Разработка и моделирование аттенюатора для гоночного болида Formula SAE из алюминиевого профиля в системе CAD/CAE
|
Введение 4
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 14
1. Анализ конструкций и методов обеспечения безопасности пилота в болиде Formula SAE 14
1.1 Требования, предъявляемые к безопасности конструкции гоночного болида 14
1.2 Конструкции аттенюаторов болидов Formula SAE 16
1.3 Характеристики материалов, применяемых для систем безопасности болидов в Formula SAE 20
1.4 Выводы 21
2. Методики исследования и расчётов конструкции аттенюатора 23
2.1 Методы аналитических расчётов конструкций систем безопасности автомобиля 23
2.2 Численное моделирование процессов соударения автомобиля с преградой 24
2.3 Анализ программных продуктов для моделирования drop тестов 26
2.4 Обзор методов физических испытаний аттенюатора 32
2.5 Выводы 37
3. Разработка модели и сетки КЭ для аттенюатора на основе алюминия 39
3.1 Создание 3D модели аттенюатора 39
3.2 Разработка сетки конечных элементов аттенюатора 42
3.3 Разработка описания кинематики и свойств материала 47
3.4 Описание k-файла для LS-DYNA 49
3.5 Выводы 64
4. Численное исследование соударения аттенюатора с преградой 65
4.1 Анализ кинематических характеристик соударения 65
4.2 Анализ энергосиловых параметров drop теста 74
4.3 Предложения по совершенствованию конструкции аттенюатора 77
4.4 Выводы 84
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 88
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 14
1. Анализ конструкций и методов обеспечения безопасности пилота в болиде Formula SAE 14
1.1 Требования, предъявляемые к безопасности конструкции гоночного болида 14
1.2 Конструкции аттенюаторов болидов Formula SAE 16
1.3 Характеристики материалов, применяемых для систем безопасности болидов в Formula SAE 20
1.4 Выводы 21
2. Методики исследования и расчётов конструкции аттенюатора 23
2.1 Методы аналитических расчётов конструкций систем безопасности автомобиля 23
2.2 Численное моделирование процессов соударения автомобиля с преградой 24
2.3 Анализ программных продуктов для моделирования drop тестов 26
2.4 Обзор методов физических испытаний аттенюатора 32
2.5 Выводы 37
3. Разработка модели и сетки КЭ для аттенюатора на основе алюминия 39
3.1 Создание 3D модели аттенюатора 39
3.2 Разработка сетки конечных элементов аттенюатора 42
3.3 Разработка описания кинематики и свойств материала 47
3.4 Описание k-файла для LS-DYNA 49
3.5 Выводы 64
4. Численное исследование соударения аттенюатора с преградой 65
4.1 Анализ кинематических характеристик соударения 65
4.2 Анализ энергосиловых параметров drop теста 74
4.3 Предложения по совершенствованию конструкции аттенюатора 77
4.4 Выводы 84
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 88
Formula SAE, более известная в Европе как Формула Студент - это соревнования студенческих команд, входящие в Серию Студенческих Инженерных соревнований (Collegiate Design Series). Организатором является Сообщество Автомобильных Инженеров SAE (Society of Automotive Engineers). Каждая команда студентов университета, участвующая в данных соревнованиях, является инженерной компанией, которая должна разработать, построить и испытать прототип автомобиля формульного класса для рынка непрофессиональных гоночных автомобилей. Испытанием для команд является сама постройка болида, который сможет пройти все дисциплины на соревнованиях. При этом команда должна предоставить всю конструкторскую документацию на проект и доказать, что применяемые технические решения являются оптимальными. [7]
Для того, чтобы уменьшить ущерб, нанесенный конструкциям, транспортным средствам и автомобилистам в случае аварии используется аттенюатор, который также известен как энергопоглощающий элемент. Аттенюаторы разработаны так, чтобы поглощать кинетическую энергию транспортного средства за счет работы пластической деформации. Исследователи проектируют процесс активной и пассивной системы безопасности, чтобы гарантировать безопасность водителя. Время разработки и стоимость любого продукта могут быть уменьшены благодаря использованию программного обеспечения для моделирования. Но моделируемые результаты не могут использоваться непосредственно в реальную жизнь без проверки, связанной с результатами эксперимента.
