Вибрации и динамическая нагруженность конструкций колесных машин тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ
|
Карцов, Сергей Константинович
АВТОР
|
||||
|
доктора технических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Москва
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
1995
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.02.06
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
Российская академия наук Иисзснтут маижнопедешш им. А.А.Благонранопа
Т6 Ом
На правах рукописи УДК 539.4: 629.113
КАРЦОВ СЕРГЕЙ КОНСТАНТИНОВИЧ
ВИБРАЦИИ И ДИНАМИЧЕСКАЯ НАГРУЖЕННОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ КОЛЕСНЫХ МАШИН
01.02.06 - Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры 05.05.03 - Колссные н гусеничные машины
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Москва 1995
Работа выполнена в Институте машиноведения им. А.А.Блаюнравова Российскс академии наук
Научный консультант: академик К..В.Фролов
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
И.В.Демьянушко
заседании диссертационного Совета Д-003.42.01 в Институте машиноведения РАН но адресу: 101830 , Москва, Центр, ул.Грибоедова, 4
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института машиноведения по адресу: Москва, ул.Бардина, 4
доктор технических наук, профессор Я.С.Агенкнн
доктор технических наук, профессор А.П.Гусенков
Ведущее предприятие: АО АвтоВАЗ
Защита диссертации состоится "_"_ _1995 г. в
на
Ученый секретарь диссертационного совет; д.т.н., профессор
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ДУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Соэгчние современных машин качественно вого уровня, для которого характерны усложнение конструкции, повыше-е требований по вибрациям, прочности, надежности и териалоемкости, ускорение морального износа, ставит проблем/ ренной перестройки всего процесса проектирования и доводки машин а зе более широкого использования вычислительной техники, современных годов взаимосвязанных расчетных и экспериментальных исследований намического поведения конструкций машин.
Одним из направлений технического прогресса в автомобилестрое-и, обеспечивающим достижение высоких эксплуатационных свойств косных машин всех типов, является снижение вибраций и динамических грузок, возникающих от воздействия неровностей дороги и от ащающих частей элементов силового агрегата и трансмиссии, что эновится средством существенного повышения комфортабельности, лговечности, безопасности движения колесных машин и особенно временных автомобилей.
Повышенные уровни вибрации и динамической нагруженности элв-¡нтов конструкции колесных машин приводит к существенному снижению эксплуатационных качеств:
усталостным повреждениям деталей металлоконструкций, отказам элементов виброзэщиты, виброизоляции и навесных агрегатов машины; повышенной утомляемости водителя и пассажиров; ухудшению сохранности перевозимого груза;
снижению безопасности движения из-за нестабильности контакта колес с дорогой;
повышенному излучению шума внутри кабины (кузова) и в окружающую среду;
ухудшению тягово-динамических характеристик и экономичности.
Поэтому при проектировании и доводке колесных машин и аатомо-|Лей постоянно существует необходимость решения комплекса взаимо-язанных задач:
Прогнозирование вибрационного состояния конструкций, узлов и ементов колесных машин для оценки плавности хода и сравнения с до-■стимыми нормами вибрации на сидениях водителя и пассажиров, для ализа вибронагруженно ~.ти навесных агрегатов автомобиля и переио-мого груза.
• Анализ вибрационной и динамической нагруженности упругих и дем фирующих элементов подвески, систем виброзащиты и виброизоляции ко струкций колесной машины с целью снижения динамических нагрузок этих элементах, повышения долговечности их работы, а вследств! снижения динамических нагрузок на мосты и колеса можно увеличи статическую нагрузку, т.е. грузоподъемность, особенно грузов! автомобилей.
• Оценка динамической нагруженности и долговечности металлоконс рукций колесных машин, особенно несущих систем и их узло снижение их металлоемкости.
• Оценка безопасности движения современных автомобилей по вероя ности отрыва шин от поверхности дороги (анализ деформаций и дин мических усилий в шине).
• Определение динамических усилий от колесной машины, особень большегрузных автомобилей, на дорожное покрытие, вызывающих е1 разрушение.
В этой связи важное значение приобретает разработка новых методе достаточно сложного расчетного исследования пространственных колеб< ний и вибраций, динамической нагруженности с оценкой долговечности эл( ментов и конструкций колесных машин и автомобилей при различных вида внешнего воздействия как кинематического. так и силовог (гармонического, импульсного и случайного) с подтверждение! результатами экспериментальных исследований современным испытательными средствами и методами анализа.
Основными оценочными показателями колебаний, вибраций и динг мической нагруженности элементов и конструкций колесных машиь формирующие критерии для решения указанных задач, были выбран! перемещения, скорости и виброускорения (параметры вибронагруженностк1 характерных точек конструкций, деформации или усилия в элемента подвески, виброзащиты и виброизоляции, деформации и нэлряжени, несущих конструкций.
Особенностью современных колесных машин являются развитьи системы подрессоривания, виброзащиты и виброизоляции, использовани! конструктивно сложных и многокаскадных систем. Это вызывает сложно! динамическое взаимодействие деформируемых конструкций, навесных аг регатов и элементов виброзащиты колесных машин, подтвержденное стен довыми и дорожными экспериментальными результатами. Поэтому дл) конструкции и элементов необходимо учитывать деформируемые свойств;
определенном частотном диапазоне несущих рам, кузовов, кабин, остов, подрамников и нелинейные гистэрезисные свойства 1броизолятороп, рессор, пружин, амортизаторов, а ташке поглощающую и лажиоающую способность шин.
Для сложной механической системы с нелинейными и деформиру->лыми свойствами отдельных элементов и конструкций, расчет параметров элебаний, вибраций и динамической нагруженности на различные виды тешмего воздействия как кинематического так и силового (гармонического, ипульсного, случайного) наиболее эффективно и целесообразно осуще-гвлпетсп методами численного моделирования на ЭВМ.
Именно разработке методов и программных систем компьютерного оделирования и экспериментального анализа колебаний, вибраций, дина-ической нагруженности и долговечности конструкций и элементов колесах машин на нагрузки, действующие в реальных дорожных условиях (сплуатации колесных машин, уделено в диссертационной работе особое 1имание по нескольким причинам:
отсутствие в практике отечественного машиностроения единой про->аммной системы, охватывающей весь комплекс взаимосвязанных проб-зм динамического поведения конструкций создаваемых машин;
и, как следствие, при проектировании колесных машин отсутствие до-гаточно подробных результатов расчетного исследования и выбора пара-|втров конструктивных элементов, определяющих динамическое поведе-ие конструкций, с целью повышения эксплуатационных динамических ка-еств машины;
как показал опыт проектирования и доводки достаточно динамически пожных конструкций машин, программная система и ее использование в роцессе разработки машины объединяет усилия специалистов всех КБ и абораторий, занимающихся различными проблемами в единый творческий оллектив.
