Адилов О.К., Одилов Н.Э.
РАСЧЕТ РАМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ПРИЦЕПОВ *
Аннотация:
в статье приводится анализ наиболее распространенных методов численного расчета стержневых конструкций. Рассмотрены достоинства и недостатки методов конечных элементов, конечных разностей и граничных элементов. Показаны различия четырех основных способов построения и реализации уравнений методов конечных элементов. На основе анализа, для расчета рамных конструкций автотракторных прицепов, выбран метод конечных элементов, а из основных видов метода конечных элементов - прямой метод
Ключевые слова:
автомобиль, корпус, конструкция, показатели, количество
УДК 629.1-44
Адилов О.К.
к.т.н., доц. кафедры «Инженерия транспортных средств»
Джизакский политехнический институт
(г. Джизак, Республика Узбекистан)
Одилов Н.Э.
ассистент кафедры «Инженерия транспортных средств»
Джизакский политехнический институт
(г. Джизак, Республика Узбекистан)
РАСЧЕТ РАМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ПРИЦЕПОВ
Аннотация: в статье приводится анализ наиболее распространенных методов численного расчета стержневых конструкций. Рассмотрены достоинства и недостатки методов конечных элементов, конечных разностей и граничных элементов. Показаны различия четырех основных способов построения и реализации уравнений методов конечных элементов. На основе анализа, для расчета рамных конструкций автотракторных прицепов, выбран метод конечных элементов, а из основных видов метода конечных элементов - прямой метод.
Ключевые слова: автомобиль, корпус, конструкция, показатели, количество.
Широкое использование ЭВМ при определении прочности и жесткости конструкций привело к появлению новых методов расчета, из которых наибольшее применение получили метод конечных элементов [1], метод конечных разностей и метод граничных элементов. При расчете стержневых конструкций по данным методам получают точные результаты, совпадающие с результатами расчетов по классическим методам. Эти универсальные методы применимы также для расчета больших перемещений, при работе конструкций за пределами упругой стадии и при ее динамическом нагружении.
Рассмотрим достоинства и недостатки этих методов [2, 3].
В основе метода конечных разностей (МКР) лежит чисто математический подход к решению разрешающих уравнений. Он заключается в том, что дифференциальные уравнения аппроксимируются алгебраическими зависимостями на дискретных участках конструкции и подстановке этих аппроксимаций в разрешающие уравнения. К достоинствам данного метода можно отнести простоту алгоритма, т.е. при использовании МКР в некоторых задач матрица разрешающих уравнений получается наиболее разреженной, поэтому в этих задачах обычно применяют МКР, по оценкам специалистов с помощью МКР можно решать задачи наибольших размерностей.
К недостатку МКР можно отнести сложность расчета комбинированных конструкций.
Метод граничных элементов (МГЭ) исходит не из дифференциального, а из интегрального уравнения задачи. Для задач, описываемых дифференциальными уравнениями, всегда существует эквивалентная постановка в интегральном виде, поэтому здесь дискретизации подвергается не область определения задачи, а ее границы. Здесь всегда получается матрица меньшего порядка и она всегда заполнена. С вычислительной точки зрения почти всегда выгоднее решение разреженных систем более высокого порядка при сопоставимой точности результатов. Этот метод распространен лишь в специальных областях, таких как расчет оснований, как области с бесконечно удаленной границей, фильтрации воды через грунт.
Основным недостатком этого метода, кроме того, что он дает не выгодную матрицу уравнений, является и то, что он достаточно сложно алгоритмизируется.
В последние 10-15 лет в практике инженерной деятельности широкое распространение получил один из численных методов машиностроения и строительной механики – метод конечных элементов (МКЭ). Его аббревиатура уже стала одним из обязательных элементов различных научных работ и технических отчетов, анализирующих работу самых разнообразных видов инженерных конструкций, как машиностроительных, так и строительных.
Такая популярность МКЭ связана с несколькими причинами, в том числе:
- во-первых, большой интерес представляет оценка работы конструкции как единой пространственной системы, а не поэлементной, как это оценивалось ранее. При этом традиционные аналитические методы механики твердого тела, во многом не позволяют с приемлемой точностью провести анализ подобных сложных объектов;
- во-вторых, имеется достаточно большое количество как теоретических, так и практических работ, посвященных применению МКЭ для расчета самых разнообразных видов конструкций;
- в-третьих, и, наверное, самая главная, МКЭ представленный в форме метода перемещений может быть достаточно просто формализован, что позволило на основе этого применить достаточно мощные многозадачные проектно-вычислительные комплексы, как, например, ANSYS, ABAQUS, ADAMS, I-DEAS, NASTRAN, Catia, Solid Works, COSMOS Works, Pro/Engineer, SCAD, Unigraphics NX [4].
МКЭ – это вариационный метод. Функционал энергии для всей рассматриваемой области здесь представляется в виде суммы функционалов отдельных ее частей – конечных элементов. По области каждого элемента, независимо от других, задается свой закон распределения искомых функций. Такая кусочно-непрерывная аппроксимация выполняется с помощью специально подобранных аппроксимирующих функций, называемых также координатными или интерполирующими. С их помощью искомые непрерывные величины (перемещения, напряжения и т.д.) в пределах каждого КЭ выражаются через значения этих величин в узловых точках, а произвольная заданная нагрузка заменяется системой эквивалентных узловых сил.
По сравнению с другими численными методами МКЭ в лучшей степени алгоритмизирован и более гибок при описании геометрии и граничных условий рассчитываемой области. Кроме того, к достоинствам метода следует отнести его физическую наглядность и универсальность.
