- •1 Обзор программных средств моделирования и расчета, компьютерных исследований конструкций автомобилей
- •1.1 Обзор программных комплексов, использующих конечно-элементный анализ
- •1.2 Обзор программных комплексов для решения задач динамики движения транспортных средств
- •1.3 Обзор инженерно-проектных работ и научных исследований в области моделирования и конечно-элементного расчета конструкций транспортных средств
- •2 Описание объекта исследования и моделей
- •2.1 Описание конструкции лонжеронных автомобильных рам
- •2.2 Описание конструкции исследуемой рамы и моделей
- •3 Описание типов анализа
- •3.1 Статические расчеты
- •3 Описание методики расчетов в конечно-элементных комплексах
- •3.1 Матричная формулировка основных уравнений мкэ для решения статических задач
- •3.2 Формулировка уравнений движения и описание собственных форм и частот конструкции по мкэ
- •3.2 Особенности описания движения твердых тел в программном комплексе фрунд
- •3.3 Основные особенности реализации мкэ в SolidWorks
- •3.3.1 Решатели в SolidWorks
- •4 Исследование напряженно-деформированного состояния рамы с использованием компьютерного моделирования
3 Описание типов анализа
Исходя из условий работы, расчет автомобилей от внешних нагрузок проводят для основных состояний эксплуатации и соответствующих им режимам нагружения. В настоящее время расчетом определить все нагрузки затруднительно, т.к. автомобиль представляет собой сложную систему с многочисленными взаимодействующими друг с другом связями, что и определяет в значительной степени нагруженность автомобиля.
Возникающие в процессе движения автомобиля нагрузки определяются профилем дороги, а также жесткостными и инерционными параметрами автомобиля. Для учета всех нагрузок, действующих, например раму, необходимо иметь подробную динамическую модель. Во-первых, автомобиль следует рассматривать как пространственную систему, основными элементами которой являются взаимодействующие подсистемы: колеса, подвеска, рама, двигатель, коробка передач, кабина, фургон, прочие механизмы. Динамическая модель должна учитывать крутильную жесткость рамы и жесткость ее в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Моделируя подвеску, необходимо учитывать не только вертикальную жесткость рессор, но и возможность закручивания их от усилий взаимодействия с рамой. Также особое значение имеет учет особенностей соединения подсистем между собой, моделирование связей в соединениях.
Обычно конструкции автомобилей при расчете представляют конечно-элементными моделями. Наиболее подходящим для автомобилей считается метод конечных элементов в варианте метода перемещений (деформаций). Однако этот метод в автомобилестроении мало распространен, что объясняется необходимостью использования большого числа элементов для построения моделей, а также слабой изученностью связей, соединяющих подсистемы автомобиля, что снижает эффективность использования уточненных моделей подсистем, поэтому более распространен метод напряжений.
Основные задачи расчета рам с жесткой на кручение несущей системой следующие:
1) Определение прогибов рамы под действием номинальной нагрузки. Прогибы при этом не должны превышать некоторых значений, обеспечивающих сохранность и исправное действие частей кузова, и установленных при стендовых испытаниях рамы-прототипа.
2) Вычисление углов закручивания рамы при определенном значении крутящего момента, действующего на участке между поперечными плоскостями осей передних и задних колес. Углы закручивания не должны превышать значений, обеспечивающих сохранность и исправное действие частей кузова, и установленных при стендовых испытаниях рамы-прототипа.
Основные задачи расчета рам с податливой на кручение несущей системой следующие:
1) Определение напряжений, которые будут возникать в элементах рамы при движении автомобиля с полной нагрузкой по ровной дороге с мелкими неровностями (симметричное нагружение) с достаточно высокой скоростью, когда необходимо учитывать динамическое воздействие нагрузок.
2) Вычисление напряжение, которые будут возникать в элементах рамы при низкой скорости движения автомобиля с полной нагрузкой, когда одно колесо менее нагруженного моста перекатывается через неровность высотой 30 см (кососимметричное нагружение). [2]