ВВЕДЕНИЕ 3
1 Состояние вопроса 5
1.1 Требования регламента проекта Формула Студент к разработке
аттенюатора 5
1.2 Анализ существующих конструктивных решений 7
1.3 Выводы по главе 25
2 Разработка расчетной модели аттенюатора 26
2.1 Последовательность разработки CAD-модели аттенюатора 26
2.2 Последовательность разработки расчетной модели аттенюатора.. 30
2.3 Выводы по главе 37
3 Конечно-элементный анализ типовых форм конструкций
аттенюатора 38
3.1 CAE-моделирование аттенюатора цилиндрической формы 38
3.2 CAE-моделирование аттенюатора конусной формы 43
3.3 CAE-моделирование аттенюатора кубической формы 47
3.4 CAE-моделирование аттенюатора пирамидальной формы 51
3.5 Выводы по главе 57
4 Разработка конструкции аттенюатора, удовлетворяющего
требованиям регламента проекта Формула Студент 58
4.1 CAE-моделирование аттенюатора улучшенной конструкции 58
4.2 Выводы по главе 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 68
Формула Студент - соревнования студенческих команд в проектировании гоночных болидов заданной регламентом конструкции. Изначально формула студент проводилась только в США, а в данный момент проходит во всём мире и помогает в становлении молодых инженеров.
Первопроходцами Formula Student в России стали три университета: Московский Автомобильно-Дорожный Университет (МАДИ), Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ) и Тольяттинский Государственный Университет (ТГУ). На сегодняшний день в РФ организовано около трёх десятков команд: в Нижнем Новгороде, Тюмени, Ярославле, Екатеринбурге, Тольятти, Челябинске и Набережных Челнах и их становится все больше [1].
Одним из важнейших требований регламента Формула Студент является безопасность пилота, которая достигается за счет добавления в конструкцию болида обязательных элементов, таких как аттенюатор.
Аттенюатор должен быть установлен спереди на передней перегородке рамы автомобиля и иметь размеры как минимум 100 мм в высоту и 200 мм в ширину на расстоянии не менее 200 мм от передней перегородки.
В аттенюатор должна быть встроена 4-х миллиметровая защитная пластина из алюминия или 1,5 миллиметровая защитная пластина из конструкционной стали. Если аттенюатор в сборе приварен к передней перегородке, то он должен иметь габаритные размеры как минимум до осевой линии труб передней перегородки во всех направлениях. Если аттенюатор в сборе не встроен в раму (то есть, не приварен), он должен крепиться к передней перегородке как минимум 4...8 мм болтами класса 8.8 (5/16 дюйма класса SAE Grade 5).
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 [2].
Для определения оптимальной конструкции аттенюатора необходимо проведение сравнительного исследования конструктивных особенностей аттенюаторов, используемых на автомобилях других команд.
Целью диссертации является исследование и разработка CAE-модели аттенюатора оптимальной конструкции из алюминиевого сплава, отвечающего требованиям безопасности пилота автомобиля согласно регламенту проекта Формула, Студент.
Объектом исследования является аттенюатор (гаситель фронтального удара) для гоночного болида класса Формула Студент.
С целью обеспечения безопасности пилота болида Формула Студент был проведён CAE-анализ различных конфигураций аттенюаторов и разработана оптимальная конструкция, отвечающая всем требованиям регламента проекта Формула Студент.
В рамках данной работы были сделаны следующие выводы.
1. Изменение формы и конструкции аттенюатора влияет на процесс энергопоглощения и перегрузку при ударе.
2. Алюминиевые сплавы показывают хорошие результаты в энергопоглощении и плавности прохождения деформации.
3. Установлено, что с учетом параметра перегрузки, лучшим вариантом формы аттенюатора является усеченная пирамида.
4. Установлено, что пиковое ускорение в рассмотренных конструкциях возникает в первые моменты удара.
5. Для уменьшения чрезмерной перегрузки в начале удара была спроектирована конструкция из алюминиевого сплава, имеющая форму обратной пирамиды на конце.
