Предисловие

Учебное пособие составлено в соответствии с программами федеральной и региональных дисциплин соответственно «САПР в автомобиле- и тракторостроении», «Строительная механика автомобиля», «Проектирование кузовов», «Прочность и безопасность кузовных конструкций», «Технические основы безопасности и надежности автомобиля», предусмотренных учебными планами для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Наземные транспортные системы» и специальности 190201 «Автомобиле- и тракторостроение», магистров и аспирантов.

Современный процесс автоматизированного проектирования кузовов, кабин и рам автотранспортных средств предусматривает проведение их расчетов с целью выбора рациональных с точки зрения пассивной безопасности, прочности и долговечности конструкций; прогнозирования и оценки этих свойств при их проектировании и доводке. В настоящее время из-за ограниченных возможностей, экономических и технических сложностей проведения натурных испытаний, актуальным стало применение компьютерного моделирования аварийных ситуаций, условий испытаний в соответствии с ГОСТами и Правилами ЕЭК ООН для оценки безопасности конструкций на завершающих этапах их создания. Все это требует от молодого специалиста – выпускника вуза определенных знаний, умения решать практические задачи по проектированию безопасных и равнопрочных кузовных конструкций при заданной долговечности и минимальных затратах металла с применением современных методов расчета несущих конструкций, оценки их работоспособности. Этим вопросам в данном пособии уделено особое внимание.

В предлагаемом пособии обобщены аналитические методы проектирования безопасных кузовных конструкций на основе расчета по предельному состоянию, используемые на начальных этапах, предшествующих уточненным расчетам методом конечных элементов. В нем наряду с теоретическими и методическими вопросами большое внимание уделено рассмотрению решения практических задач.

При изложении материалов расчетов, экспериментальных исследований кузовов и кабин использованы результаты научно-исследовательских работ автора и сотрудников кафедры, проведенных по заказу предприятий отрасли.

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам кафедры «Автомобили и тракторы» НГТУ, работникам предприятий ОАО «Павловский автобус», ОАО «ГАЗ», ОАО «АВТОВАЗ» и других организаций, принимавшим участие в проведении отдельных расчетных работ и экспериментов.

Автор с благодарностью примет критические замечания и пожелания, которые будут отмечены читателями.

Основные термины и сокращения

Кузовные конструкции – обобщающий термин, включающий конструкции кузовов легковых автомобилей и автобусов, кабин и кузовов грузовых автомобилей, фургонов, прицепов.

Несущая система – часть автотранспортного средства, воспринимающая действующие на нее эксплуатационные и аварийные нагрузки.

Несущий кузов (несущая конструкция кузова) – кузов, выполняющий функции несущей системы.

Несущая способность – свойство конструкции воспринимать эксплуатационные и аварийные нагрузки, сохранять работоспособность по условиям обеспечения жесткости, прочности и долговечности.

Несущая способность по разрушающим нагрузкам (стойкость конструкции к разрушениям, сопротивляемость разрушениям) – свойство конструкции воспринимать определенные разрушающие нагрузки в характерных с точки зрения безопасности направлениях. Характеризует предельные возможности конструкции противостоять (сопротивляться) разрушениям.

Разрушающая нагрузка – нагрузка, при которой происходит разрушение конструкции, превращение в кинематический (пластический) механизм.

Механизм разрушения – состояние конструкции (расчетной модели), при котором происходит разрушение ее силовой схемы с образованием необходимого количества зон пластических шарниров (деформаций) в элементах.

Действительный механизм разрушения – механизм разрушения силовой схемы (расчетной модели), соответствующий реальному разрушению конструкции при аварийной ситуации или испытании.

Пластический шарнир – место стержневого элемента, в котором текучесть распространяется на все сечение.

Силовая схема – условная схема конструкции, состоящая из взаимосвязанных силовых элементов, воспринимающая всевозможные нагрузки.

Расчетная модель – полная модель силовой схемы, максимально приближающаяся к реальной конструкции. Расчетная схема – упрощенная часть расчетной модели.

Предельное состояние конструкции по условиям прочности – состояние, при котором нарушаются работоспособность и требования прочности, когда конструкция находится на грани перехода от упругих деформаций к пластическим.

Работоспособность конструкции – свойство конструкции сохранять свое функциональное значение: с точки зрения прочности – воспринимать эксплуатационные нагрузки, не разрушаясь, в пределах возникновения допустимых значений напряжений и деформаций; с точки зрения безопасности – воспринимать аварийные нагрузки, демпфируя удар и разрушаясь в заданных пределах.

Эксплуатационная нагрузка – нагрузка, действующая на кузовную конструкцию в процессе эксплуатации транспортного средства, от масс агрегатов, полезного груза, инерционных и других сил.

Аварийная нагрузка – нагрузка, возникающая при аварийной ситуации (дорожно-транспортном происшествии) или ее значения, регламентированные Правилами ЕЭК ООН, ОСТами, ГОСТами.

Энергоемкость конструкции – способность кузова или кабины поглощать энергию удара в условиях аварийной ситуации.

Допускаемая деформация конструкции – возможная деформация конструкции в допустимых пределах, определяемых с учетом сохранения в салоне жизненного (остаточного) пространства, регламентируемого требованиями безопасности.

Передок, задок – передняя, задняя части кузова.

САПР – система автоматизированного проектирования.

МКЭ – метод конечных элементов.

GIFTS, ANSYS, NASTRAN, I-DEAS – графически ориентированные интерактивные системы (пакеты) прочностного расчета конструкций методом конечных элементов.

max, min – максимальное, минимальное значения.

НИР – научно-исследовательская работа.