Таким образом, изложенное выше подтверждает актуальность дис-ертационной работы.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - разработка методов и создание программных систем омпыотерного моделирования и экспериментального анализа вибраций, инэмической нагруженности с оценкой долговечности конструкций и эле-)ентов колесных машин как пространственных механических систем с четом деформируемости конструкций несущих рам, кузовов, кабин, юстов, подрамников и нелинейных гистерезисных свойств элементов одвески, систем виброзащиты, виброизоляции и шин на различные оилы
внешних воздействий (кинематические, силовые; гармонически« импульсные, случайные) и использование их для исследовани) проектирования и доводки конструкций колесных машин различных классе по критериям вибронагруженности, динамической нагруженности усталостной долговечности.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующи основные задачи:
• разработка методов и алгоритмов расчета V. анализа вибрационного напряженно-деформированного состояния элементов и конструкций колес ных машин;
• создание программных систем расчета и экспериментального анализ колебаний, вибраций, динамической нагруженности с оценкой долговечнс сти конструкций и элементов колесных машин на различные виды внешни воздействий;
• построение пространственных динамических моделей колесных Мс шин, в большей степени грузовых и легковых автомобилей, состоящих и подсистем твердых и упругих тел, связанных между собой упруго-демпфи руюицими соединительными элементами с линейными и нелинейным! характеристиками;
• экспериментальные исследования динамических характеристик эле ментов, вибрационного и напряженно-деформированного состояния кон струкции легковых и грузовых автомобилей в стендовых и дорожных уела виях эксплуатации с целью определения или исходных данных для компыо терного моделирования или критериев оценки динамических качеств кон струкций реальных машин;
• моделирование и расчетные исследования взаимосвязанных характе ристик вибрационного и напряженно-деформированного состояния с оцен кой долговечности конструкций и элементов автомобилей различны: классов на разных этапах проектирования и доводки;
• использование результатов расчетных и экспериментальных исследо ваний при проектировании и доводке конструкций различных класса автомобилей по критериям вибронагруженности, динамической нагружен ности и усталостной долговечности;
• разработка принципов проектирования конструкций автомобилей ш критериям вибронагруженности, динамической нагруженности и усталост ной долговечности.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА заключается в следующем:
• в использовании при построении динамических моделей метода конечных элементов с дополнительными нелинейными соединительными элементами, произвольно расположенными п пространстве, и с переходом к анапизу d нормальных координатах разложения по формам собственных колебаний упругих подсистем конструкции колесных машин;
• в учете нелинейных, в том числе гистерезисных, динамических характеристик соединительных элементов подвески, систем виброзаициты, виброизоляции и шин в динамических моделях колесных машин;
• в автоматизации процедур построения динамических моделей, составления уравнений, генерации программ для численно э интегрирования систем и анализа динамических процессов та..их механических систем колесных машин в созданной программной системе;
• в агчлизе вибрационных характеристик элементов и конструкций колесных машин как при случайном воздействии микропрофиля, таи и при импульсном от отдельных неровностей дороги;
• в применении методов оценки адекватности динамических моделей в характерных точках и элементах конструкций колесных машин rio спектральным плотностям и передаточным функциям динамических процессов, показывающих достоверность построенных динамических моделей и сопоставимость результатов расчета и эксперимента;
• в расчете напрлженно-деформированного состояния деформируемых конструкций колейных машин от дорожных воздействий по созданной программной системе;
■ в использовании гипотез усталостного накопления повреждений для >ценки долговечности исходя из расчетного определения динамического шпряженно-деформированного состояния конструкций колесных машин.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ результатов заключается в том, что: созданы программные системы компьютерного моделирования и экс-юриментального анализа вибраций, динамической нагруженности с оцен-ой долговечности конструкций и элементов колесных машин на совокуп-юсть внешних воздействий;
на разных этапах проектирования и доводки выполнялись расчетные и кспериментальные исследования вибраций и динамической нагруженности оценкой долговечности конструкций и элементов автомобилей различных лассов;
созданные програмные системы расчета и анализа вибраций и дина-тческой нагруженности установлены в подразделениях отечественных зтомобильных заводов - AMO ЗИЛ (г.Мосмва), АО АвтоВАЗ |г.Тольятти),
а -
АО УАЗ (г.Ульяновск), АО КамАЗ (г.Набережные челны) и используются при проектировании и доводке конструкций колесных машин;
• результаты по вибрационным характеристикам и по динамической нагруженное™ как расчетных, так и экспериментальных исследований использовались при проектировании и создании семейства грузовых автомобилей ЗИЛ; большегрузных автомобилей КамАЭ-5325; легковых автомобилей -ВАЗ-2109, ВАЗ-111 КОКА), ВАЗ-2124(2123); автомобилей повышенной проходимости УАЭ-31512, УАЗ-Э160 и других;
• программные системы, методические разработки и полученные результаты используются в учебном процессе для студентов и аспирантов Московского автомобилестроительного института (МАСИ).
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертации были доложены на 1У Всесоюзном симпозиуме "Влияние вибрации на организм человека и проблема виброзащиты" (1982г., Москва), на Всесоюзной конференции по вибрационной технике (1984г., Тбилиси), на Всесоюзных научно-технических совещаниях "Динамика и прочность автомобиля" (Моснва), на 1У Всесоюзной конференции. "Автоматизация поискового конструирования и подготовки инженерных кадров" (1987г., Волгоград), на X Всесоюзной конференции "Методы и средства тензометрии и их применение в народном хозяйстве" (1989г., Свердловск), на Всесоюзной конференции "Волновые и вибрационные процессы в машиностроении" (1989г., Горький), на II Всесоюзной конференции "Проблемы виброизоляции машин и приборов" (1989г., Иркутск), на научно-технической конференции "Внешний и внутренний шум автомототехники" (1993г., Дмитров), на Всероссийской научной конференции "Алгоритмическое обеспечение процессов управления в механике и машиностроении" (1994г., Москва), на научно-методическом совете по специальности "Автомибиле- и тракторостроение" Государственного комитета РФ по высшему образованию, на семинаре по проблемам машиноведения, на Ученом совете Института машиноведения.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 25 научных работ: статьи в журналах "Автомобильная промышленность", "Проблемы машиностроения и надежности машин", "Труды МосавтоЗИЛа", в методических рекомендациях Госстандарта, в трудах конференций и других изданиях.
СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, четырнадцати глав, общих выводов, заключения, списка литературы из 191 наименований, оглавления. Общий объем - 438 стр., из них 275 стр. (машинописного текста, 162 рис. на 153 стр., 17 таблиц на 10 стр.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении дается характеристика диссертации, обосновывается ктуальность, приводится структур j работы.
В первой главе выполнен обзор научных исследований по вопросам пределения характеристик случайных колебаний и вибраций применитель-о к колесным машинам. Проанализированы модели колебательных систем втомобилей с точки зрения сложности их построения, подробности и точ-ости отражения ими реальных конструкционных свойств и условий нэгру-¡ения, возможности и необходимости их дальнейшего развития. Особое нимание обращается на моделирооание упругих конструций автомобиля и ыполнение их прочностных статических и д> омических расчетов. На сновании анализа последних достижений в области моделирования втомобиля сформулированы концепции построения динамических юделей конструкций колесных машин и автомобилей, создания |рограммных систем для расчета и анализа по динамике сложных онструкций машин, проведения расчетных и экспериментальных 1сслед0ваний динамического поведения их конструкций и элементов, гаставлены основные задачи диссертации.
Случайные колебания упругих конструкций занимают в задачах струк-урной динамики и теории колебаний одно из центральных мест ввиду того, то такие режимы движения наиболее точно аппроксимируют процессы по-едения реальных объектов. Существенный вклад в теорию и практику изу-ения случайных колебаний, структурную и статистическую динамику несли В.В.Болотин, М.Ф.Диментберг, Б.П.Макаров, В.П.Макеев, LA.Силаев, В.А.Светлицкий, С.Кренделл, J.H.Argyris, W.C.Hurty, l.S.Przemieniecki, M.F.Rubinstein, J.Wittenburg и многие другие. Проблема ^счетного исследования случайных колебаний упругих конструкций юшается, как правило, в три этапа: построение модели конструкции формирование уравнений ее движения), получение и анализ инематического отклика модели (перемещения, скорости, ускорения ее очек), вычисление и обработка показателей динамической нагруженности ie элементов (усилия и напряжения в точках м.дели).
