CC BY
346
УДК 539.3
АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ РАМЫ АВТОМОБИЛЬНОГО ПОЛУПРИЦЕПА В
ПРОГРАММЕ Л^У8
А.Ф. Дащенко, профессор, д.т.н., Н.Г. Сурьянинов, доцент, к.т.н., Д.В. Лазарева, аспирант, ОНПУ
Аннотация. Рассмотрен расчет рамы автомобильного полуприцепа при двух видах статических нагрузок. Найдены критические силы и формы потери устойчивости. Определены собственные частоты и формы колебаний. Выполнен оптимизационный расчет, получен реальный экономический эффект. Результаты внедрены в производство на Одесском автосборочном заводе. Все расчеты выполнены методом конечных элементов в программе АЫБУБ.
Ключевые слова: полуприцеп, устойчивость, колебания, оптимизация, метод конечных элементов, АЫЗУЗ.
Введение
Конструктивные решения несущих конструкций автомобильных прицепов и полуприцепов отличаются большим разнообразием. С точки зрения расчетной схемы такие конструкции представляют собой пространственные рамы, работающие в условиях сложного напряженного состояния. Наиболее эффективным методом расчета здесь представляется метод конечных элементов, реализация широких возможностей которого вышла на качественно новый уровень с появлением таких мощных компьютерных программ, как АШУ8 [2], МА8ТЯАМ и целый ряд других.
Результаты расчета в программе Л^УБ
Для исследований выбрана рама полуприцепа (рис. 1), мелкосерийное производство которых налажено на Одесском автосборочном заводе.
Рис. 1. Модель
Рама представляет собой сварную конструкцию, состоящую из двух главных балок и системы перекрестных. Все балки - корытного профиля и
выполнены из листовой стали толщиной 14 и 12 мм соответственно.
Рассматриваемые полуприцепы предназначены для транспортировки автоцистерн. Технические решения, принимаемые при размещении цистерн на раме полуприцепа, таковы, что возможны два варианта передачи нагрузки на главные балки - в виде распределенной нагрузки и в виде двенадцати сосредоточенных сил (по 6 на каждую балку).
Авторами исследованы оба варианта статической нагрузки. Для каждого получены значения компонентов напряжений, деформаций и перемещений, а также эквивалентных напряжений по гипотезе Губера-Мизеса. При сосредоточенных нагрузках максимальное эквивалентное напряжение составило 149,9 МПа (соответствующее поле напряжений показано на рис. 2).
Рис. 2. Эквивалентные напряжения
Привести все полученные данные не представляется возможным ввиду ограниченного объема статьи.
Выполнен расчет конструкции на устойчивость. Получены пять критических сил и соответствующих им форм потери устойчивости для каждого варианта нагрузки. Во всех случаях наблюдается местная потеря устойчивости полок главных балок [1]. При сосредоточенных нагрузках на главные балки низшая критическая сила составила 347 кН; соответствующая форма потери устойчивости приведена на рис. 3.
Рис. 3. Первая форма потери устойчивости
Рис. 4. Первая собственная форма колебаний
В результате модального анализа определены пять собственных частот и форм колебаний рамы полуприцепа. На рис. 4 показана первая форма колебаний. Значения критических сил и собственных частот приведены в табл. 1.
Анализ напряженно-деформированного состояния рамы показал, что при действующих нагрузках можно снизить материалоемкость конструкции. С этой целью выполнен оптимизационный
ОРГЖПАТЮИ
Н1 Ы2 Г'/С'Ь
1 1.6 г г г.в э.4 4
1..' 1.;' 3.1 3.7
5е1 ГГ Г'Г
Рис. 5. Оптимизация конструкции
расчет, целью которого являлось определение минимальной толщины главной и второстепенной балок при условии, что эквивалентные напряжения не должны превышать допускаемых (160 МПа). Расчеты показали, что поставленному условию удовлетворяет толщина Н2=12 мм главной балки и Н1=6 мм — перекрестной. На рис. 5 показан график, иллюстрирующий ход оптимизационного процесса в программе АШУ8.
Выводы
В результате оптимизации объем рамы снизился с
0.1562.м3 до 0,1137 м3, что означает снижение материалоемкости конструкции на 27,2%. Полученные результаты внедрены в производство на Одесском автосборочном заводе. Разработанные методики анализа (статика, устойчивость, свободные колебания, оптимизация) могут быть использованы при проектировании и расчете других типов рам прицепов и полуприцепов в автомобильной и железнодорожной отраслях.
Литература
1. Строительная механика. Динамика и устойчи-
вость сооружений / Под ред. А.Ф. Смирнова. - М.: Стройиздат, 1984. - 415 с.
2. Чигарев А.В., Кравчук А.С., Смалюк А.Ф.
А№У8 для инженеров. Справочное пособие. - М: Машиностроение, 2004. - 512 с.
Рецензент: Л.В. Назаров, профессор, д.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 13 января 2005 г.
Таблица 1 Значение критических сил и частот
Критические силы Собственные частоты
№п/п Величина, кН №п/п Величина, с-1
1 347,00 1 117,19
2 347,25 2 216,59
3 349,17 3 254,57
4 350,00 4 282,62
5 357,32 5 511,56