Большинство российских и зарубежных команд используют на своих автомобилях стандартные аттенюаторы (рис.1).
Рисунок 1. Стандартный аттенюатор FSAE
Коллективом проектировщиков должно быть предоставлено доказательство динамического тестирования аттенюатора. Фотографии аттенюатора до и после воздействия должны быть предоставлены FSAE до соревнования для контроля. Команда также обязана показывать схематический рисунок метода испытаний. Во время техосмотра транспортного средства проверенный аттенюатор необходимо показать судье для сравнения с фотографиями, сделанными во время испытаний.
Прежде, чем начать проводить физические испытания, необходимо проанализировать возможные конструкции и материалы изделия. Для виртуального моделирования краш-тестов используется пакет LS-DYNA, который требует надлежащих граничных условий. Только тщательно примененные граничные условия дадут хорошие результаты, которые могут коррелироваться с результатами эксперимента. Согласно CAD-модели фронтом является твердая стена, а с задней стороны аттенюатора расположена твердая пластина для контакта с четырьмя точками крепления.
Чтобы понять тип и дизайн рассматриваемого транспортного средства, на представлен гоночный болид Black Bullet команды Тольяттинского государственного университета 2015 года (рис.2). Аттенюатор расположен под передним носовым обтекателем.
Рисунок 2. Гоночный болид Black Bullet
Необходимость повышения уровня безопасности и снижения веса гоночных болидов класса Formula SAE ставит задачу разработки принципиально новой конструкции элементов системы безопасности.
Рассмотрим некоторые элементы системы безопасности, которые применяются в болидах формульного класса.
Как и в дорожных автомобилях, безопасность машин Формулы состоит из сочетания элементов, которые работают вместе для защиты водителя. Общие элементы между дорожными автомобилями и гоночными машинами- ремни безопасности и зоны деформации. [3]
Зона деформации делает именно то, о чем говорит ее название. Это часть кузова автомобиля которая поглощает силу удара для рассеивания и уменьшения данного влияния на человека, находящегося в автомобиле. Конечно, одноместные суперкары F1 являются более продвинутыми, чем их гражданские коллеги, тем не менее система работает по одинаковому принципу и у них. [3]
Глядя на фотографии автомобилей из прошлого, сделанными из толстостенных и могучих стальных листов, кажется, что современные автопроизводители сделали все от них зависящее, чтобы сделать машины менее безопасными. Толщину стенок металла уменьшили, вес постоянно снижают, это же все несомненно сказывается на прочности, и не в лучшую сторону. [3]
Ранний автомобильный дизайн подразумевал жесткие конструкции, которые по замыслам инженеров того времени должны были препятствовать деформации и снижать вероятность травм. [3]
В большинстве случаев при серьезном столкновении, это приводило к серьезным или даже фатальным последствиям. Слишком велики перегрузки.