Одним из технических приложений теории случайных колебаний явля-!тсн динамическое моделирование автомобиля, представляющего собой юлинейную колебательную систему со многими степенями свободы, непо-редственно взаимодействующую с человеком-водителем и перевозимым рузом и движущуюся по дороге со случайными характеристиками микро-юровностей. Вопросы, затрагиваемые при изучении поведения автомобиля
- -to -
и его отдельных элементов, решаются на математических моделях различ ной сложности, зависящей от класса поставленных задач и мощности ЭВМ в ходе стендовых и дорожных экспериментов на реальных объектах. Bonei предпочтительным язляется моделирование, так как оно позволяет имити ровать различные конструкции и внешние условия движения автомобиля i минимальными затратами.
Одной из первых работ по теории автомобиля была монографи; Е.А.Чудакова, в которой изложены вопросы тяговой динамики, управля емости, устойчивости и плавности движения, проходимости, топливной эко номичности автомобиля.
За последние 15-20 лет вышло в свет много работ, посвященых опре делению параметров колебаний грузовых автомобилей с помощью моде лирования. В том числе публикации таких исследователей, как В.Б.Борисе вич, Э.И.Григолюк, В.П.Жигарев, С.В.Ильичев, В.И.Кольцов Л.В.Корчемный* В.В.Манцевич, В.П.Олейников, А.С.Парсамян И.Г.Пархиловский, Я.М.Певзнер, А.Е.Плетнев, О.К.Прутчикоо Р.В.Ротенберг, А.А.Силаев, В.И.Соколов, В.Е.Тольский, Р.И.Фурунжиев
A.А.Хачатуров, В.С.Цыбин, Н.Н.Яценно. Вопросами расчета колебани! грузовых автомобилей занимаются и зарубежные ученые, среди ни следует отметить таких, как J.H.Baum, D.Cebón, M.A.Dokaínish M.M.EImadany, I.Kadono, M.Mitschke, G.R.Potts, J.Wittenburg.
Важным вопросом при проектировании автомобилей является выяс нение динамической нагруженности их упругих конструкций. К таким конст рукциям относятся для грузовых автомобилей рама - наиболее ответствен ный, связующий и определяющий срок службы элемент автомобиля, на ко тором замыкаются силовые потоки, идущие от установленных на ней arpe гатов; и кабина, хотя и находящаяся в более благоприятных условиях ввид расположения на вторичной системе виброизоляции, но требующая вслед ствие сложности конструкции оценок напряженно-деформированного состс яния (НДС) во времени, а также кузов и подрамники легковы автомобилей.
Расчетам НДС упругих конструкций посвятили свои работы многие ис следователи преимущественно рам грузовых автомобилей. Среди них мо» но отметить Н.Ф.Бочарова, В.Н.Белокурова, В.Б.Борисевичс
Н.Г.Владыкина, Ф.Р.Геккера, Д.Б.Гельфгата, В.П.Жигарева, А.А.Захаровг
B.А.Ошнокова, В.Б.Проскуря-кова, О.В.Синильникова, Н.Н.Яценко. 3 рубежом расчетами упругих конструкций автомобилей занималис H.J.Beermann, D.Fuchs, U.Gotbandt, H.Oehlschlaeger.
- tf -
Вопросам усталостной долговечности деталей и конструкций машин освящено значительное количество монографий и работ. Значительный клад по вопросам многоцмловой и малоцикловой усталости 1ашиностроительных конструкций внесли В.П. Когаев, В.В.Болотин, ..П.Гусенков, В.Т.Трощенко, С.Мэнсон, применительно к конструкциям вгомобилей и трактороз С.С.Дмитриченко, О.ф.Трофимов.
Анализ состояния вопроса расчета характеристик случайных колеба-ий и напряженно-деформированного состояния несущих конструкций автоюбилей и поставленная во введении цель позволили сформулировать сновные задачи исследования.
Во второй главе представлено математичс ¿кое описание колебаний 1еханической системы, представляющей собой пространственную систему зердых и упругих тел, соединенных мемеду собой упруго-демпфирующими оединительными элементами, на различные виды внешнего воздействия, [ано описание малых колебаний абсолютно твердого тела, вынужденных олебаиий упругой подсистемы с использованием метода конечных элемен-ов, для упрощения систем дифференциальных уравнений используется писание колебаний упругих подсистем в нормальных координатах с ис-ользованием собственных частот и форм колебаний отдельных подсистем.
Система дифференциальных уравнений механической системы, опи-ывающих динамическое поведение конструкции колесной машины имеет ид
гтfy} - сс]{а - й<№=+{F%ш+{ршу < 1»
С учетом разложения по собственным формам колебаний система равнений для упругих подсистем разделяется на п уравнений вида
'Cf](t)+ 2(djfj y'j(t) + U) Cf(t) = lit), j = ','2>
ели предположить, что внутреннее демпфирование упругой подсистемы е вызывает взаимодействия собственных форм ее колебаний без емпфирования, а сосредоточенное внешнее демпфирование при олебаниях упругой подсистемы аппроксимируется характеристиками оединительных элементов.
В третьей главе обосновано использование аппарата метода конеч-ых элементов для численного анализа динамического напряженно-дефор-чированного состояния упругих автомобильных конструкций при различных идах внешнего возбуждения.
Система уравнений (1) дает искомое решение задачи о динамическом остоянии конструкции {q!t)J под действием внешнего возмущения |P(t)J.
Приводятся уравнения колебаний упругой подсистемы с учетом во: можности ее движения как твердого тела, записанные в физических и нор мальных координатах и решаемые во временной области с учетом отбрс шенных форм собственных колебаний. Выполнено сравнение методов ог ределения динамического напряженно-деформированного состояния ело» ных упругих конструкций при произвольном низкочастотном возбуждение основанных на прямом использовании физических координат и на том ил ином преобразовании нормальных координат. Обоснована целесообра: ность применения для расчета сложных упругих подсистем метода норме льных форм для ускорений, учитывающего квазистатическое действие вне шних сил и сил инерции твердого тела, а также динамическую добавку о упругой инерции и демпфирования подсистемы.
Для нахождения полных физически* координат упругой подсистем! получаются соотношения:
- +т-т^тт){г}. «
Операция (3) эквивалентна однократному выделению квазистатиче ской составляющей вектора физических координат упругой подсистемы Уравнения (3) есть расширенная запись метода нормальных форм для уско рений, выполненная с учетом возможности колебаний упругой подсистем как твердого тела. Обычный метод нормальных форм для перемещенш требует удержания лишь одного первого члена в (3).
.Наиболее быстрый, надежный и эффективный метод расчета дина мических напряжений в упругих подсистемах - это МНФУ. Он имеет тако важное достоинство прямых методов, как точность, в то же время этот ме тод в вычислительном плане практически не отличается от МНФП, так ка требует сравнительно небольших затрат в противоположность прямыг методам. Квазистатическая составляющая напряжения от действия внеш них сил и сил инерции твердого тела рассчитывается точно, изменение величины динамической составляющей напряжения быстро затухает с рос том числа учитываемых форм напряжений собственных колебаний. Перечисленные преимущества метода ускорений оказываются незаме ни мыми при исследовании динамической нагруженности упругих конструкций состоящих из значительного числа конечных элементов, в течение больше го интервала времени с плотной его дискретизацией.
Использование нормальных координат для вычисления отклика упру гой подсистемы на внешнее возбуждение имеет преимущества по сравне
(ню с физическими, особенно при учето вклада отброшенных форм собст-¡енных колебаний.
