонстрирует визуальную сходимость с экспериментом. Предложена упрощённая схема расчёта с сохранением корректности результатов, что позволяет существенно снизить трудозатраты при последующей валидации.

Практическая значимость. Разработанная модель может использоваться в качестве основы для построения отечественных методик испытаний мотоциклов. Её применение позволит проводить оценку безопасности без необходимости выполнения полного комплекса натурных краш-испытаний.

1. Брагин Е.П., Солопов Д.Ю. Обоснование необходимости разработки новой методики испытаний по оценке пассивной безопасности мотоциклов // Труды НАМИ. – 2024. – № 3 (298). – С. 71–79. DOI: 10.51187/0135-3152-2024-3-71-79. EDN: EDLICW.

2. LS-DYNA Keyword User’s Manual: версия 971 / Livermore Software Technology Corp., An Ansys Company. – Livermore (CA): Livermore Software Technology Corp., An Ansys Company, 2020. – 3527 р.

3. LS-DYNA Theory / Livermore Software Technology Corporation. – Livermore (CA): Livermore Software Technology Corporation, 2006. – 680 р.

4. Flanagan D.P., Belytschko T. A uniform strain hexahedron and quadrilateral with orthogonal hourglass control // International Journal for Numerical Methods in Engineering . – 1981. – V. 5. – P. 679–706.

5. Puso M. A highly efficient enhanced assumed strain physically stabilized hexahedral element // International Journal for Numerical Methods in Engineering. – 2000. – V. 49. – P. 1029–1064.

6. Belytschko T., Lin J., Tsay C.S. Explicit algorithms for nonlinear dynamics of shells // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. – 1984. – V. 42. – P. 225–251.

7. Belytschko T., Wong B.L., Chiang H.Y. Improvements in low-order shell elements for explicit transient analysis / Analytical and Computational Models of Shells. – New York: ASME, 1989. – P. 383–398.

8. Belytschko T., Bindeman L.P. Assumed strain stabilization of the eight node hexahedral element // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. – 1993. – V. 105. – P. 225–260.

9. ISO/TS 18571:2024. Road vehicles – Objective rating metric for non-ambiguous signals. Geneva, ISO Publ., 2024. – 93 p.

10. Discrete elements and masses. LS-DYNA Theory Manual. Livermore (CA), Livermore Software Technology Corporation Publ., 2006. Sect. 16.

11. Fu Y., Zhan Z., Yang R.J. A study of model validation method for dynamic systems // SAE Technical Paper. – 2010. – No. 2010-01-0419.

12. Sarin H., Kokkolaras M., Hulbert G., Papalambros P., Barbat S., Yang R.J. Comparing time histories for validation of simulation models: error measures and metrics // Transactions of the ASME. Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control. – 2010. – V. 132, no. 6. – P. 061401.

13. ISO/TR 16250:2013. Road vehicles – Objective rating metrics for dynamic systems. – Geneva: ISO Publ., 2013. – 30 p.