Так было до 1953 года, когда на горизонте замаячили первые зоны деформации для автомобилей. Как и за многие другие технологии в автомобильной инженерной мысли, компания, ответственная за создание технологических прорывов носила название Mercedes-Benz. Один из инженеров, Бела Барений, занимался в течение продолжительного времени решением этой проблемы и в 1953 году, его идея была реализована в модели "Ponton" (трехобъемном) Мерседесе (модели серии W120). Первая попытка была удачная, но прошло немало времени, исследований и доработок, прежде чем гуманная технология пошла в серию. [3]
Лишь в 1967 году Mercedes-Benz Heckflosse (также известный как Fintail) стал первым серийным автомобилем в мире с "зонами деформации", функцией безопасности включающей каркас безопасности совмещенный с зонами деформации. (рис.3). [3]
Рисунок 3 Зоны деформации
Первый закон Ньютона гласит, "Объект в движении останется в движении с той же скоростью и в том же направлении, до тех пор, пока на него не подействуют несбалансированные силы". [3]
Например, если транспортное средство едет со скоростью 80 км/ч, то и объекты внутри будут обладать той же скоростью, и, если это транспортное средство резко останавливается (происходит столкновение, мгновенное замедление), тела будут "чувствовать" необходимость продолжать двигаться в том же направлении на скорости 80 км в час, до тех пор, пока что-то не остановит их. Более того, даже если препятствие остановит сами тела, их внутренние органы будут продолжать двигаться с не меньшей скоростью, тем самым вызывая серьезные повреждения. [3]
Ньютон также говорил, что сила равна массе, умноженной на ускорение.
Переводя в нашу ситуацию можно сказать, что в результате столкновения, это означает, что сила, действующая на автомобиль и его пассажиров, уменьшается, если время, необходимое для остановки транспортного средства увеличивается.
Зоны деформации работают в точном соответствии с двумя законами. Размещенные в передней и задней частях автомобиля, они поглощают энергию при столкновении, возникающей во время удара. Это достигается за счет деформации, то, о чем не слышали в первые 50 лет автомобилестроения. Деформироваться должен не весь кузов автомобиля. В то время как определенные части автомобиля разработаны для того, чтобы деформироваться, пассажирский салон, напротив, усилен с использованием высокопрочной стали и крепких лонжеронов, чтобы предотвратить его разрушение и изменение объема (рис. 4).
Рисунок 4 Направления деформации кузова автомобиля
Также, зоны деформации замедляют столкновение. Вместо того, чтобы два твердых тела мгновенно сталкивались, зоны деформации увеличивают время до остановки транспортного средства.
Все прекрасно работает на больших или среднеразмерных автомобилях, с достаточно крупными капотами и большой массой. Но что делать, если автомобиль небольшой? У них тоже есть деформируемые зоны. [3]
Автомобили класса Smart укомплектованы стальными бамперами спереди и сзади, которые прикручены к продольным лонжеронам клетки безопасности с помощью труб скольжения (рис.5). Они могут быть недорого заменены после незначительных столкновений. При ударах во время парковки или столкновениях на скорости менее 5 км в час урон от аварии не будет заметен вовсе. До 16 км в час, трубы скольжения двигаются для сохранения клетки Tridion от воздействия удара. [3]
Рисунок 5 Краш-тест Smarts
При скорости более 16 км в час, клетка безопасности Tridion распределяет силу удара по всей своей поверхности, чтобы рассеять энергию и защитить своих пассажиров (при условии, перпендикулярного удара с захватом всей ширины передней части автомобиля). В задней части Smarts, коробчатый элемент с запрограммированный деформирующейся областью также сделан из стали, которая сминается так же, как и передние трубы скольжения (рис.6). При ударе, превышающем определенный порог силы, подача топлива в двигатель прекращается, а центральный замок автоматически разблокируется".
Рисунок 6 Конструкция Smart а
В 2004 году на концепции Pininfarina была показана альтернатива классической зоне деформации. Nido Concept состоит из 3 основных элементов: клетки, салазок и поглотителя. В случае лобового столкновения, автомобиль поглощает часть энергии при помощи деформируемой передней части шасси, построенного с использованием двух металлических распорок с внутренним пенопластовым поглотителем.
Эти компоненты имеют форму усеченных конусов, чтобы рассеивать энергию по сотовой металлической перегородке, которая, в свою очередь переносит энергию вдоль центрального тоннеля и боковых элементов.