Сравнительный анализ мстслоз расчета динамического напряженно-деформированного состояния упругих подсистем показал достоинства метода нормальных форм для ускорений как эффективного и разумного ком-1ромисса между точностью и скоростью вычислений при подробном исследовании на ЭВМ изменения напряженного состояния сложных, многокомпонентных упругих конструкций во времени.
В четвертой главе описаны теоретические основы расчета характеристик усталостной долговечности элементоз конструкций колесных машин, при этом рассматривается как многоцик .овал, так и малоцикловая усталость. Представлено описание характеристик сталей автомобильных конструкций: диаграммы циклического деформирования, сопротивления многоцикловой и малоцикловой усталости. На рис.1 представлены кривые усталости образцов из сталей автомобильных конструкций: 1 - 22Г2ТЮ, 2 - 20ГЮТ, 3 - сталь 20, 4 - 08кп; а на рис.2 - зависимость усталостной долговечности образцов из сталей 22Г2ТЮ (кривая 1) и 15ГТЮ (кривая 2) от упругой (Лее), пластической (Лпр) и упругопластической (Ае) деформации.
Для расчета нагруженности элементов конструкции используется схематизация процессов по методу "падающего дождя". Для расчета малоцикловой усталости о зонах концентрации напряжений используется модифицированное соотношение Нейбера. Основные соотношения для гипотез накопления усталостных повреждений: линейная и скорректированная линейная гипотеза накопления усталостных повреждений, а также нелинейная гипотеза накопления усталостных повреждений Кортена-Долана.
В пятой главе представлена программная реализация системы расчета и анализа вибраций конструкций машин ШКйЭ для получения параметров вибраций во времени точек твердых и упругих подсистем, соединительных элементов, входящих в нелинейные пространственные модели конструкций машин (в том числе колесных машин и автомобилей), подвергающихся произвольному (случайному, гармоническому, импульсному) внешнему воздействию, блок-схема которой представлена на рис.3.
А также представлена программная реализация системы расчета и анализа динамических деформаций инапряжений в упругих телах, схематизация процессов нагружения конструкций машин по методу "падающего дождя" и расчета характеристик накоплени:» усталостных повреждений по
- -
6o, rtfJct
Рис. i
1
Xi 4 &Z=cW
f/
Рис. 2
Рис.*
различным гипотезам суммирования ОУМБТ^ блок-схема которой пре; ставлена на рис.4.
Приводятся основные характеристики и структуры систем, у программное окружение, схемы выполнения расчета параметров вибраци и напряженно-деформированного состояния механической системы упруго подсистемы во времени.
Описаны процедуры статистической обработки рассчитанных реалу заций, организация хранения и доступа к информации, используемой сис темой при работе.
В зависимости от видов расчета и внешнего воздействия выводятся:
• реализации колебательных процессов;
• среднеквадратические значения в третьоктавных, октавных полосах и определенном диапазоне частот;
• спектральные плотности процессов;
• взаимные спектральные плотности двух любых процессов;
• функции когерентности ;
• модуль и фаза передаточной функции;
• действительная и мнимая части комплексной передаточной функции;
• гистограмма распределения максимумов;
• плотность вероятности распределения процессов;
• совместная плотность вероятности распределения двух процессов;
• мощность рассеяния энергии в соединительном элементе;
• среднее число выбросов процесса за заданный уровень;
• средняя продолжительность выброса;
• амплитудно - частотные характеристики ;
• мнимые и действительные части амплитуд параметров колебаний прк периодическом возбуждении;
• фазовые портреты колебаний параметров при периодическое возбуждении;
• схематизация процессов нагружения конструкций машин по методу "падающего дождя";
• характеристики накопления усталостных повреждений по различным гипотезам суммирования.
В цистой таве приведены методы и результаты экспериментального исследования динамических характеристик на примере конструкции малолитражного легкового автомобиля ВАЗ-1111. Основной задачей проведенных исследований автомобиля ВАЗ-1111 было определение вибрационных характеристик и модальных параметров его конструкции.
В результате проведения стендовых и дорожных испытаний легко-ого автомобили ВАЗ-П11 "ОКА" получены данные о резонансных и ¡пектральных характеристиках ш граций конструкции автомобиля малого ласса. Проведен модальный анализ конструкции легкового автомобиля 1АЗ-1111 о стендовых условиях при широкополосном случайном и ж1пульсном возбуждении.
В процессе экспериментальных исследований были определена: нейтральные плотности аиброускорений характерных точек автомобиля, 1ередаточные функции элементов сиброзащиты и виброизоляции автомобиля ВАЗ-1111 при движении по стандартным испытательным участкам ютополигонз; резонансные частоты, коэффициенты демпфирования и форды колебаний автомобиля на подвеске, подвески силового агрегата; розо-1ансные частоты, коэффициенты демпфирования и формы упругих колебаний конструкции кузова автомобиля; характеристики элементов системы мброзащиты и виброизоляции автомобиля. На рис.5 представлены >еэонзнсныс формы колебаний деформируемого кузова с частотами: а -
ЮЛ 9 Гц, б - 32.90 Гц, в - 36.55 Гц, г - 39.41 Гц, д - 47.25 Гц, о - 50.39 'ц.
Результаты исследования вибрационных характеристик использова-)ы для совершенствования конструкции автомобиля ВАЗ-1111, а также при ••оздании новых моделей автомобиля малого класса.
В седьмой главе описаны особенности моделирования вибраций конструкций колесных машин, касающиеся динамических свойств элементов :истем подрессоривания (рессорных, пружинных подвесок автомобилей, 1мортизаторов), виброзащиты и виброизоляции (виброизоляторы силовых ¡грегзтоз и кабин), задаваемых в виде нелинейных и гистерезисных хэ->актеристик соединительных элементов, а также поглощающей и сглажи-¡ающей способности шин. Представлены экспериментальные характерис-"ики указанных элементов для различных моделей автомобилей.
Для описания динамических характеристик рессоры необходимо задать следующее:
а) внешнюю характеристику рессоры (ри .6,а), внутри которой заключены все возможные полуциклы деформации рессоры;
б) зависимость силы Я от деформации рессоры Д в течение полуцикла деформации (кривую полуцикла), одинаковую для увеличения и уменьшения деформации;
- /в -
u s CL
Рис.7
- го -
в) величину "зоны нечувствительности" модели е, если приращем текущей деформации рессоры Д по модулю меньше е, то значень силы рессоры на данном шаге счета не изменяется. Внешняя характеристика задается о виде ветвей нагрузки и разгрузн рессоры (рис.6,а). Каждая из ветвей представляет собой ломаную лини без разрывов, состоящую из трех участков, левые границы которых Л¡, где - номер участка.
На каждом из участков ветвь внешней характеристики описывается
виде:
т; = кл -л + Гл, (-
где к и Р постоянные, для ветви разгрузки I = 1, нагрузки \ = 2.
Кривая полуцикла описывается суммой экспонент с весовыми коэс фициентами ЧЧ] и '■
где
|Д -Д(|)| - деформация рессоры с момента начала текущего полуциклг РШ - ширина петли гистерезиса характеристики 'нагрузка - деформ ция' рессоры в момент начала текущего полуцикла. На рис.6 показана упругая характеристика подвески (а), скорости! характеристика амортизатора (б) перспективного грузового автомобиля: п редняя (кривые 1, 1') и задняя (кривая 2) подвеска.
