Автоматизация нагружения конечно-элементных моделей несущих систем олёсных машин с применением метода инерционной разгрузки и твердотельной динамической модели автомобиля

Объект исследования - несущие системы колёсных машин: рамы, корпуса и кузова. Предмет исследования - способы расчёта напряжённо-деформированного состояния несущих систем колёсных машин на основе метода конечных элементов. Цель работы - снижение трудоёмкости таких вычислений при рассмотрении большого числа расчётных случаев за счёт автоматизации нагружения и формирования граничных условий, с применением метода inertia relief (инерционная разгрузка) и метода твердотельной динамической модели автомобиля. На примере сложной несущей системы с шарнирным сочленением проведено два типа расчётов - с использованием метода inertia relief и метода твердотельной динамической модели, а также с применением «классического» метода задания нагрузок через упрощённые балочно-стержневые модели подвески, колёс, рулевого управления, стабилизатора поперечной устойчивости. Расчёты обеих моделей проведены для нескольких характерных для несущей системы расчётных случаев. Результаты расчёта показали адекватность полученного напряжённо-деформированного состояния для метода расчёта inertia relief по сравнению с «классическим» методом. Вместе с тем сделан вывод о большей точности задания действующих на несущую систему нагрузок в методе inertia relief - за счёт учёта локального изменения направления действующих сил в точках крепления подвески и других механизмов для различных расчётных случаев - по сравнению с «классическим» методом нагружения несущей системы. Сравнение расчётов показывает, что применение метода inertia relief даёт не только наибольшую точность расчёта напряжённо-деформированного состояния несущей системы автомобиля в локальных зонах, но также значительно снижает трудоёмкость расчётов при рассмотрении большого числа расчётных случаев в результате автоматизации формулировки граничных условий и нагрузок при их передаче из твердотельной динамической модели автомобиля.

расчёт на прочность, метод конечных элементов, нагрузки, несущая система автомобиля, динамика твёрдых тел, виртуальный прототип

1. Проектирование полноприводных колёсных машин: Учебник для вузов: В 3 т. / Б.А. Афанасьев, Б.Н. Белоусов, Г.И. Гладов и др.; Под ред. А.А. Полунгяна. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008

2. Kotiev G.O., Padalkin B.V., Kartashov A.B., Dyakov A.S. Designs and development of Russian scientific schools in the field of cross-country ground vehicles building // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. - 2017. - Vol. 12. - No. 4. - P. 10641071.

3. Кушвид Р.П., Чичекин И.В. Шасси автомобиля. Конструкция и элементы расчёта: учебник / Р.П. Куш-вид, И.В. Чичекин. - М.: МГИУ, 2014. - 555 с.

4. Barton D.C., Fieldhouse J.D. Automotive Chassis Engineering. - Springer Science+Business Media, B.V., 2018. - 327 p.

5. Genta G., Morello L. The Automotive Chassis. Vol. 1: Components Design. - Springer Science+Business Media, B.V - 2009. - 627 р.

6. Горобцов А.С., Шурыгин В.А., Серов В.А., Дьяков А.С., Лаптева В.О., Макаров А.А. Разработка математической модели многоопорной транспортной машины для перевозки крупногабаритных неделимых грузов // Грузовик. - 2014. - № 11. - С. 2-5.

7. 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.

8. Горобцов А.С., Карцов С.К., Поляков Ю.А., Дьяков А.С. Динамический анализ параметров передней подвески кабины грузового автомобиля // Известия МГТУ МАМИ. - 2014. - № 4 (22). - Т. 1. - С. 74-80.

9. Чугунов М.В., Кечемайкин В.Н., Панин М.В., Полунина И.Н., Махров Г.А. Анализ статической прочности и жёсткости несущих элементов конструкции электромобиля BravoEgo // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ». - 2016. - Т. 8. - № 3. URL: http:// naukovedenie.ru/PDF/134TVN316.pdf (дата обращения: 30.01.2018).

10. Вдовин Д. С. Расчёт нагрузок на звенья независимой подвески ходовой части автомобиля 8х8 с использованием NX Motion / 85-я международная научно-техническая конференция Ассоциации автомобильных инженеров «Будущее автомобилестроения в России»: сборник трудов секции «Автомобили и тракторы». - М.: МАМИ, 2014. - С. 2-6.

11. Исаев Е.У., Соломатин Н.С., Ковтун В.В., Карпов В.М. Этапы разработки легкового автомобиля. -Тольятти: Издательство ТГУ, 2005. - 82 с.

12. Vdovin D., Chichekin I. Loads and Stress Analysis Cycle Automation in the Automotive Suspension Development Process // Procedia Engineering. - 2016. -Vol. 150. - P. 1276-1279.

13. Левенков Я.Ю., Чичекин И.В. Определение параметров модели рессоры для анализа нагрузок и оценки прочности элементов подвески в системе расчёта динамики твёрдых тел // Инженерный вестник. - 2016. - № 12. - С. 4.

14. Ryan R.R. ADAMS // In Supplement to Vehicle System Dynamics. - 1993. - V. 22. - P. 144-152.

15. Вдовин Д.С., Чичекин И.В., Поздняков Т.Д. Виртуальный стенд для определения нагрузок на рулевое управление автомобиля // Инженерный журнал: наука и инновации. - 2017. - № 8 (68). - С. 3.

16. Dempsey M., Fish G., Beltran J.G.D. High fidelity multibody vehicle dynamics models for driver-in-the-loop simulators / Proceedings of the 11th International Modelica Conference September 21-23, 2015, Versailles, France. - P. 273-280.

17. Kong Y.S., Abdullah S., Omar M.Z., Haris S.M. Side force analysis of suspension strut under various load cases // Jurnal Teknologi (Sciences and Engineering). - 2016. - Vol. 78. - No. 6. - P. 85-90.

18. Farid M.L. Fundamentals of multibody dynamics: theory and applications. - Birkhauser, 2006. - 684 р.

19. Bremer H. Elastic Multibody Dynamics. - Springer Science+Business Media, B.V., 2008. - 451 р.

20. Liao L. A Study of Inertia Relief Analysis / 52nd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference. - Denver, Colorado, 2011. - P. 1-10.

21. Левенков Я.Ю., Вольская Н.С. Сглаживающая способность пневматической шины автомобильного колеса при взаимодействии с твёрдой неровной опорной поверхностью // Технология колёсных и гусеничных машин - Technology of Wheeled and Tracked Machines. - 2015. - № 1. - С. 20-26.

22. Gorelov V.A., Komissarov A.I. Mathematical Model of the Straight-line Rolling Tire-Rigid Terrain Irregularities Interaction // Procedia Engineering. - 2016. - Vol. 150. - P. 1322-1328.

23. Вольская Н.С., Левенков Я.Ю., Русанов О.А. Моделирование автомобильной пневматической шины, взаимодействующей с твёрдой неровной опорной поверхностью // Наука и образование. - 2013. -№ 5. - С. 107-124.

24. Горелов В.А., Падалкин Б.В., Чудаков О.И. Математическая модель прямолинейного движения по деформируемой опорной поверхности двухзвенного седельного автопоезда с активным полуприцепным звеном // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. - 2017. - № 2 (113). - С. 121-138.