Рисунок 7 Конструкция деформируемого элемента
Остальная энергия, благодаря массе манекенов и салазок, сдвигает салазки вперед, и сжимает два сотовых поглотителя между жесткой клеткой и приборной панелью салазок, в результате чего постепенно и контролируемо производится торможение манекенов.
Вставка элементов сотового поглотителя между жесткой клеткой и салазками означает, что при столкновении, кривая замедления для данной системы ниже чем кривая для жесткой ячейки. Этого создатели и добивались.
С появлением и постоянным совершенствованием активной безопасности, роль зоны деформации в отношении защиты водителя и пассажиров практически исчезла из поле зрения общественного внимания, но это не означает, что она стала менее важной (рис.7).
Наоборот, так как большинство автопроизводителей начали продвигать основную идею пассивной защиты еще дальше, роль этого элемента безопасности автомобиля возрастает. В этом им помогают организации типа IIHS, NHTSA или Euro NCAP, которые проводят свои краш-тесты автомобилей, и эти тесты с каждым разом все труднее пройти. [3]
С появлением и постоянным совершенствованием активной безопасности, роль зоны деформации в отношении защиты водителя и пассажиров практически исчезла из поле зрения общественного внимания, но это не означает, что она стала менее важной. [3]
Также одним из направлений по получению конструкций, обеспечивающих безопасность водителя гоночного болида, является использование алюминиевых сплавов в качестве материала для изготовления аттенюатора, который устанавливается в носовой части автомобиля и поглощает максимальное количество энергии, возникающее при лобовом столкновении с преградой.
Цель работы: разработка методики численного моделирования системы безопасности на основе аттенюатора болида Formula SAE с целью получения оптимальной конструкции, обеспечивающей безопасность пилота.
Методы исследования: аналитический метод описания процесса, численное моделирование и экспериментальные методы.
Объект исследования - аттенюатор для гоночного болида класса Формула Студент.
Предмет исследования - численные методы моделирования процессов соударения на базе МКЭ, энергопоглощающие характеристики аттенюатора.
Актуальность исследований в этом направлении обусловлена сложностью и недостаточной изученностью методов виртуального моделирования динамических ударов.
Объём пояснительной записки составляет 91 страницу напечатанного текста, содержит 56 рисунков, 3 таблицы.
Для того, чтобы уменьшить ущерб, нанесенный конструкциям, транспортным средствам и автомобилистам в случае аварии используется аттенюатор, который также известен как энергопоглощающий элемент. Аттенюаторы разработаны так, чтобы поглощать кинетическую энергию транспортного средства за счет работы пластической деформации. Исследователи проектируют процесс активной и пассивной системы безопасности, чтобы гарантировать безопасность водителя. Время разработки и стоимость любого продукта могут быть уменьшены благодаря использованию программного обеспечения для моделирования. Но моделируемые результаты не могут использоваться непосредственно в реальную жизнь без проверки, связанной с результатами эксперимента.
Большинство российских и зарубежных команд используют на своих автомобилях стандартные аттенюаторы (рис.1).
Рисунок 1. Стандартный аттенюатор FSAE
Коллективом проектировщиков должно быть предоставлено доказательство динамического тестирования аттенюатора. Фотографии аттенюатора до и после воздействия должны быть предоставлены FSAE до соревнования для контроля. Команда также обязана показывать схематический рисунок метода испытаний. Во время техосмотра транспортного средства проверенный аттенюатор необходимо показать судье для сравнения с фотографиями, сделанными во время испытаний.
Прежде, чем начать проводить физические испытания, необходимо проанализировать возможные конструкции и материалы изделия. Для виртуального моделирования краш-тестов используется пакет LS-DYNA, который требует надлежащих граничных условий. Только тщательно примененные граничные условия дадут хорошие результаты, которые могут коррелироваться с результатами эксперимента. Согласно CAD-модели фронтом является твердая стена, а с задней стороны аттенюатора расположена твердая пластина для контакта с четырьмя точками крепления.