"Характеристику радиальной упругости определяют как нелрерывну зависимость между радиальной нагрузкой, действующей на шину, и ее р диальной деформацией. На рис.7 представлена упругая радиальная х рактеристика шин 260-508Р модели И-Н142Б (а, передняя - кривая задняя - кривая 2) грузового автомобиля, 195/70 Ш5 (б, в) легково! автомобиля. На указанных характеристиках видно, что нелинейноа упругой силы проявляется нэ начальном участке смятия и в верхней част) а сила неупругого сопротивления, характеризуемая расстоянием г вертикали между линиями нагрузки или разгрузки и средней линие! должна приниматься нелинейной оо всем диапазоне деформаций, так к: именно ее нелинейностью определяется замкнутая петля.
Учитывая это в программной системе ИМКйБ заложена возможное моделирования поглощающей способности шин с помощью гистерезиснс характеристики как и для рессорной подвески. Параметры гистерезиснс характеристики для шины определяются на основе стендовых и дорожнь испытаний реальных шин.
Длима плтна контакта шины с опорной поверхностью дороги зависит |Т параметров колебаний системы, чем интенсивнее вертикальные колебания масс, тем значительнее изменение длины пптна. Используя теорию онких гибких оболочек, было использовано достаточно простое, в виде юлинейного алгебраического уравнения, соотношение между длиной |ятна контакта а и нормальным прогибом шины И2
а = £(\Г/+2Г0-/7г-лг'~/1,
до г0- свободный радиус колеса,
А. - параметр, который определяется по нормальному прогибу и длине штнэ контакта при статическом нагруженни шины.
Таким образом, о новой модели традиционная колебательная система ютомобилл между дорогой и шиной дополнена новым звеном - "звеном улаживания", которое осуществляет переменное осреднение входного воздействия дороги, и обратной связью всей колебательной системы к звену улаживания, отражающая функциональную зависимость параметра осред-чонил (длины пятна контакта) от выходного показателя колебательной зистемы (нормального прогиба шины) (6).
В восьмой главе описана структура, порядок построения пространст-зенной нелинейной динамической модели грузового автомобиля, включающих упругую раму и упругую кабину с оперением, и принципы моде-пированил движения автомобиля по дорогам случайного профиля. Выполнена проверка адекватности модели автомобиля при движении по различным дорогам, показавшая ее достаточно хорошее соответствие реальному объекту. Проведена оптимизация жесткостных характеристик виброизоляторов силового агрегата по двум противоречивым критериям, направленная на снижение вибронагруженности передней части автомобиля. По результатам расчетов установлено влияние параметров подвески и рамы автомобиля на его вибронагруженность. Исследована чувствительность вибрации передней части автомобиля к модификации рамы и намечены пути улучшения ее конструкции. Показано существенное уточнение модели при учете упругих свойств кабины и оперения и разработаны рекомендации, направленные на снижение уровня упругих колебаний задней стенки кабины.
Для проведения расчетов вибронагруженности грузового автомобиля и НДС рамы была построена его динамическая модель с упругой рамой. На рис.8 представлена пространственная динамическая модель грузового автомобиля ЗИЛ-4331 (а), конечно-элементные модели упругой рамы (б) и кабины с оперением (в).
Рис.0
Оснопные показатели адекватности динамической модели грузового автомобилл с упругой рамой - СКО вертикальных виброускорений на рамо над мостами и вертикальных динамических прогибов рессор приведены в табл.1. На рис.9-10 изображены расчетные и экспериментальные графики спектральной плотности вертикальных виброускорений на раме над мостами для некоторых режимов движения автомобиля: на рис.9 - спектральные плотности вертикальных виброускорений на левом лонжероне рамы при движении по разбитому булыжнику (30 км/ч), а на рис.10 - при движении по ровному булыжнику (30 км/ч) с грузом: а - над передним мостом; б -над задним мостом.-расчет; - - -эксперимент.
В девятой главе исследованы виброзащитные свойства подвески сиденья при движении грузового автомобиля по дорогам 1, 2, 3 категорий. Предложена динамическая модель системы "человек-сиденье", для которой в составе динамической модели грузового автомобиля оценивались параметры плавности хода при вариации характеристики амортизатора подвески сиденья при импульсном и случайном возбуждениях с целью определение оптимальных рабочих характеристик амортизатора подвески сиденья.
Методом взаимного спектрального анализа оценивэлась передаточная функция (АЧХ и ФЧХ) системы "человек-сиденье".
Анализ полученных графиков АЧХ выявил следующие особенности:
1. АЧХ системы "человек-сиденье" имеет два основных максимума;
первый - на частоте собственных колебаний всей массы тела на упругости; второй - о зоне 5-8 Гц.
2. Уровень АЧХ о зоне 5-8 Гц в 2-5 раз выше расчетного для одномассовой
модели.
3. Вид и значения ординат АЧХ мало зависят от скорости движения; с рос-
том неровности дороги ординаты второго максимума (5-8 Гц) могут существенно уменьшаться.
Проведенные эксперименты позволили подобрать-структуру и численные параметры математической модели системы "человек-сиденье" (рис.11 ,а).
При наличии подвески сиденья в структуру добавляются соответствующие элементы; в их числе могут быть и нелинейные и гистерезисные связи.. На рис.11,б,в приведены гистерезисные характеристики упругости подушки и подвески сиденья. Эти характеристики построены на основе обобщения экспериментальных данных по статическим испытаниям четырех образцов сидений.
Таблица /
Сравиениг расчета и эксперимента (диапазон частот
о...гг.4 гш
ско вертикальных ииброус-корений над мостами на ране слева . н/сг СКО вертикальных динани-ческих прогибов левых рессор, кн
спереди сзади спереди сза< 1И
с ГРУЗОМ без груза с РРУЗОН без груза с ГРУЗон без груза с грузом без груза
10 1. 51 Т.'БО 1.57 ТГм иго 1Г65 г. 27 1,~7в 21.7 2Э."6 15,8 24*0 зг.'о 10,9 35Го
15 г. 27 г." зв 2. 27 г.00 2.27 г." То 2. 97 гГзь 33.0 35Г0 20,5 згГо 35.0 60, 0 13,4 55, 0
£0 4, 12 з.'об 3. 91 г._45 3. 25 гГвб 4. 13 ЗГ10 за. 6 43~0 28.2 зоГо 44,0 64, 0 19,3 65,0
30 4. £4 чГёз 4. 11 4,"93 3. в5 з."ъ5 б. 87 в,"га 47,9 5г.*5 40.4 39."6 48,5 6 5."о 35,9 74Г0
30 2.61 г'ЛЬ ?•-?? ]."ао 1,38 1Г60 г. 21 Геб Л'Л *7,*6 "тГ6 11,6 *4Л _7,9 "ёГч
45 г. вз ¿Гзз г. 71 1. ¿4 1.61 1ГГ5 2, 50 г."65 10.9 '9Г6 8.7 "в,"В 12,1 ~тГ1 8,3 "вГ5
60 3.21 ¿."53 3.12 Г98 1. 89 Ь40 2, 71 г.'н 13.5 п."о _9,4 ТгГо 13.2 8,8 ТоГо
30 0» 79 оГбо 0,76 6Г72 0, 40 6Г50 0,92 ¿Г9& ,3.3 То ~иг .ЬЛ "оГб Л'Л ~о~т
50 1.26 61*96 1. 24 Ь07 0. 58 6."5б 1. 19 1, 10 4. 0 1.7 3.4 1.7 4.4 0.7 2,6 "¡.~4
70 1.65 1."66 1.58 I Го7 0, 66 0. 70 1. 42 1,10 5,1 3.0 3.9 "¿Гт _5,§ Те _3,0 "У.й
Примечание. В числителе приведены расчетные данные, знаменателе - экспериментальные.
Рис. 10
В качестве объекта применения регулируемого подрессоренного сиденья выбран автомобиля ЗИЛ-4331; модель "человек-сиденье" встроена о общую динамическую модель автомобиля, схематично представленную на рис.8,а.