Применительно к стержневым системам МКЭ в форме метода перемещений может рассматриваться как матричная форма классического метода перемещений, отличающаяся только более глубокой формализацией алгоритма и ориентацией его на использование ЭВМ
Метод конечных элементов позволяет практически полностью автоматизировать расчет стержневых систем, хотя, как правило, требует выполнения значительно большего числа вычислительных операций по сравнению с классическими методами строительной механики. Однако, в современных условиях большой объем вычислений не является серьезной проблемой, и, в связи с этим, при внедрении ЭВМ в инженерную практику МКЭ получил широчайшее распространение. Поэтому, знание основ метода конечных элементов и современных программных средств, позволяющих на его основе решать разнообразные задачи, в наше время для инженера является абсолютно необходимым.
По способу исполнения и формулировки основных уравнений МКЭ или уравнений для отдельных конечных элементов различают четыре основных вида МКЭ: прямой, вариационный, резидуума и энергетического баланса [6].
Прямой метод – аналогичен методу деформации в расчете линейных опор. Его используют при решении относительно простых проблем, он удобен четким геометрическо-механическим значением отдельных шагов аппроксимации.
Вариационный метод – основан на принципе стационарности функционала. В проблематике механики твердого тела функционал обычно является потенциальной, соответственно комментарной энергией системы или формулируется на базе этих двух энергий (Хеллингер-Рейонер, Ху-Вашизи). В отличие от прямого метода, который можно применить только к элементам совсем простого вида, вариационный метод одинаково успешно применяется как к элементам простого, так и сложного видов.
Метод резидуума (метод весового резидуума) – представляет собой общий вид аппроксимации по МКЭ, базирующийся на дифференциальных уравнениях рассматриваемой задачи. Этот метод применяют при решении таких задач, у которых трудно сформулировать функционал или оно вообще отсутствует.
Метод энергетического баланса – основан на балансе различных видов энергии, его применяют в термостатическом и термодинамическом анализах сплошной среды.
Проанализировав преимущества и недостатки каждого метода, для расчета рамных конструкций автотракторных прицепов нами выбран метод конечных элементов в силу того, что он имеет ясный физический смысл на всех этапах расчета и легкость расчета комбинированных конструкций. Из основных видов МКЭ мы выбрали прямой метод, так как он удобен четким геометрическо-механическим значением отдельных шагов аппроксимации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Зенкевич О. С. Метод конечных элементов в технике. - М.: Мир, 1975.- 541 с.
Хакимзянов Р.Р. Выбор метода расчета конструкции каркаса кабины трактора //Сборник докладов республиканской научно-технической конференции аспирантов, докторантов и соискателей. - Ташкент, ТГТУ, 2007. - С.301-302.
Поздеев А.А., Трусов П.В., Ю.И. Няшин. Большие упруго-пластические деформации: теория, алгоритмы, приложения. - М.: Наука, 1986 , - 231 с.
Базаров Б.И. Научные основы энергоэкологической эффективности использования альтернативных моторных топлива:Дисс. док техн. наук.- Ташкент: ТАДИ, 2006
Автомобильные дороги: безопасность, экологические проблемы, экономика / Под. Ред. В.Н. В.Н. Луканина и К.Х. Ленца,-М.: Логос, 2002.
Адилов О.К.Тиркашева М.Б. Аскаров И.Б Загрязнение атмосфера выхлопными газами от автотранспорта. ФарПИ вестник., №4. 2016г.-стр.33
Эрназаров, А. А. (2019). Необходимость применения систем автоматизированного проектирования при обучении студентов инженерных специальностей высших учебных заведений. Вестник науки, 1(11), 20-26.
Эрназаров, А. А. Необходимость синхронизации перекрестков на автомагистрали / А. А. Эрназаров // Вестник науки. – 2022. – Т. 1. – № 3(48). – С. 110-113.
Ernazarov, A. A. (2020). The relevance of the use of computer-aided design systems for teaching students of higher educational institutions. Scientific Bulletin of Namangan State University, 2(8), 348-353.
Эрназаров, А. А., & Хаккулов, К. Б. (2021). БЕЗОПАСНОСТИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ НА ДОРОГАХ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН. Вестник науки, 4(1), 232-235.
Adilov O.K.
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
of the Department of "Vehicle Engineering"
Jizzakh Polytechnic Institute
(Jizzakh, Republic of Uzbekistan)
Odilov N.E.
Assistant of the Department of "Vehicle Engineering"
Jizzakh Polytechnic Institute
(Jizzakh, Republic of Uzbekistan)
CALCULATION OF FRAME
STRUCTURES CAR TRAILERS
Abstract: the article provides an analysis of the most common methods of numerical calculation of rod structures. The advantages and disadvantages of finite element, finite difference and boundary element methods are considered. The differences between the four main methods of constructing and implementing equations by the finite element method are shown. Based on the analysis, the finite element method was chosen to calculate the frame structures of tractor trailers, and the direct method was chosen from the main types of the finite element method.
Keywords: car, body, construction, indicators, quantity.
Номер журнала Вестник науки №3 (48) том 4
Ссылка для цитирования:
Адилов О.К., Одилов Н.Э. РАСЧЕТ РАМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ АВТОМОБИЛЬНЫХ ПРИЦЕПОВ // Вестник науки №3 (48) том 4. С. 210 - 216. 2022 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/5435 (дата обращения: 18.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2022. 16+