Чтобы понять тип и дизайн рассматриваемого транспортного средства, на представлен гоночный болид Black Bullet команды Тольяттинского государственного университета 2015 года (рис.2). Аттенюатор расположен под передним носовым обтекателем.
Рисунок 2. Гоночный болид Black Bullet
Необходимость повышения уровня безопасности и снижения веса гоночных болидов класса Formula SAE ставит задачу разработки принципиально новой конструкции элементов системы безопасности.
Рассмотрим некоторые элементы системы безопасности, которые применяются в болидах формульного класса.
Как и в дорожных автомобилях, безопасность машин Формулы состоит из сочетания элементов, которые работают вместе для защиты водителя. Общие элементы между дорожными автомобилями и гоночными машинами- ремни безопасности и зоны деформации. [3]
Зона деформации делает именно то, о чем говорит ее название. Это часть кузова автомобиля которая поглощает силу удара для рассеивания и уменьшения данного влияния на человека, находящегося в автомобиле. Конечно, одноместные суперкары F1 являются более продвинутыми, чем их гражданские коллеги, тем не менее система работает по одинаковому принципу и у них. [3]
Глядя на фотографии автомобилей из прошлого, сделанными из толстостенных и могучих стальных листов, кажется, что современные автопроизводители сделали все от них зависящее, чтобы сделать машины менее безопасными. Толщину стенок металла уменьшили, вес постоянно снижают, это же все несомненно сказывается на прочности, и не в лучшую сторону. [3]
Ранний автомобильный дизайн подразумевал жесткие конструкции, которые по замыслам инженеров того времени должны были препятствовать деформации и снижать вероятность травм. [3]
В большинстве случаев при серьезном столкновении, это приводило к серьезным или даже фатальным последствиям. Слишком велики перегрузки.
Так было до 1953 года, когда на горизонте замаячили первые зоны деформации для автомобилей. Как и за многие другие технологии в автомобильной инженерной мысли, компания, ответственная за создание технологических прорывов носила название Mercedes-Benz. Один из инженеров, Бела Барений, занимался в течение продолжительного времени решением этой проблемы и в 1953 году, его идея была реализована в модели "Ponton" (трехобъемном) Мерседесе (модели серии W120). Первая попытка была удачная, но прошло немало времени, исследований и доработок, прежде чем гуманная технология пошла в серию. [3]
Лишь в 1967 году Mercedes-Benz Heckflosse (также известный как Fintail) стал первым серийным автомобилем в мире с "зонами деформации", функцией безопасности включающей каркас безопасности совмещенный с зонами деформации. (рис.3). [3]
Рисунок 3 Зоны деформации
Первый закон Ньютона гласит, "Объект в движении останется в движении с той же скоростью и в том же направлении, до тех пор, пока на него не подействуют несбалансированные силы". [3]
Например, если транспортное средство едет со скоростью 80 км/ч, то и объекты внутри будут обладать той же скоростью, и, если это транспортное средство резко останавливается (происходит столкновение, мгновенное замедление), тела будут "чувствовать" необходимость продолжать двигаться в том же направлении на скорости 80 км в час, до тех пор, пока что-то не остановит их. Более того, даже если препятствие остановит сами тела, их внутренние органы будут продолжать двигаться с не меньшей скоростью, тем самым вызывая серьезные повреждения. [3]
Ньютон также говорил, что сила равна массе, умноженной на ускорение.
Переводя в нашу ситуацию можно сказать, что в результате столкновения, это означает, что сила, действующая на автомобиль и его пассажиров, уменьшается, если время, необходимое для остановки транспортного средства увеличивается.
Зоны деформации работают в точном соответствии с двумя законами. Размещенные в передней и задней частях автомобиля, они поглощают энергию при столкновении, возникающей во время удара. Это достигается за счет деформации, то, о чем не слышали в первые 50 лет автомобилестроения. Деформироваться должен не весь кузов автомобиля. В то время как определенные части автомобиля разработаны для того, чтобы деформироваться, пассажирский салон, напротив, усилен с использованием высокопрочной стали и крепких лонжеронов, чтобы предотвратить его разрушение и изменение объема (рис. 4).
