РОЗДІЛ 2 РОЗРОБКА МЕТОДОЛОГІЇ ДОСЛІДЖЕННЯ РАМ
2.1. Загальна характеристика вибраних методів досліджень
Нами використовувався комплексний метод досліджень, який поєднує аналітичну та експериментальну компоненти.
Для досягнення поставленої мети при теоретичному моделюванні рам напівпричепів використані методи диференціального та інтегрального обчислень [77, 78], теорії пружності та пластичності [26, 31, 47, 56], теорії В.З. Власова деформування тонкостінних стрижнів [14], методи числового кінцевоелементного аналізу НДС [20, 38]. В основу досліджень покладені методи експериментального деформування рам на натурних зразках, а також натурних зразках їх локальних зон [58], методи планування експерименту та пошуку оптимальних рішень [68], методи комп'ютерного моделювання через створення оперативних моделей основи рами та її локальних зон.
Для дослідження НДС рами експериментальними та аналітичними методами була передбачена послідовність виконання етапного моделювання:
* Експериментальні дослідження НДС згину та згину з крученням на натурних моделях основи рами напівпричепа.
* Комп'ютерне моделювання НДС основи рами з використанням спеціального розрахункового модуля.
* Моделювання НДС основи рами аналітичними розрахунками за методом сил для засвідчення результатів експериментальних і комп'ютерних досліджень.
* Експериментальні дослідження НДС небезпечних зон основи рами на натурних зразках елементів конструкції.
* Моделювання НДС небезпечних зон основи рами на комп'ютерних локальних моделях елементів конструкцій, визначення методики побудови достовірних оперативних локальних моделей.
* Експериментальні дослідження НДС локальних зон рами циклічними навантаженнями на спеціальному стенді для прискорених випробувань елементів конструкції.
* Моделювання НДС локальних зон рами на оперативних комп'ютерних моделях поперечин найбільш ходових профілів для побудови наближеної методики розрахунку рамних конструкцій АТЗ.
За основу аналітичних досліджень НДС рами прийняті розрахункові методи будівельної механіки. Був використаний узагальнюючий метод сил і спеціальний модуль розрахунку НДС методом скінчених елементів WinStructure 3D з CAE-системи (computer aided engineering) ліцензованого АПМ WinMachine. Розробником системи є російська фірма - Центр автоматизованого проектування машин (м. Корольов, Московська обл.). Розроблені також спеціальні програми для розрахунку параметрів теорії В.З. Власова зневоленого кручення поперечних конструктивних елементів, що виготовлені з різних тонкостінних профілів і мають різні граничні умови закріплення кінцевих перетинів. Вхідні та вихідні параметри цих програм наведені в додатках [А, Б, В].
У будівельній механіці, в ряді випадків, замість безпосереднього вивчення заданої системи може розглядатися якась інша, в деякому розумінні більш проста, що отримується із заданої шляхом тих або інших перетворень і називається основною [1, 44]. Використовуючи в розрахунках основну систему, необхідно забезпечити, щоб вона знаходилась в такому ж напружено-деформованому стані як і задана. Тоді результати розрахунків, отримані для основної системи, можуть бути віднесені до заданої. Застосовуючи це при розрахунках статично-невизначних рамних конструкцій сідельних напівпричепів, в якості основної нами була прийнята система, отримана із заданої шляхом відкидання ряду зайвих зв'язків, якими сприймаються незначні навантажувальні зусилля. Це - бокові конструктивні елементи, які можна класифікувати як допоміжні для формування об'ємних параметрів причепа.
Для правильності вибору розрахункової схеми при виконанні аналітичних розрахунків рамних конструкцій напівпричепів нами враховувались особливості різноманітності схем навантажень згином і згином з крученням, а також положення вузлового перетину осі кручення, що визначають дійсну схему навантаження рами та напруження в її елементах. В якості найбільш ймовірністної типової розрахункової схеми кручення рами вибрана така, при якій вузловий (нерухомий при закручуванні) перетин розміщений в зоні задньої осі [44].
Щоб свідчити про міцність конструкції необхідно знати напружений стан кожного елемента. Але розрахунковими методами, при тих або інших заданих діючих силах, не завжди можливе його визначення [44], що перш за все, відноситься до вузлів, де з'єднується цілий ряд елементів і характерно для рам АТЗ. В таких випадках використання експериментальних методів досліджень є необхідною умовою одержання достовірних результатів. Ці методи зводяться до прямого визначення деформацій з наступним розрахунком напружень через закон Гука.
Таким чином, для визначення НДС конструкції досліджуваної рами нами використовувались експериментальні, аналітичні та числові методи комп'ютерного моделювання з врахуванням найбільш критичних експлуатаційних схем навантажень.
2.2. Безстендова методика експериментальних досліджень НДС рами
Знання закономірностей розподілу напружень в тій або іншій ділянці елемента конструкції дозволяє з одного боку свідчити про вид і схему навантаження, що викликали це поле напружень, а з іншого - побудувати траєкторії головних напружень і деформацій, визначити траєкторії можливих в цій зоні тріщин втоми. Для виконання такої задачі широкого використання набули експериментальні методи.
На основі проведеного аналізу існуючих в автомобілебудуванні методів досліджень довговічності складних конструкцій (типу рам, кузовів та інших конструктивних елементів) визначена загальна направленість робіт по удосконаленню та розвитку стендових випробувань натурних зразків і стендового обладнання [85]. Вона полягає в розвитку програмних випробувань, що вимагають моделювання на спеціальних стендах експлуатаційних режимів навантажень для оцінки довговічності конструкції на стадії проектування. Але стендові випробування є не завжди економічно виправданими.
Нами запропонован