Напряжённое состояние стёкол салона специального автомобиля Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 656.001.89

С.А. Черкасова, У.В. Боровских НАПРЯЖЁННОЕ СОСТОЯНИЕ СТЁКОЛ САЛОНА СПЕЦИАЛЬНОГО АВТОМОБИЛЯ

Представлен обзор полимерных материалов, используемых в автомобилестроении. Рассмотрены теоретические и экспериментальные исследования напряжённо-деформированного состояния в остеклении салона специального автомобиля.

Полимерные материалы, стеклопластик, напряжённо-деформированное состояние, специальный автомобиль

S.A. Cherkasova, U.V. Borovskih STRESS STATE OF INTERIOR WINDOWS IN A SPECIAL -PURPOSE VEHICLE

The article presents a review of polymer materials utilized in the automotive industry. The considered theoretical and experimental investigations relate the stress-strain state in the interior glazing of special - purpose vehicles.

Polymeric materials, fibreglass, intense the deformed condition, the special car

Современная тенденция развития автомобилестроения предполагает увеличение площади остекления салонов автомобилей. Это улучшает обзор для пассажиров, имеет идеальную поверхность и, что особенно важно, улучшает внешний вид изделия. На выставках машин всё чаще появляются автомобили, крыша салона которых полностью прозрачна. Поэтому при создании специального автомобиля для перевозки инвалидов в колясках это было по возможности учтено. По обоим бортам автомобиля были предусмотрены четыре панорамных окна высотой 990 мм и шириной 780 мм, что визуально расширило внутреннее пространство салона (рис. 1).

Рис. 1. Опытный экземпляр автомобиля для перевозки инвалидов в колясках

Особое внимание при проектировании уделено безопасности пассажиров, для этого установлено трёхслойное безосколочное стекло - триплекс. Слово «триплекс» происходит от своего латинского эквивалента «triplex», что означает «тройной». Такое стекло состоит из двух пластин (листов) органического или силикатного стекла (или того и другого вместе) и соединительного (клеевого) слоя между ними. Согласно ГОСТ 5727-88 подобное стекло должно выдержать более сильные удары по сравнению с обычным стеклом, при этом оно более устойчиво к любой деформации, способной привести к его разрушению. Однако при разрушении это стекло продолжает оставаться безопасным для человека, удерживая все осколки вместе. Конструкция крепления стёкол к каркасу оконных проёмов изменилась по сравнению с методами крепления стёкол в автомобилях каких-то 10 лет назад. В данном спроектированном автомобиле стёкла приклеиваются специальным клеем фирмы Dinitrol или

Henkel, вследствие этого изменилась и роль стёкол в восприятии действующих нагрузок [1]. Рассмотрим напряжения, возникающие в стёклах специального автомобиля. Графическая модель конструкции автобуса проектировалась в таких пакетах прикладных программ как «ИСКРА», «SolidWorks», предназначенных для решения линейных задач. В основе этих интерактивных систем использован метод конечных элементов. Созданная для расчёта конечноэлементная модель является приближённым представлением реальной конструкции проектируемого специального автомобиля (рис. 2).

Рис. 2. Расчётная модель для определения напряженно-деформированного состояния несущей системы машины (каркас) со стёклами

При выполнении расчётов на напряжённо-деформированное состояние в стёклах графической модели специального автомобиля были заданы исходные характеристики стекла с учётом метода крепления их к несущему каркасу, в результате получили картину напряжённого состояния конструкции при нагрузке 10 кН (рис. 3).

Рис. 3. Напряжённое состояние элементов конструкции при нагрузке 10 кН

Максимальные напряжения в стёклах составляют примерно 0,92^1,77 МПа, эти напряжения в основном сосредоточены в средней части окон вдоль всего борта.

Наряду с теоретическими исследованиями были проведены и экспериментальные исследования. Во время экспериментального исследования НДС элементов несущей системы конструкции методом электротензометрии определялись напряжения, как в элементах каркаса, так и на стёклах пассажирского салона. Для этого были наклеены 196 датчиков на наружную поверхность стёкла (рис. 4). Установка датчиков производилась способом прямоугольной розетки, т.е. в конкретной точке замерялись три удлинения £х, £у в направлении осей х и у, а также £45° под углом 45° к ним. В итоге при расчете напряжений используем формулу для нахождения деформаций:

Рис. 4. Схема наклейки тензорезисторов на окнах машины

По экспериментальным данным построены эпюры распределения эквивалентных напряжений по стёклам. Максимальные напряжения возникают в стекле в районе стойки борта, в частности у стойки над задней торсионной рычажной подвеской (рис. 5).

Рис. 5. Напряжённое состояние элементов конструкции при нагрузке 10 кН

По результатам исследования установлено, что клеёные стекла повышают жёсткость конструкции, воспринимая на себя часть нагрузок. Следовательно, можно в дальнейшем проектировать конструкции с учётом этого фактора, что позволит создавать менее металлоемкие несущие конструкции.

ЛИТЕРАТУРА

1. Черкасова С.А. Влияние остекления кузова на его несущую способность / С.А. Черкасова,

В.А. Буцынский, У.В. Боровских // Логистика и экономика ресурсосбережения и энергосбережения в

промышленности (МНПК «ЛЭРЭП-2007»): тр. Междунар. науч.-практ. конф. Саратов: СГТУ, 2007.

С. 328-330.

Черкасова Светлана Алексеевна -

ассистент кафедры «Техническая механика и детали машин» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Svetlana A. Cherkasova -

Junior Research Staff Member

of the Technical mechanics and details of machines

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Боровских Ульяна Валентиновна -

кандидат технических наук, доцент кафедры «Техническая механика и детали машин» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Ulyana V. Borovskih -

Ph.D., associate professor Department of Technical

mechanics and details of machines

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Статья поступила в редакцию 20.08.13, принята к опубликованию 15.09.13