Рисунок 4 Направления деформации кузова автомобиля
Также, зоны деформации замедляют столкновение. Вместо того, чтобы два твердых тела мгновенно сталкивались, зоны деформации увеличивают время до остановки транспортного средства.
Все прекрасно работает на больших или среднеразмерных автомобилях, с достаточно крупными капотами и большой массой. Но что делать, если автомобиль небольшой? У них тоже есть деформируемые зоны. [3]
Автомобили класса Smart укомплектованы стальными бамперами спереди и сзади, которые прикручены к продольным лонжеронам клетки безопасности с помощью труб скольжения (рис.5). Они могут быть недорого заменены после незначительных столкновений. При ударах во время парковки или столкновениях на скорости менее 5 км в час урон от аварии не будет заметен вовсе. До 16 км в час, трубы скольжения двигаются для сохранения клетки Tridion от воздействия удара. [3]
Рисунок 5 Краш-тест Smarts
При скорости более 16 км в час, клетка безопасности Tridion распределяет силу удара по всей своей поверхности, чтобы рассеять энергию и защитить своих пассажиров (при условии, перпендикулярного удара с захватом всей ширины передней части автомобиля). В задней части Smarts, коробчатый элемент с запрограммированный деформирующейся областью также сделан из стали, которая сминается так же, как и передние трубы скольжения (рис.6). При ударе, превышающем определенный порог силы, подача топлива в двигатель прекращается, а центральный замок автоматически разблокируется".
Рисунок 6 Конструкция Smart а
В 2004 году на концепции Pininfarina была показана альтернатива классической зоне деформации. Nido Concept состоит из 3 основных элементов: клетки, салазок и поглотителя. В случае лобового столкновения, автомобиль поглощает часть энергии при помощи деформируемой передней части шасси, построенного с использованием двух металлических распорок с внутренним пенопластовым поглотителем.
Эти компоненты имеют форму усеченных конусов, чтобы рассеивать энергию по сотовой металлической перегородке, которая, в свою очередь переносит энергию вдоль центрального тоннеля и боковых элементов.
Рисунок 7 Конструкция деформируемого элемента
Остальная энергия, благодаря массе манекенов и салазок, сдвигает салазки вперед, и сжимает два сотовых поглотителя между жесткой клеткой и приборной панелью салазок, в результате чего постепенно и контролируемо производится торможение манекенов.
Вставка элементов сотового поглотителя между жесткой клеткой и салазками означает, что при столкновении, кривая замедления для данной системы ниже чем кривая для жесткой ячейки. Этого создатели и добивались.
С появлением и постоянным совершенствованием активной безопасности, роль зоны деформации в отношении защиты водителя и пассажиров практически исчезла из поле зрения общественного внимания, но это не означает, что она стала менее важной (рис.7).
Наоборот, так как большинство автопроизводителей начали продвигать основную идею пассивной защиты еще дальше, роль этого элемента безопасности автомобиля возрастает. В этом им помогают организации типа IIHS, NHTSA или Euro NCAP, которые проводят свои краш-тесты автомобилей, и эти тесты с каждым разом все труднее пройти. [3]
С появлением и постоянным совершенствованием активной безопасности, роль зоны деформации в отношении защиты водителя и пассажиров практически исчезла из поле зрения общественного внимания, но это не означает, что она стала менее важной. [3]
Также одним из направлений по получению конструкций, обеспечивающих безопасность водителя гоночного болида, является использование алюминиевых сплавов в качестве материала для изготовления аттенюатора, который устанавливается в носовой части автомобиля и поглощает максимальное количество энергии, возникающее при лобовом столкновении с преградой.
