CC BY
7
ПРИМЕНЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ЗАТРАТ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ АВТОТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ
В.А. Ксенофонтова, канд. техн. наук, доцент Л.А. Кияшко, старший преподаватель Севастопольский государственный университет (Россия, г. Севастополь)
Б01:10.24412/2500-1000-2022-4-2-59-63
Аннотация. В статье рассматривается возможность применения энергетических методов для идентификации повреждений, которые получает транспортное средство в результате дорожно-транспортного происшествия (ДТП). Применение энергетических методов для создания моделей транспортных средств и их элементов упрощает и ускоряет проведение автотехнического исследования при расследовании ДТП. Рассмотрен пример расчёта энергии, затраченной на деформацию участка днища автомобиля, представленного с использованием кубических сплайн-функций.
Ключевые слова: экспертиза, идентификация повреждений, энергетические методы, дорожно-транспортное происшествие.
Этап реконструкции дорожно-транспортных происшествий является достаточно трудоемким и затратным при проведении автотехнической экспертизы. Для снижения трудоемкости и уменьшения финансовых затрат при проведении этой работы в настоящее время целесообразно использовать современные средства моделирования для решения задач реконструкции ДТП и идентификации исследуемых объектов.
В условиях непрерывного роста количества автотранспортных средств в России наблюдается увеличением числа ДТП, в т.ч. с тяжёлыми последствиями. Большая часть ДТП происходит по причине несоблюдения водителями скоростного режима. Изучение вопросов, связанных с реконструкцией обстоятельств ДТП, определением скорости движения транспортных средств, играет ключевую роль при расследовании ДТП, что в свою очередь является первоочередным при анализе аварийности на автомобильных дорогах.
Методы реконструкции ДТП, основанные на принципе эквивалентности количества кинетической энергии транспортных средств до происшествия и количества потенциальной энергии деформации и разрушения, оставшейся в поврежденном автомобиле и дорожных сооружениях, получили за последнее время значительное
распространение под названием - энергетические методы [1]. Энергетические методы определения скорости транспортных средств до столкновения в результате ДТП основаны на детальном исследовании поврежденных транспортных средств с последующим вычислением эквивалента скорости, погашенной при деформации элементов конструкции транспортных средств, участвующих в ДТП.
Исследование большого количества повреждённых в результате ДТП легковых автомобилей показало, что энергия удара в основном поглощается пластичными элементами кузова, частично затрачивается на разрушение изделий из хрупких сплавов и материалов, пластмассы и стекла, а, как известно из теории пластичности, величина пластической деформации численно равна величине остаточной деформации.
В связи с этим, актуальным направлением являются разработки энергопогло-щающих элементов конструкций из энергоемких материалов. Обоснование использования конкретного вида энергопогло-щающих элементов для кузовов современных автомобилей осуществляется на основе их технологической и экономической эффективности, достигаемой моделированием процессов, происходящих внутри этих элементов. Данные исследования по-
лучают широкое применение в расследовании обстоятельств ДТП и представляют собой инструментальную базу для объективного исследования механизма ДТП [2].
При проведении автотехнического исследования автомобилей с целью определения скорости транспортных средств по деформациям, полученным в результате ДТП, достоверность результата существенно зависит от качества осмотра и
точности измерения повреждений. Определяя энергию, затраченную на деформацию таких элементов как лонжероны, балки, стойки кузова можно использовать метод смещённого объёма. В этом случае возникающие очаги пластической деформации легко идентифицировать.
Для проведения исследования был предоставлен автомобиль «Мицубиси Лансер» (рис. 1).
Рис. 1. Исследуемый поврежденный автомобиль «Мицубиси Лансер»
При анализе повреждений, возникающих в элементах конструкции, имеющих большую площадь, таких как днище, крыша, брызговики, капот, крылья и т.д., как правило, сложно определить очаг пластической деформации, что может повлиять на точность результатов вычислений (рис. 2).
В связи с этим целесообразно создание ЗБ-моделей деформированных элементов. На первом этапе проводится измерение с определённым шагом по сечениям деформированного участка, который сопоставляется с первоначальной конфигурацией.
Рис. 2. Деформированный участок днища автомобиля «Мицубиси Лансер» International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 4-2 (67), 2022
Далее по результатам измерений формируются массивы координат точек поверхностей: для не повреждённых поверхностей - ( Х0, уо, ) и для повреждённых поверхностей Рк ( Хк, ук, 1к ). Таким
образом, перемещение точек будет определяться из выражения:
^ (X ) = X - z
(1)
После этого полученный массив интерполируется сплайн-функциями.
Для фрагмента, представленного на рисунке 2, массив (Х0, г0) будет иметь
следующие цифровые значения (3 = 1 мм) (табл. 1).
Точка a b c d e f k l m n n1 n2 o
x0 0 20 30 95 101 121 121 245 315 410 415 420 430
z0 2 2 45 36 2 2 1 1 1 1 1 1 1
Окончание таблицы 1.
Точка p1 p2 p r s t u v w h j i
x0 440 445 450 545 615 740 740 760 765 830 835 855
z0 1 1 1 1 1 1 2 2 45 45 4 4
Измерение деформаций дают массив ^ (хк, 2к) (табл. 2).
Таблица 2. Массивы координат точек конечного состояния деформированной поверхности
Точка a b c d e f k l m n n1 n2 o
xk 0 20 30 95 101 121 121 245 315 410 415 420 430
zk 2 2 45 36 2 2 1 1 1 4 32 41 52
Окончание таблицы 2.
