textarchive.ru

Главная > Исследование


СЭТС/Социально-экономические и технические системы: исследование, проектирование, организация

© Камская государственная инженерно-экономическая академия (КамПИ) 2003-2006 / 12 номер 2006 г. /

Павленко Петр Дмитриевич д.т.н., профессор, ОКМ ИНЭКА,

Галимянов Ильнур Динаесович, аспирант ОКМ ИНЭКА

МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ МОДЕЛИ ДОРОЖНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕСУЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ ДЛЯ ИХ РАСЧЕТА И ИСПЫТАНИЙ НА УСТАЛОСТНУЮ ПРОЧНОСТЬ

Введение. Условия комфортабельности, сохранности грузов, прочность и долговечность движущегося транспортного средства зависят от колебаний, возникающих в системе "автомобиль-дорога". Уровень этих колебаний в основном определяют возмущения от дорожного микропрофиля. Поэтому вопрос о выборе модели возмущения занимает важное место при теоретических исследованиях колебаний "автомобиль-дорога".

1. Методика формирования модели дорожного воздействия. Для точной оценки усталостной долговечности несущих конструкций автомобиля необходимо рассматривать все значимые случаи нагружения стационарные или нестационарные.

Стационарным случаем нагружения автомобиля принято считать прямолинейное движение с постоянной скоростью по дороге определенного типа и постоянным коэффициентом сопротивления движению. Все остальные случаи считаются нестационарными.

При расчете стационарных случаев нагружения с использованием линеаризованных конечно-элементных моделей обычно пользуются частотными методами, например, спектральным анализом, а для исследования нестационарных процессов (для линейных и нелинейных систем) или стационарных процессов с учетом нелинейных характеристик системы приходиться использовать методы решения во временной области. В зависимости от того, какой тип анализа применяется для оценки усталостной долговечности несущих систем автомобиля, используются разные способы задания дорожного воздействия.

При использовании частотных методов дорожное воздействие целесообразно задавать в виде матрицы взаимных спектральных плотностей. При этом принимаются следующие допущения:

1. Колёса имеют двустороннюю связь с дорогой, то есть не отрываются от опорной поверхности при колебательных процессах;

2. Контакт колеса с дорогой точечный;

3. Моделируются только вертикальные перемещения.

При решении задач усталостной долговечности во временной области дорожное воздействие задается в виде дискретной функции перемещений или сил в узлах.

В любом случае при проведении динамических расчетов требуется пространственная модель дорожного воздействия, для чего необходимы исследования микропрофиля дорог различного типа от скоростных автомагистралей до грунтовых.

Одним из результатов таких исследований стало допущение о том, что случайная функция высот неровностей продольного микропрофиля является нормальной и стационарной,а воздействие неровностей на ходовую часть и несущую систему автомобиля при постоянной скорости движения является нормальным, стационарным, центрированном, случайным процессом обладающим свойством эргодичности. Это допущение позволяет применять для описания воздействия от различного типа дорог, методы корреляционной теории случайных процессов, в соответствии с которыми для формирования модели дорожного воздействия необходимо располагать такими статистическими характеристиками микропрофиля как спектральная плотность и взаимная спектральная плотность высот неровностей правой и левой колеи .

В отечественной литературе имеется небольшое количество данных по измерениям микропрофиля дорог различных типов. При этом практически всегда измерения проводились по одной колее, а значит, данных для получения пространственной модели дорожного воздействия не хватает.

Доддсом в 1974г., исходя из гипотезы изотропности поля дорожного воздействия, была предложена [3] зависимость, по которой можно получить взаимную корреляционную функцию высот правой и левой колеи дороги , располагая корреляционной функцией высот для одной колеи :

(1) ,

где В-колея автомобиля, V – скорость движения автомобиля.

Вычислив , с помощью преобразования Фурье, можно получить взаимную спектральную плотность:

(2) .

Таким образом, если задаться скоростью движения автомобиля, зная колею его колес и статистические характеристики дороги, полученные по результатам замера высот неровностей одной колеи, можно сформировать модель пространственного дорожного воздействия.

При ее моделировании необходимо дополнительно учесть временное запаздывание между мостами автомобиля. При наличии запаздывания функция взаимной спектральной плотности будет равна [4]:

(3) , если колеса одной колеи

, если колеса разных колей

где - время запаздывания между мостами и .