Оценка результатов расчета проводилась по вертикальным ускорениям на остове сиденья и относительным перемещениям в подвеске сиденья.
На рис.12 представлены спектральные плотности виброускорений на сиденьи при движении по асфальтобетону (а; 70 км/ч) и по разбитому булыжнику (б; 15 км/ч)
На рис.13 представлены реализации деформаций подвески (а, в) и виброускорений на остове (б, г) сиденья с амортизатором вар.5 (а, б) и взр.27 (в, г) при съезде во впадину и наезде на выступ (25 км/ч) Так, на рис.13,а,б видны колебания, возникающие при съезде автомобиля во впадину и наезде на препятствие (соответственно левая и правая часть графи--ков). Как видно, минимальное значение ускорений на остове сиденья водителя, при переезде через единичную неровность, обеспечивает амортизатор с характеристикой по варианту 27 (рис.13,в). При этом хода укладываются на линейный участок упругой характеристики подвески сиденья (рис.13,г).
В десятой главе помещены результаты исследования динамического напряженно-деформированного состояния рамы грузового автомобиля при движении по реальным и специальным дорогам с различными скоростями и весовыми состояниями. Для специальных дорог помимо описания их характеристик выполнены расчеты вибронагруженности рамы. Вследствие ограниченного объема диссертационной работы в главе приводятся только обобщенные показатели нагруженности рамы в виде математических ожиданий и средних квадратических отклонений нормальных напряжений в сечениях лонжеронов на кромках его полок, где, как правило, значения напряжений максимальны, а также спектральные плотности указанных напряжений в нескольких сечениях правого лонжерона. С использованием данных результатов выполнен анализ влияния качества дороги, скорости движения и загрузки автомобиля на статистические характеристики напряженно-деформированного состояния его рамы и установлено соответствие их эксперименту. Исследовано влияние изменений в конструкции рамы на ее динамическую нагруженность при движении автомобиля по реальным дорогам. Выявлена связь динамической нагруженности и вибрации элемен-
- LZ -
тов кабины и оперения при движении автомобиля по дороге случайного профиля.
На рис.14 показаны расчетные и экспериментальные СП напряжений при движении по разбитому булыжнику в двух сечениях правого лонжерона - после второй и перед третьей поперечиной. Данные сечения выбраны из соображений отсутствия в них концентраторов и сосредоточенных нагрузок для максимального исключения локальных эффектов.
В одиннадцатой главе с использованием программной системы ИМКОЭ разработана динамическая модель легкового автомобиля ВАЗ-1111, представленная в виде системы твердых тел (силовой агрегат, подрамник, передние и задние колеса, человек-сиденье) и упругого кузова. Представлены результаты расчетного определения параметров вибронагружеиности конструкции легкового автомобиля ВАЗ-1111 и его элементов на участках дорог с различными типами покрытия. Проведено сравнение результатов расчет-ного и экспериментального определения параметров вибронагружеиности и плавности хода автомобиля.
В таблице 2 представлены собственные частоты свободного кузова. Здесь же даны основные, сравнимые с расчетными, резонансные частоты, полученные в эксперименте при модальном анализе, соответствующие упругим формам колебаний, и краткая характеристика наиболее характерных форм колебаний.
Таблица 2
Собственные частоты колебаний кузова, гц_
N Расчёт Характеристика формы Эксперим. Ч»ЭКС°/° 2 И =
7 25.5 - - 8.1
8 31.0 Кручение кузова 1 тона , 30.19 4.17 8.0
9 37.4 Кручение кузова 36.55 2.98 5.9
10 38.8 Кручение кузова - 6.8
11 39.8 Изгиб кузова 1 тона 39.41 2.75 6.8
12 40.5 Кручение основания кузова - 3.7
13 43.8 Кручение основания кузова - 4.8
14 4-1.0 ■ .ручение кузова 2 тона - 5.0
15 44.9 Изгиб кузова 2 тона 47.25 2.15 6.4
16 46.4 Кручение передка кузова - 5.0
17 50.0 Поперечный изгиб кузова - 4.5
18 52.3 - - 5.7
J ¿ • i * i A • • » ¿ Я ¡ Ï » • jk
11 '............(S
¿i • i ! ! л i • ! ! л ' i ! J a
1 £¡ ' I • ! Л • • • ! Л • ¡ • ¡ j li • • i ч л i i i ! Д i.i i !
- 6Z -
Основные показатели адекватности динамической модели легкового автомобиля с упругим кузовом расчетные и экспериментальные графики спектральной плотности вертикальных виброускорений на кузове над колесами в точках крепления передней и задней стойки подвески. На рис.15 представлены спектральные плотности виброускорений над передним (а) и задним (г) колесом, на заднем колесе (6, д) и передаточная функция передней (в) и задней (е) опоры силового агрегата при движении по асфальтобетону (а-г, 70 км/ч) и ровному булыжнику (д, е; 60 км/ч): -эксперимент, - - - - расчет.
В двенадцатой главе с использованием разработанной программной системы 0У№ЭТР1 выполнено определения динамического напряженно-деформированного состояния (НДС) упругой подсистемы "кузов автомобиля", входящей в многомассовую модель легкового автомобиля ВАЗ-1111 и представленной в виде конечноэлементной модели, состоящей из оболочечных и стержневых конечных элементов. Представлены результаты расчетного определения динамических напряжений и усталостной долговечности в конструкции кузова легкового автомобиля ВАЗ-1111 при моделировании его движения по участкам дорог с различными типами покрытия. Выполнено сравнение полученных расчетным и экспериментальным путем параметров динамического НДС кузова автомобиля. На рис.16 представлена расчетная нагруженность элементов конструкции кузова при движении по ровному булыжнику (60 км/ч): а -т.568 стакана на задней подвеске, б - порог пола. На рис.17 даны спектральные плотности эквивалентных напряжений на заднем т.568 стакане подвески (а) и на туннеле т.290 (б) при движении по ровному булыжнику (60 км/ч):-- расчет,----эксперимент.
В тринадцатой главе с использованием программной системы ^КОБ и ОУГ^БТИ представлены результаты расчетного определения параметров вибронагруженности и динамической нагруженности на различных этапах проектирования конструкций перспективного грузового автомобиля по участках дорог с различными типами покрытия.
На рис.18 представлены спектральные плотности вертикальных виброускорений на переднем конце лонжерона (а) с поперечинами открытого (вар.1) и закрытого профиля с толщиной лонжерона 6.4 мм (вар.7) и кабине под сидением (б) при движении по ровному булыжнику (60 км/ч). На рис.19 представлены спектральные плотности нормальных напряжений в нижней полке лонжерона с грузом 6т (кривая 1) и 8т (кривая 2) (а -
Рис. /<9
сечение 9, б - сечение 11, в - сечение 25, г - сечение 26) при движении по ровному булыжнику (60 км/ч).
В четырнадцатой главе выполнено расчетное исследование параметров вибронагруженности на этапе эскизного проектирования конструкций полноприводного легкового автомобиля ВАЗ-2124. На рис.20 представлена динамическая модель легкового автомобиля ВАЗ-2124 (а), конечно-элементная модель упругого кузова (б).
