5.8 Расчет усталостного срока службы
С применением динамической модели автомобиля-внедорожника (рис. 44), созданной и во ФРУНД, был выполнен расчет усталости. Данная динамическая модель была разработана и уже использовалась в иных работах [6, 55, 56]. Было определено 74 спектра нагружения, приложенных в 26 точках крепления рамы с кузовом, кабиной, подвеской, двигателем. Рассматривалось непрерывное движение автомобиля со скоростью 45 км/ч по дорожному покрытию, образованному ординатами профиля булыжниковой дороги с выбоинами и буграми автополигона НАМИ [33, 64]. Данные, касательно профиля дороги уже использовались ранее в прочих работах, изначально были определены экспериментально с помощью нивелирования.
Рис. 44 – Динамическая модель автомобиля-внедорожника в ФРУНД
Для анализа усталости в SolidWorks возможно использование только сплошнотельных моделей. Так как расчет оригинальной сплошнотельной модели затруднителен, то использовалась упрощенная сплошнотельная модель.
В результате
усталостного анализа была определена
карта усталостного срока службы (рис.
45) согласно которой, наименьший срок
усталостного долговечности был выявлен
в области крепления передней подвески
(3,2 года), кроме того, достаточно малый
срок службы определен в области крепления
IV,
VIII,
IX
поперечин к раме. Таким образом, найденный
усталостный срок службы соответствовал
пробегу
км.
Мин.:
3,2 г. (1,47·
км)
Рис. 45 - Карта усталостного срока службы рамы
На основании выполненного расчета усталости можно сделать вывод, что области крепления передней подвески к лонжеронам в наибольшей степени подвержены усталостному разрушению. В меньшей, но значительной степени усталостному разрушению подвержены области крепления IV, V, VII, VIII, IX поперечин к лонжеронам. Усталостный срок службы соответствует меньшему пробегу, чем ресурс большинства современных рам автомобилей-внедорожников, поэтому возможно заключить, что рама мало подвержена разрушению от усталости в процессе эксплуатации.
5.9 Выводы, результаты, предложения совершенствования
На основании проведенных расчетов были получены карты напряжений, изображения собственных форм колебаний, карта усталостного срока службы, которые позволили выявить опасные с точки зрения возникающего напряженно-деформированного состояния области сделать вывод о необходимости совершенствования конструкции рамы. В статических расчетах выявлена необходимость увеличения прочности лонжеронов в средней части рамы, прочности лонжеронов в крайних частях рамы в вертикальном направлении, уменьшения жесткости крепления поперечин к лонжеронам в центральной части рамы, увеличения жесткости плоских поперечин в вертикальном направлении. Также определены максимально допустимая скорость лобового столкновения рамы с препятствием, усталостный срок службы рамы и места возможного усталостного разрушения.
Касательно используемых моделей можно сделать ряд выводов:
1) Необходимо моделировать крепления элементов конструкции;
2) Все еще затруднительно рассчитывать подробные сплошнотельные модели;
3) Адекватные результаты виртуального инженерного анализа достигаются при анализе разных моделей, с использованием нескольких программных комплексов.
На основании проведенного расчета были выдвинуты предложения по совершенствованию конструкции:
1) Увеличить толщину листа несущих поперечин и увеличить жесткость их крепления к лонжеронам;
2) Увеличить толщину листа и высоту стенок крайних частей лонжерона, внедрить дополнительные поперечины, жестко крепящиеся к полкам крайних частей лонжеронов;
3) Заменить плоские поперечины на более жесткие;
4) Облегчить лонжероны в средней части рамы уменьшением толщины листа и незначительными вырезами в стенках с учетом концентрации напряжений, которая может возникнуть.
Заключение
В настоящей работе было выполнено исследование напряженно-деформированное состояние рамы автомобиля-внедорожника “модель 02 ВМК ВГТЗ”, с использованием компьютерных программ SolidWorks и Abaqus, позволившее выявить в ходе статических, динамических, усталостных анализов недостатки конструкции с точки зрения обеспечения надежности и выдвинуть предложения по совершенствованию конструкции.