Используя представление комплекной формы через тригонометрическую, получим:

или

(4) ;

;

или

(5) ;

,

где и - синфазный спектр, и - квадратурный

спектр. Отметим, что

.

Для использования метода спектрального анализа необходимо представить воздействие в виде матрицы взаимных спектральных плотностей. Если, пронумеровать колеса начиная с переднего левого, затем переднее правое и т.д. (см. рис.1.), то для трехосного автомобиля, эта матрица будет выглядеть следующим образом:

0100090000037400000002001c00000000000400000003010800050000000b0200000000050000000c024d033408040000002e0118001c000000fb029cff0000000000009001000000cc0440001254696d6573204e657720526f6d616e0000000000000000000000000000000000040000002d0100000400000002010100050000000902000000020d000000320a5a000000010004000000000034084c0320262d001c000000fb021000070000000000bc02000000cc0102022253797374656d000000000000180000002cc8110001000000e304000000000000040000002d010100030000000000

Риc. 1. Порядок нумерации точек воздействия

где - функция спектральной плотности микропрофиля, -функции взаимной спектральной плотности между -ым и -ым колёсами.

Заметим, что именно такая нумерация более удобна для алгоритмизации методики формирования воздействия, поскольку для автомобилей с различным количеством мостов (колесных пар) формулы получения коэффициентов матрицы не меняются, а меняется только размер матрицы.

Приведем несколько характерных примеров определения элементов матрицы при такой нумерации:

(6) ;

;

;

;

;

,

где - расстояние между первым и вторым мостами, - расстояние между первым и третьим мостами.

При заполнении матрицы (6) из-за недостатка экспериментальных данных остается затруднение с получением функции спектральной плотности микропрофиля . Остановимся подробно на самом распространенном методе расчетного определения этой функции.

Существует несколько способов аппроксимации спектральной плотности микропрофиля дорожного полотна. Общепринятым как у нас в стране, так и за рубежом является следующее выражение:

(7) ;

или более точное

(8) при ;

при ,

где - волновая частота, - значение спектральной плотности микропрофиля на частоте . Частота и волновая частота связаны простой зависимостью:

.

На диаграмме с координатами зависимость (8) представляет собой прямую линию, причем, аппроксимации микропрофиля дорог разного типа оказываются, практически параллельны друг другу. В качестве подтверждения на рис. 2. показаны экспериментально полученные, для автомобиля КамАЗ-43114, прямые 1 и 2 описывающие спектральную плотность микропрофиля дорог с асфальтовым и щебеночным покрытием. Результаты аппроксимации выглядят следующим образом:

-для асфальтобетонного покрытия:

(9) , при

, при

-для дороги с щебеночным покрытием:

(10) , при

, при

Область спектральных плотностей микропрофилей, на которых происходит эксплуатация транспортных средств, будет ограничена параллелограммом (см. рис.2.) границы которого определяются:

Рис.2. Классификация типов дорог

1. Минимально возможной высотой неровностей микропрофиля дороги, достижимой при существующем уровне развития дорожного строительства;

2. Высотой неровности, при которой невозможно движение транспортного средства;

3. Минимальной (~10см) и максимальной (~100см) протяженностью неровности (длиной волны), частота воздействия от которой при средних эксплуатационных скоростях движения на дорогах определенного типа соответствует полосе частот собственных колебаний, подрессоренных и неподрессоренных масс автомобиля.

Полученный диапазон возможных значений спектральных плотностей микропрофиля был поделен на семь категорий дорог, позволяющий отразить характер их воздействия на долговечность несущих конструкций автомобиля:

I - скоростные автомагистрали;

II - автомагистрали;

III -шоссе в плохом состоянии;

IV - булыжные и гравийные дороги;

V - грунтовые дороги;

Va- лесные и сильно разбитые грунтовые дороги;

Vб- местность.

Если, например, необходимо получить функцию спектральной плотности микропрофиля дороги, а экспериментальные данные отсутствуют, для оценочных расчетов достаточно задаться ее категорией, и, варьируя значения коэффициентов уравнения (8), добиться того, чтобы прямая оказалась в требуемой области диаграммы.