Рассчитыпались вибрационные характеристики вариантов автомобиля ВАЗ-2124 с твердотельным и упругим кузовом при изменении конструктивных параметров систем виброзащиты и виброизоляции с целью выбора параметров подвески автомобиля, опор двигателя и подрамников, сиденья и оценки влияния жесткости кузова на уровень вибраций. На рис.21 показаны деформации передней {а, в, д, з) и задней (б, г, е, ж) подвески при съезде во впадину и наезде на выступ (30 км/ч) с амортизатором вар.1 (а -г) и вар.2 (д - ж), а на рис.22 - спектральные плотности виброускорений над передним (а - в) и задним (г - е) колесом на кузове вар.1 (а, г), вар.2 (б, д) и вар.З (в, е) при движении по асфальтобетону (110 км/ч).
В заключении приведены общие выводы и основные результаты диссертационной работы.
Общие выводы
1. Учет гистерезисных характеристик элементов подвески позволили смоделировать зависимость динамической жесткости подвески (частоты колебаний) автомобиля от уровня дорожного воздействия, а введение нелинейных скоростных характеристик амортизаторов позволило оптимизировать виброзащитные свойства подвесок автомобиля и сиденья регулированием сопротивления на дроссельном режиме и скоростью открытия клапанов амортизатора.
2. Экспериментальные исследования вибраций автомобилей показали необходимость учета деформируемости особенно несущих конструкций с частот 5-6 гц для грузовых и 8-10 гц для легковых автомобилей, а учет деформируемости несущих рам, кузовов, кабин, мостов, подрамников позволил выявить проявление резонансных свойств этих конструкций в диапазоне частот до 89,6 гц и рассчитать динамическую нагруженность этих конструкций от дорожного воздействия.
3. Выбор параметров подвески автомобиля и сиденья проводился как при случайном воздействии микропрофиля так и при импульсном от отдельных неровностей дороги, что позволило обеспечить ограничение хода подвесок и безударный режим их работы.
б)
Рис.2 О
п"
- .16
-.15
- .14
- ,13 -.12
- .t1 -.10
- «09
- .00 -.01
- .CS
- .03
- .03
а)
Л"
- .16
- .15 -.14
- .13 -.12
- .11 -.10
-.01 -.06 -•03 -.04
а?
\
1 ps
J-'
i
/
/
If
! 1
i i
1
«I \ r*
"Mi \
/
/
1
t,c
-¿wo -.1860 ,1Б20 -Д560 -.1300
>%1эео
.1320 .1260 .1200 -JVHO ,1080 -.1020 -¿360 б)
г
-Л820 .1150 ,1680 -.1610
'.км ■.«00 -.1330 '.1260 -.1190 .1120 '.1050 ТОМ 4910 4BÍQ
г).
т^г
t,c
/
Л
В \
' \
/W - \ r* \
\ r*
С,с —»J
Рис. 2/
Рис.22
4. Сравнение проведенных расчетных и экспериментальных исследований вибраций и динамической нагруженности конструкций колесных машин о тех же характерных элементах и точках, в которых устанавливались датчики перемещений, ускорений и деформаций, показало достоверность построенных динамических моделей.
5. Определены коэффициенты демпфирования по формам собственных колебаний несущих систем автомобилей, которые составляют 0,02...0,05 для металлических конструкций.
6. Полученные результаты по вибрациям и динамической нагруженности подтверждают сложное динамическое взаимодействие деформируемых конструкций несущих рам и кузовов, виброизолированных силового агрегата и кабины, и мостов, а также элементов виброзащиты и виброизоляции, связанные с проявлением резонансных свойств подвески силового агрегата, кабины и сидения, неподрессоренных масс мостов и колес и деформируемых форм колебаний несущих систем.
7. Выявлена взаимосвязанность вибрационного и напряженно деформированного состояния конструкций колеси 1 с машин по спектральным плотностям динамических процессов отклика от нагрузок, действующих в реальных условиях эксплуатации.
8. Наблюдается проявление супергармонических колебаний, характерных как для ускорений, так и для напряжений, из-за существенной нелинейности подвески автомобиля при движении по волнообразному профилю дорожного покрытия.
Э. Для панелей кузовов и кабины, опертых по краям на элементы каркаса и нагруженных собственными силами инерции, область наибольших СКО напряжений и виброускорений совпадают.
10. Уровень напряженно-деформированного состояния несущих систем автомобилей от ряда единичных неровностей (условия бездорожья) в 10-100 раз больше, чем при движении по асфальтобетонным дорогам, особенно в местах крепления поперечин к лонжеронам, что и определяет усталостную долговечность элементов несущих систем автомобиля.
11. Включение поперечин закрытого профиля уменьшает уровень вибрации конструкции автомобиля в определенном диапазоне частот, но вызывает перераспределение напряжений в зонах соединения поперечин и их кронштейнов к лонжеронам несущих систем автомобилей
12. Предложенная модель системы "человек-сиденье", встроенная в динамическую модель грузового автомобиля, позволила спрогнозировать
>асчетным путем показатели плавности хода более точно в соответствии с >езультатами экспериментальных измерений.
13. Выводы л рекомендации по конкретным моделям автомобилей 1риведены в соответствующих главах, в которых эти автомобили расмат-)ивались.
Основные результаты работы заключаются в следующем.
1. Разработаны методы расчета и анализа вибраций, динамической нагруженности с оценкой долговечности конструкций и элементов колесных иашин как пространственных механических систем с учетом деформируемости конструкций несущих рам, кузовов, кабин, мостов, подрамников и нелинейных гистерезисных свойств элементов подвески, систем виброзащи-гы, виброизоляции и шин на различные виды внешних воздействий (кинематические, силовые: гармонические, импульсные, случайные).
2. Предложены методы расчетного определения динамического напряженно-деформированного состояния с использованием гипотез устало-зтнсо накопления повреждений для оценки долговечности конструкций юлесных машин.
3. Созданы программные системы компьютерного моделирования и жспериментального анализа вибраций, динамической нагруженности с эценкой долговечности конструкций и элементов колесных машин на совокупность внешних воздействий;
4. Проведены экспериментальные исследования динамических характеристик элементов, вибрационного и напряженно-деформированного состояния конструкции легковых и грузовых автомобиля в дорожных условиях эксплуатации; определялись вибрационных характеристик и модальные параметры конструкции ряда автомобилей в стендовых условиях.
5. На различных этапах проектирования и доводки выполнялись моде-пирование и расчетные исследования взаимосвязанных характеристик вибрационного и напряженно-деформированного состояния с оценкой долговечности конструкций и элементов автомобилей различных классов.
6. Выявлено ряд динамических свойств для конструкций колесных машин, представленных в общих выводах по диссертационной работе.
7. С использованием результатов расчетных и экспериментальных исследований осуществлялось проектирование и доводка конструкций различных классов автомобилей по критериям вибронагружеиности, динамической нагруженности и усталостной долговечности.
- i, о -
8. Созданные программные системы расчета и анализа вибраций t динамической нагруженности установлены в подразделениях отечествен ных автомобильных заводов: AMO ЗИЛ (г.Москва), АО АвтоВАЗ (г.Тольятти), АО УАЗ (г.Ульяновск), АО КАМАЗ (г.Наб.челны) и используются прк проектировании и доводке конструкций колесных машин и автомобилей.
9. Результаты по вибрационным характеристикам и по динамическое нагруженности как расчетных так и экспериментальных исследований ис пользовались при проектировании и создании семейства грузовых автомо билей ЗИЛ, экспедиционно-спасательной колесной машины ЗИЛ-4906, большегрузных автомобилей КамАЗ-5325 ; легковых автомобилей АС АвтоВАЗ- -ВАЗ-210Э, ВАЗ-1111 (ОКА), ВАЗ-2124(2123); автомобиля повы шенной проходимости УАЗ-Э1512, УАЗ-Э160 и других. Выводы пс динамическим свойствам отдельных моделей автомобилей представлены с главах, в которых эти объекты рассматривались.
