РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ КОЛЕС АВТОМОБИЛЕЙ ПОД ДЕЙСТВИЕМ УДАРНЫХ НАГРУЗОК

Аннотация

Современное автомобилестроение характеризуется повышенными требованиями к безопасности и надежности элементов ходовой части транспортных средств. Одним из наиболее ответственных элементов конструкции автомобиля является колесо, которое в процессе эксплуатации подвергается воздействию значительных динамических и ударных нагрузок, особенно при наезде на препятствия. В связи с широким применением литых алюминиевых колес возрастает необходимость разработки достоверных методов оценки их прочности в условиях сертификационных испытаний. Несмотря на наличие нормативных требований, расчетное моделирование напряженно-деформированного состояния колес при ударных нагрузках до настоящего времени остается недостаточно разработанным. Целью настоящего исследования является разработка и верификация расчетно-экспериментальной методики оценки напряженно-деформированного состояния литых алюминиевых автомобильных колес при ударных нагрузках, моделирующих условия сертификационных испытаний. Для достижения поставленной цели в работе выполнен анализ нормативной базы, разработана конечно-элементная модель виртуального испытательного стенда, проведено нелинейное динамическое моделирование ударного нагружения и выполнено сопоставление расчетных данных с результатами натурных тензометрических экспериментов. Дополнительной задачей являлась оценка применимости коэффициента динамичности для инженерной оценки сопротивления колес удару. В результате проведенного исследования получены пространственно-временные распределения деформаций и напряжений в конструкции колеса при косом ударе под углом 30°. Установлено, что зоны максимальных деформаций, выявленные в расчетной модели, совпадают с областями остаточных пластических деформаций, зафиксированных экспериментально. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показало, что расхождение значений деформаций в контрольных точках не превышает 10–11 %, что соответствует инженерно допустимому уровню погрешности. Также получено удовлетворительное согласование параметров колебательного процесса, включая период, частоту и логарифмический декремент затухания. В заключение сделан вывод о том, что предложенная расчетно-экспериментальная методика обеспечивает достоверную оценку прочности автомобильных колес при ударных нагрузках и может быть использована при проектировании и подготовке к сертификационным испытаниям. Использование коэффициента динамичности допустимо для предварительного анализа, однако для окончательной оценки прочности предпочтительно применять прямое численное моделирование ударного процесса.