Колеса грузовых автомобилей имеют большой диаметр, и, следовательно, большое пятно контакта с дорогой, которое сглаживает небольшие по протяженности неровности дороги, поэтому при расчетах желательно учитывать сглаживающую способность шин. Для этого необходимо либо просто ограничить минимальную длину волны, например 20см, либо вычислять размер пятна контакта в зависимости от радиуса колеса, давления в шинах и нагрузки на ось автомобиля.

Это означает, что необходимо ограничить расчетный частотный диапазон в зависимости от длины пятна контакта скорости движения автомобиля . Если ограничить длину волны воздействия длиной пятна контакта, то:

а, ограничивая частоту, получим:

Заключение.

Исходя из сказанного выше, алгоритм численного построения дорожного воздействия в частотной области выглядит следующим образом:

1. Исходными данными являются: аппроксимация спектральной плотности , скорость движения автомобиля и положение точек воздействия (колея колес и расстояния между мостами);

2. С помощью обратного преобразования Фурье из получают корреляционную функцию воздействия ;

3. По формуле Доддса (1) получают взаимную корреляционную функцию ;

4. Преобразованием Фурье (2) из получают взаимную спектральную плотность ;

5. Используя выражения (4) формируют матрицы и .

Расчеты в частотной области с воздействием, построенным по предлагаемой методике, можно использовать для дорог категорий с 1 по 4 включительно, для тяжелых дорог происходит завышение получаемых нагрузок или напряжений, и для получения удовлетворительных результатов необходимо решать задачу во временной области, с учетом нелинейностей.

Литература:

1. Проскуряков В.Б. Динамика и прочность рам и корпусов транспортных машин. -Л.: Машиностроение, 1972. - 232 с., ил.

2. Силаев А.А. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин. - Изд. 2-е, переработ, и доп. М.: Машиностроение, 1972. - 192с., ил.

3. Доддс С. Дж. Воспроизведение в лаборатории эксплуатационных вибраций автомобиля. -Журнал американского общества инженеров-механиков №2, 1974.

4. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. - М.: Мир, 1989.-540С., ил.

5. Динамика системы дорога - шина - автомобиль - водитель /Под ред. А.А. Хачатурова. - М.: Машиностроение, 1976. - 535 с., ил.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Государственные стандарты указатель гост (по состоянию на 1 января 2000г)

    Библиографический указатель
    ... -97 Шины пневматические для легковых автомобилей, прицепов к ним, легких грузовыхавтомобилей и автобусов особо ... машин и конструкций и статистического представления результатов 25.504-82 Расчеты и испытаниянапрочность. Методы расчета характеристик ...
  2. ПРАЙС-ЛИСТ на нормативную методическую типовую проектную документацию и другие издания по строительству (3)

    Документ
    ... воздействиянаконструкцию. (Введен впервые) 535 ГОСТ Р 52910–2008 Резервуары вертикальные цилиндрические стальные для ... им. Мельникова» Конструкции стальные строительные. Основные принципы расчетанапрочность, устойчивость, усталостную долговечность и ...
  3. Введение в специальность (11)

    Учебное пособие
    ... грузовыхавтомобилейна канаве; 6 – пост для мойки автобусов и грузовыхавтомобилей; 7 – посты для мойки легковых автомобилейДорожные СТО ... Новизна конструкции современных автомобилей, их агрегатов, узлов и систем, по сравнению с устаревшими моделями, ...
  4. На Пасху 1900 г группа греческих ловцов губок возвращалась из своих традиционных мест промысла в Северной Африке домой на остров Сими

    Документ
    ... на помощь для захвата власти злейших врагов России — крымских татар. Расчет иезуитов, именно их ... что модель подземной лодки-«субтеррины» — прошла испытанияна ... усталостного разрушения деталей и элементов конструкции отсутствуют». «Пожара и взрыва на ...
  5. На Пасху 1900 г группа греческих ловцов губок возвращалась из своих традиционных мест промысла в Северной Африке домой на остров Сими

    Документ
    ... на помощь для захвата власти злейших врагов России — крымских татар. Расчет иезуитов, именно их ... что модель подземной лодки-«субтеррины» — прошла испытанияна ... усталостного разрушения деталей и элементов конструкции отсутствуют». «Пожара и взрыва на ...

Другие похожие документы..