10. Программные системы, методические разработки и полученные результаты используются в учебном процессе для студентов и аспирантос Московского автомобилестроительного института (МАСИ).
Выводы и результаты работы позволяют утверждать о решении круп ной научной проблемы по динамике колесных машин, имеющей важное народнохозяйственное значение в автомобилестроении.
Основные положения диссертации отражены в работе:
1. Карцов С.К., Макаров С.Б., Перминов М.Д., Ставицкий А.И. Резо нансные испытания конструкций АТС// Автомобильная промышленность.-1985,- N 7,- С. 14-15.
2. Карцов С.К., Плетнев А.Е., Раввин А.Г., Рыков С.П., Яценко H.H. Новая модель сглаживающей способности шин. Расчет колебаний автомобиля// Автомобильная промышленность,- 1992,- N 11. - С. 18-21.
3. Карцов С.К., Карабан В.В., Сафронов Ю.Г., Синев А.В, Оптимизация спектра собственных частот подвески твердого теле варьированием геометрических и жесткостных параметров виброизоляторов// Проблемы машиностроения и надежности машин. • 1993. - N 2. - ".20-25.
4. Карцов С.К., Веретенников А.П., Горобцов A.C., Раввин. А.Г Система моделирования колебаний элементов автомобиля// Конструирование, исследование, технология и экономика производства автомобиля-Труды МосавтоЗИЛа- М., 1 989.-Вып.16,-С. 72-77.
- -
5. Карцов С.К., Раввин А.Г., Спиридонов Е.В., Ямлольсний Д.А. Моделирование динамического напряженно-деформированного состояния рамы автомобиля при случайном нагружении// Конструирование, исследование, технология и экономика производства автомобиля - Труды МосавтоЗИЛа- М., 1990,- Вып. 17,- С. 75-80.
6. Карцов С.К., Веретенников А.П., Плетнев А.Е., Цибарт В.В., Ямпольский Д.А. Моделирование и расчет вибронагруженности несущей системы// Практика автоматизированного проектирования в машиностроении- М.: Машиностроение,- 1989.- С. 77-82.
7. Карцов С.К., Горобцов A.C., Раввин А.Г., Ямпольский Д.А. Система расчета и анализа динамического напряженного состояния упругих тел// Практика автоматизированного проектирования в машиностроении-М.: Машиностроение,- 1989,- С. 83-87.
8. Карцов С.К., Веретенников А.П., Горобцов А.С..Раввин А.Г., Фролов К.В. Программная система для численного моделирования нелинейных колебаний упругой конструкции автомобиля при различных видах возбуждения// Тезисы Всесоюзного научно-технического совещания "Динамика и прочность автомобиля"- М., 1984,- С.43.
9. Карцов С.К., Горобцов A.C., Раввин А.Г., Спиридонов Е.В., Ямпольский Д.А. Динамическая нагруженность рамы грузового автомобиля три движении по дорогам реального профиля// Тезисы IY Всесоюзного научно-технического совещания "Динамика и прочность автомобиля"- М., 1990.- С.65.
10. Карцов С.К., Плетнев А.Е., Раввин А.Г., Рыков С.П., Ямпольский Ц.А. Учет эффекта переменного сглаживания пневматических шин при формировании случайного воздействия дорог// Тезисы IY Всесоюзного научно-технического совещания "Динамика и прочность автомобиля"- М., 1990.3.106-107.
11. Карцов С.К., Шемьи-заде В.Э. Автоматическое формировавание динамической матрицы жесткости сложной механической системы на ЭВМ// Колебания сложных упругих систем - М.: Наука- 1982. - С. 48-55.
12. Карцов С.К., Перминов М.Д. Исследование колебаний сложных инструкций методом синтеза форм колебаний// Колебания сложных упру-их систем - М.: Наука- 1982.- С. 12-18.
13. Карцов С.К., Перминов М.Д. Применение метода подсистем к анализу колебаний гибридных механических систем// Колебания сложных упругих систем - М.: Наука- 1982.- С. 19-25.
14. Карцов С.К., Перминов М.Д., Шемьи-заде В.Э. Методы расчета колебаний сложных пространственных конструкций в области низших форм колебаний. - М.: Госстандарт- 1982.- 144с.
15. Карцов С.К., Диментберг Ф.М., Перминов М.Д. Методология расчетно-экспериментального исследования колебаний сложных пространственных конструкций машин, направленного на улучшение вибрационных характеристик и снижение металлоемкости// Снижение металлоемкости и повышение ресурса машин на основе совершенствования стандартов по расчетам и испытаниям на прочность - М.: Госстандарт- 1982.
16. Карцов С.К., Перминов М.Д.,Ставицкий А.И. Методика экспериментального исследования динамических характеристик пространственной системы автомобиля// Тезисы IY Всесоюзного симпозиума "Влияние вибрации на организм человека и проблема виброзаидиты" - М., Наука- 1982.- С.38-39.
17. Карцов С.К., Макаров С.В., Ставицкий А.И. Расчетно-экспери-ментальное исследование вибрации сложний системы на примере грузового автомобиля ЭИЛ-133ГЯ// Тезисы IY Всесоюзного симпозиума "Влияние вибрации на организм человека и проблема виброзащиты"- М., Наука-
1982,- С.39.
18. Карцов O.K., Макаров С.Б., Перминов М.Д., Ставицкий А.И. Расчетно-экспериментальное исследование виброакустических характеристик . пространственных конструкций (на примере грузовых автомобилей завода ЗИЛ) // Тезисы Уральской зональной конференции "Пути повышения надежности и ресурса систем машин" - Свердловск -
1983. - С.32.
19. Карцоз С.К., Горобцов A.C. Статистическое моделирование колебаний упругих механических систем на ЭВМ// Тезисы Всесоюзной конференции по вибрационной технике.- Тбилиси - 1984.
20. Карцов С.К., Веретенников А.П., Горобцов A.C., Раввин А.Г. Автоматизация моделирования случайных колебаний конструкций автомобиля// Тезисы IY Всесоюзной конференции "Автоматизация поискового конструирования и подготовки инженерных кадров" - Волгоград-1987.
21. Карцов С.К., Ямпольский Д.А. Использование численного моделирования для повышения эффективности тензометрии элементов машиностроительных конструкций// Тезисы X Всесоюзной конференции "Методы и средства тензометрии и их применение в народном хозяйстве" -Свердловск- 1989,- С.364-365.
22. Карцов С.К., Ямпольский Д.А. Статистические оценки вибронагружеиности движущегося автомобиля// Тозисы Всесоюзной конференции "Волновые и зибрцпонные процессы в машиностроении" - Горький- 1989.-С.232-233.
23. •Карцов С.И., Горобцов A.C., Ямпольский Д.А. Определение вибронагружеиности грузового автомобиля для подбора его системы циброзащиты// Тезисы II Всесоюзной конференции "Проблемы виброизоляции машин и приборов" - Иркутск- 1989.
24. Карцов С.К., Горобцов A.C., Ларюков A.C., Плетнев А.Е., Нюнин Б.Н. Расчетно-экспериментальное исследование вибрационных характеристик малолитражного легкового автомобиля// Тезисы научно-технической конференции "Внешний и внутренний шум автомототехникн" - Дмитров-1993.
25. Карцоо С.К., Горобцов A.C. Система моделирования управляемого движения многозвенных пространственных механических .систем// Тезисы Всероссийской научной конференции "Алгоритмическое обеспечение процессов управления в механике и машиностроении"- М., -
1994.- С. 18.
ЕМАП1 РАН.Зак. № 43.Тираж 100 экз.ТОД № 53-149.
