Моделювання життєвого циклу регенеровуваних автомобільних напівпричепів на етапі проектування

Запропоновані методи, а також алгоритми та програми, які розроблені для їх реалізації, впроваджені до учбового процесу на кафедрі “Автомобільний транспорт” Одеського державного політехнічного університету та використовуються в дисциплінах, які вивчають конструкцію тримальних систем автомобіля, методи їх моделювання та проектування, а також в курсовому та дипломному проектуванні. 

Особистий внесок здобувача полягає в аналізі існуючих методів дослідження напружено-деформованого стану тримальних конструкцій напівпричепів, виборі та удосконаленні математичних та експериментальних методів досліджень. 

Дисертантом запропонована універсальна система експрес-оцінювання питомих витрат на експлуатацію мобільної техніки, розроблені та доведені до практичного використання усі її підсистеми. 

Автор виконав розрахунки напружень та деформацій в головних елементах рами напівпричепу, запропонував удосконалення їх конструкції, яке базується на результатах досліджень, приймав участь у виробничих випробуваннях та їх оцінюванні. 

Апробація результатів роботи. Матеріали дисертації доповідались та обговорювались на Міжнародній науково-технічній конференції “Нові технології та організаційні структури на автомобільному транспорті” (Вінниця, 1994), на 3-ому Міжнародному симпозіумі українських інженерів-механіків (Львів, 1997), на III, IV та V семінарах “Моделювання у прикладних наукових дослідженнях” (Одеса, 1996, 1997, 1998), на розширеному засіданні кафедри “Автомобільний транспорт” Одеського державного політехнічного університету (Одеса, 1998), на розширеному засіданні кафедри “Деталі машин” Державного університету “Львівська політехніка” (Львів, 1999). 

Публікації. Результати дисертації викладені в 16 публікаціях, в тому числі у одній книзі, шести статтях у збірнику наукових праць Одеського політехнічного університету, а також в 9 матеріалах конференцій. 

Структура дисертації. Дисертація складається із вступу, 4 розділів, 6 додатків. Обсяг дисертації 138 стор., додатків – 52 стор. Дисертація містить 62 рисунки, 10 таблиць та посилання до 146 літературних джерел. 

 

 

У вступі наведена загальна характеристика роботи, яка підкреслює її актуальність, відповідність державним науковим програмам, наукову новизну та практичне значення. 

У першому розділі проаналізовано стан справ у проблемі моделювання життєвого циклу регенеруємих автомобільних напівпричепів. Розглянуті питання удосконалення конструкції як чинника підвищення якості напівпричепів, проаналізовані зовнішні дії та характерні відмови в автомобільних системах. Наведені методи збирання та обробки інформації при проектуванні напівпричепів. Підтверджена мета та сформульовані задачі дослідження. 

У дру гому розділі описаний об’єкт дослідження – автомобільний напівпричіп та наведені методики побудови кінцевоелементної моделі його головної тримальної системи – зварної рами. Обгрунтовані схеми навантаження напівпричепу. Наведені методики експериментального оцінювання адекватності математичних та комп’ютерних моделей, які розроблені в дисертації. 

В третьому розділі аналіз об’єкта дослідження починається з вибору у якості критерію оптимальності конструкції рами напівпричепу комплексного показника – питомих витрат на експлуатацію Впит, який складається з витрат на придбання нового напівпричепу Впр та підтримання його у працездатному стані Впід, віднесених до ресурсу його експлуатації Текспл: 

  (1)

 

Умови експлуатації рам напівпричепів є скупченням невизначеностей різноманітного характеру та походження. 

До них відносяться, насамперед, зовнішні сили та моменти, руйнування елементів та зварних швів, статична невизначеність системи та прийняття рішень про відмову та подальшу долю напівпричепів. Таким чином має місце протиріччя між нагальною потребою для проектувальника мати систему оцінювання та порівняння конструкцій ще не існуючих напівпричепів та практично повною невизначеністю їх стану в експлуатації. 

В основі розробленої системи експрес-оцінювання металоконструкцій типу рам – швидкодіюча кінцевоелементна модель НДС рами, адекватність якої підтверджена експериментально, а також концепція моделювання процесу виникнення та розвитку пошкоджень, яка відповідає реальним умовам експлуатації. 

Система складається з трьох головних блоків: блоку моделювання пошкоджень, блоку моделювання НДС рами та блоку розрахунку питомих витрат на експлуатацію напівпричепу. Зв’язок між двома підсистемами моделювання – НДС та пошкоджень здійснюється, завдяки спеціальним додатковим кінцевим елементам, які імітують порушення суцільності конструкції – релейним елементам (рис. 2). Релейний елемент може знаходитися у двох станах: “увімкненому” – пошкодження немає, до результатів моделювання НДС елемент не вносить змін; “вимкненому” – пошкодження є, до результатів моделювання вносяться зміни з урахуванням характеру пошкодження. 

Перемикання релейного елемента здійснюється в автоматичному режимі після чергової ітерації моделювання в процесі перерахування матриці жорсткості. Сигнал на перемикання надходить від підсистеми, яка моделює стохастичний механізм пошкоджень в конструкції. 

На протязі життєвого циклу рами напівпричепу в її конструкції накопичуються кількісні зміни, що призводять до якісних стрибків в її експлуатаційній придатності (рис. 3). Креслення виробу (нульова точка його життєвого циклу) передбачає цілісність конструкції. Після виготовлення виробу в ньому присутні різні дефекти складання. Подальший період (період експлуатації) в роботі розподіляли на кінцеву кількість інтервалів (не обов’язково однакової тривалості). Така дискретизація дозволяє розглянути безперервний процес накопичення експлуатаційних пошкоджень як стрибкоподібну зміну станів системи на межах часових інтервалів. 

Для тримальних систем мобільної техніки, виконаних у вигляді зварних рам, найбільш типовими пошкодженнями є тріщини елементів конструкції та зварних швів між ними. Місце і час появи подібних пошкоджень носять, з одного боку, стохастичний характер із-за невизначеності умов виготовлення та експлуатації об’єкта (ретельність складання, стан шляхів, характеристика вантажу, навички водіння і т. ін.), а з іншого, – досить детермінований, пов’язаний, наприклад, з розподілом внутрішніх напружень, обумовленим конструкцією рами. 

Звідси виходить, що при прогнозуванні на моделі процесу накопичення експлуатаційних пошкоджень, який полягає в