Розроблення моделей і методів аналізу деформаційних коливань кузовів автобусів

Abstract

Дисертація присвячена розробленню ефективних методів і математичних моделей аналізу деформаційних коливань кузовів автобусів із застосуванням засобів континуалізації та оцінці придатності цих методів для визначення нижчих власних частот і форм коливань кузовів. У роботі запропоновано метод аналізу крутильних і згинно-зсувних коливань кузовів автобусів із застосуванням розрахункових моделей у вигляді багатопрогонових стрижнів. Розроблено метод аналізу деформаційних коливань кузовів автобусів із застосуванням розрахункових моделей у вигляді систем стрижнів, що взаємодіють між собою через пружні шари. Опрацьовано складені стрижневі математичні моделі і алгоритми аналізу крутильних і згинно-зсувних коливань кузовів. Проведено аналіз міцності, деформативності, а також модальний аналіз кузова автобуса методом скінченних елементів та досліджено вплив обшивки і засклення автобуса на характеристики вільних деформаційних коливань кузова. Експериментально визначені характеристики вільних коливань кузова автобуса і проведено порівняльний аналіз результатів теоретичних і експериментальних досліджень. Диссертация посвящена разработке эффективных методов и математических моделей анализа деформационных колебаний кузовов автобусов, которые бы давали возможность с достаточной для практики точностью определять низшие собственные частоты и формы колебаний, а также амплитудно-частотные характеристики кузовов на основе учёта особенностей деформирования механических систем, а также позволяли упрощать расчеты динамических параметров несущих конструкций за счёт применения приёмов континуализации. В роботе предложен метод анализа крутильных и изгибно-сдвиговых колебаний кузовов автобусов с применением расчётных моделей в виде многопролётных стержней и проведена оценка низших собственных частот типовых конструкций автобусов. Разработан метод анализа деформационных колебаний кузовов автобусов с применением расчётных моделей в виде систем стержней, взаимодействующих между собой посредством упругих слоёв. На этой основе построены математические модели и алгоритмы анализа крутильных и изгибно-сдвиговых колебаний кузовов. Проведен анализ прочности, деформируемого состояния, а также модальный анализ кузова автобуса методом конечных элементов, исследовано влияние обшивки и застекления автобуса на характеристики свободных деформационных колебаний кузова. Экспериментальным путём определены характеристики свободных колебаний кузова автобуса и проведен сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований. Научная новизна полученных результатов состоит в том, что в работе усовершенствована методология анализа деформационных колебаний длинномерных составных конструкций с использованием стержневых расчётных моделей за счёт использования приведенных модулей упругости материала, значения которых определяются экспериментальным путём. Впервые предложен метод анализа крутильных и изгибно-сдвиговых колебаний кузовов автобусов на основе использования расчётных моделей в виде системы стержней, взаимодействующих между собой посредством упругих слоёв, с помощью которых учитываются упругие свойства стержневых решёток. Впервые теоретико-экспериментальным путём осуществлена количественная оценка влияния обшивки и застекления автобуса на собственные частоты и формы деформационных колебаний конструкции кузова. Показано, что применение стержневых расчётных моделей кузовов даёт возможность определения с достаточной для практики точностью низшей собственной частоты, а моделей в виде системы стержней, взаимодействующих между собой посредством упругих слоёв, – двух или трёх собственных частот и соответствующих форм колебаний. Практическое значение полученных результатов состоит в том, что разработанные математические модели и компьютерные программы дают возможность определять характеристики частотных спектров, а также амплитудно-частотные характеристики кузовов автобусов в процессе их проектирования и предотвращать за счёт этого резонансные колебания кузовов в процессе эксплуатации. Практические результаты диссертации направлены на повышение эксплуатационной надёжности и комфортабельности транспортных средств. На основании проведенных исследований даны практические рекомендации по усовершенствованию конструкций кузовов. Разработанная методика расчёта собственных частот и форм кузовов автобусов, а также методика экспериментального определения собственных частот кузовов прошли промышленные испытания на предприятиях ТОВ «Львівські автобусні заводи» та ТОВ «ЦКБ ЛАЗ», занимающихся проектированием автобусов, в процессе разработки модельного ряда автобусов и троллейбусов с низким уровнем пола. На промышленные образцы автобусов получены патенты. The dissertation deals with development of efficient methods and mathematical models of analysis of deformation vibrations of bodies of buses using means of continuity and evaluation of suitability of these methods for the determination of lower own frequencies and forms of vibrations of bodies. The paper presents the method of analysis of torsional and flexural-shear vibrations of bodies of buses using computational models as multispan rods. Developed a method for the analysis of deformation vibrations of bus bodies using computational models as systems of rods that interact via elastic layers. Processed multispan mathematical models and algorithms for the analysis of torsional and flexural-shear vibrations of bodies. Also done the analysis of strength, deformability and modal analysis of bus bodies by finite element method and the effect of cladding and windows of the bus on the characteristics of free deformation vibrations of the body. Experimentally determined characteristics of free oscillations of bus body and a comparative analysis of the results of theoretical and experimental studies.