Цель работы: разработка методики численного моделирования системы безопасности на основе аттенюатора болида Formula SAE с целью получения оптимальной конструкции, обеспечивающей безопасность пилота.
Методы исследования: аналитический метод описания процесса, численное моделирование и экспериментальные методы.
Объект исследования - аттенюатор для гоночного болида класса Формула Студент.
Предмет исследования - численные методы моделирования процессов соударения на базе МКЭ, энергопоглощающие характеристики аттенюатора.
Актуальность исследований в этом направлении обусловлена сложностью и недостаточной изученностью методов виртуального моделирования динамических ударов.
Объём пояснительной записки составляет 91 страницу напечатанного текста, содержит 56 рисунков, 3 таблицы.
При выполнении магистерской диссертации разработана методика оценки энергопоглощающих характеристик аттенюатора, что позволяет создать конструкцию, удовлетворяющую требованиям регламента Formula SAE.
В процессе работы получены следующие результаты:
1. Установлено, что алюминий является наиболее популярным материалом для конструкций энергопоглощающих элементов аттенюатора.
2. На основании обзора литературных источников показано, что численное моделирование процессов соударения является основным методом проектирования и разработки узлов систем безопасности автомобиля.
3. Разработана электронная модель макета рамы болида в приложениях CAD системы NX Siemens PLM Software: моделирование и сборки. Создана сетка конечных элементов системы безопасности и рамы болида Formula Student, которая содержит только для аттенюатора около 180 тысяч оболочечных конечных элементов типа PShell. Разработаны k-файлы для моделирования процессов соударения рамы болида с жёсткой преградой в LS-DYNA и для системы безопасности гоночного автомобиля.
4. Предложена методика определения величины отскока после соударения по перемещению центра тяжести болида. Так для второго варианта конструкции аттенюатора величина отскока составила 40 мм и приблизительно соответствует величине перемещения центра диагональной трубы передней перегородки.
5. Разработана методика определения интегральной внутренней энергии деформирования аттенюатора. Показано, что анализ распределения величины энергии поглощения при соударении элементами конструкции аттенюатора позволяет выявить направление дальнейшего совершенствования конструкции энергопоглощающего элемента.
6. Разработана методика моделирования и проектирования энергопоглощающих элементов системы безопасности гоночного болида из листового проката алюминия.
В процессе работы получены следующие результаты:
1. Установлено, что алюминий является наиболее популярным материалом для конструкций энергопоглощающих элементов аттенюатора.
2. На основании обзора литературных источников показано, что численное моделирование процессов соударения является основным методом проектирования и разработки узлов систем безопасности автомобиля.
3. Разработана электронная модель макета рамы болида в приложениях CAD системы NX Siemens PLM Software: моделирование и сборки. Создана сетка конечных элементов системы безопасности и рамы болида Formula Student, которая содержит только для аттенюатора около 180 тысяч оболочечных конечных элементов типа PShell. Разработаны k-файлы для моделирования процессов соударения рамы болида с жёсткой преградой в LS-DYNA и для системы безопасности гоночного автомобиля.
4. Предложена методика определения величины отскока после соударения по перемещению центра тяжести болида. Так для второго варианта конструкции аттенюатора величина отскока составила 40 мм и приблизительно соответствует величине перемещения центра диагональной трубы передней перегородки.
5. Разработана методика определения интегральной внутренней энергии деформирования аттенюатора. Показано, что анализ распределения величины энергии поглощения при соударении элементами конструкции аттенюатора позволяет выявить направление дальнейшего совершенствования конструкции энергопоглощающего элемента.
6. Разработана методика моделирования и проектирования энергопоглощающих элементов системы безопасности гоночного болида из листового проката алюминия.
Подобные работы
- Моделирование энергопоглощающего элемента гоночного автомобиля класса «Formula Student» согласно требованиям регламента
Магистерская диссертация, машиностроение. Язык работы: Русский. Цена: 4950 р. Год сдачи: 2021