Точка p1 p2 p r s t u v w h j i
xk 440 445 450 545 615 740 740 760 765 830 835 855
zk 41 32 4 1 1 1 2 2 45 45 4 4
Вычитая координаты zo, представленные в таблице 1, из координат конечного положения zk, представленные в таблице 2, получим массив перемещений w(x) (табл. 3).
Таблица 3. Массив перемещений точек деформированной поверхности
Точка a b c d e f k l m n n1 n2 o
x 0 20 30 95 101 121 121 245 315 410 415 420 430
w 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 21 40 51
Окончание таблицы 3.
Точка p1 p r s t u v w h j i
x 440 450 545 615 740 740 760 765 830 835 855
w 40 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Рис. 3. Фрагмент деформированного участка переднего крыла, построенный с помощью сплайн-функций
Полученный массив м(х) интерполируем кубическими сплайн-функциями (полиномы третьего порядка), получая трёхмерную модель объекта (рис. 3). Представляем м(х) в виде:
м(х) = {л} + {в}х + {с}х2 + {б}х 3, (2)
где {л}, {в}, {с}, {£>} - столбцы из выражения (2).
Полученную функцию м(х) подставляем в выражения для компонентов тензоров напряжений и деформаций, в результате получаем:
s„ =
2
({5} + 2{с}х + 3{ü\x2)
(3)
Для определения энергии, затраченной на пластическую деформацию х, вычисляем интеграл [3]:
Э =¡¡¡jdV + V2 а jjj
V
Е
_ 2(1 - 2v)
(ds )2 + 2G
f 1
ds — ds 5 I ds
'J 2 'J 'J \ 'J
dV -jj RudS, (4)
где
Эд - энергия деформации; °ij - тензор напряжений Кирхгофа;
а
s = sy +sn
„ У
sy > sy _
его упругая и
u
s - предел текучести; 1 ~1] - тензор деформаций Грина;
пластическая части, действующие в упругой и пластических областях конструкции; R
перемещение; 1 - внешние силы; V - объем; S - поверхность исследуемого объекта до деформации; ' - свойства материала; 11 - символ Кроникера [3].
Таблица 4. Доля энергии по видам нагрузок, действующих на поврежденные элементы
Элемент кузова автомобиля «Мицубиси Лансер» Значение энергии деформации, Дж Доля энергии деформации, %
Растяжение -сжатие Изгиб Кручение
Капот 7221,5 14,2 80,5 5,3
Передняя панель моторного отсека 18976,3 28,3 61,5 10,2
Переднее правое крыло 12346,9 15,3 76,9 7,8
Порог, стык крыла и двери 42577,6 11,8 78,9 9,3
Заднее левое крыло 31422,5 13,4 79,8 6,8
Передняя подвеска, тяга рулевого управления 21878,6 22,4 63,1 14,5
Днище автомобиля 42312,3 15,5 78,7 5,8
1
S
В результате исследования было выявлено, что наиболее рациональным улучшением конструкции является применение усиливающих проемов элементов. Увеличение толщины элементов является неэкономичным. Результаты анализа приводятся в таблице 4.
Как показали результаты расчетов, 6587% энергии расходуется на деформацию изгиба элементов, т.к. при изгибе деформация является наибольшей [3].
Применение математических средств делает возможным проведение точной идентификации геометрии сложных деформаций элементов автомобиля, умень-
шает погрешности, возникающие при расчётах, упрощает и ускоряет проведение автотехнического исследования.
Выводы:
1. Для идентификации повреждений целесообразно создание 3D-моделей деформированных элементов.
2. Использование программного обеспечения позволяет уменьшить трудоемкость расчетов.
3. Создание базы данных полного типажа транспортных средств и современных автомобильных материалов способствует снижению экономических затрат на проведение автотехнического исследования.
Библиографический список
1. Проблемы и перспективы энергетических методов реконструкции ДТП / Тор-лин В.Н., Ксенофонтова В.А., Ветрогон А.А., Яковенко Е.В. // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. Сб. науч.тр. - Харьков: Изд-во ХНАДУ, 2013. Вып. 61-62. - С. 170-174.
2. Исследование процесса диссипации энергии в элементах кузова автомобиля при дорожно-транспортных происшествиях / В.А. Ксенофонтова, А.Р. Аблаев, Р.Р. Аблаев, Л.А. Кияшко // Мир транспорта и технологических машин. - 2020. - №2 (69). - С. 56-62.
3. Методика определения скорости движения транспортного средства в момент столкновения по остаточным деформациям элементов конструкции / В.А. Ксенофонтова, А.Р. Аблаев, Р.Р. Аблаев // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. Орел: Орловский государственный университет им. И.С. Тургенева. - 2019. - №41 (336). - С. 130-134.
APPLICATION OF ENERGY METHODS TO REDUCE THE COSTS OF AUTOTECHNICAL EXPERTISE
V.A. Ksenofontova, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor L.A. Kiyashko, Senior Lecturer Sevastopol State University (Russia, Sevastopol)
Abstract. The article discusses the possibility of using energy methods to identify damage that a vehicle receives as a result of a road traffic accident (RTA). The use of energy methods to create models of vehicles and their elements simplifies and accelerates the conduct of autotechnical research in the investigation of an accident. An example of calculating the energy spent on the deformation the section of the car bottom, presented using cubic spline functions is considered. Keywords: expertise, damage identification, energy methods, traffic accident.
