«Применение компьютерного моделирования для оценки стойкости автомобиля к ударным нагрузкам» Ч.1 (150,00 руб.)

Стр.1

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» (ПГУ) А. Ю. Муйземнек Применение компьютерного моделирования для оценки стойкости автомобиля к ударным нагрузкам В шести частях Часть 1 Компьютерные модели манекенов и элементов системы обеспечения пассивной безопасности автомобиля Допущено УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности «Автомобиле- и тракторостроение» Пенза Издательство ПГУ 2012

Стр.1

УДК 656.13.08 М89 Р е ц е н з е н т ы: доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Эксплуатация автомобильной техники» Пензенского государственного университета архитектуры и строительства, действительный член Российской академии транспорта В. В. Салмин доктор технических наук, профессор Пензенского филиала Военной академии материально-технического обеспечения им. генерала армии А. В. Хрулёва В. Я. Савицкий М89 Муйземнек, А. Ю. Применение компьютерного моделирования для оценки стойкости автомобиля к ударным нагрузкам : учеб. пособие : в 6 ч. Ч. 1. Компьютерные модели манекенов и элементов системы обеспечения пассивной безопасности автомобиля / А. Ю. Муйземнек. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2012. – 126 с. ISBN 978-5-94170-529-0 (1 ч.) ISBN 978-5-94170-528-3 Учебное пособие написано в соответствии с новыми учебными программами и продолжает общий цикл практических работ по дисциплинам «Безопасность транспортных средств», «Расследование и экспертиза ДТП», «Биомеханика ДТП». Содержит описание способов использования компьютерного моделирования для оценки стойкости автомобиля к ударным нагрузкам. Подготовлено на кафедре «Транспортные машины» ПГУ и предназначено для студентов специальностей 190012 «Автомобиле- и тракторостроение» и 190702 «Организация и безопасность движения» очной и заочной форм обучения. УДК 656.13.08 ISBN 978-5-94170-529-0 (1 ч.) ISBN 978-5-94170-528-3 2 © Пензенский государственный университет, 2012

Стр.2

СОДЕРЖАНИЕ Введение .................................................................................................... 4 1. Методы экспериментальных исследований пассивной безопасности автомобиля ........................................................................ 7 1.1. Статистический метод ...................................................................... 7 1.2. Метод полномасштабных испытаний ............................................. 8 1.3. Методы испытания отдельных компонентов и систем в условиях частичной имитации ДТП ................................................... 17 1.4. Методы испытаний отдельных элементов системы обеспечения внутренней пассивной безопасности ............................... 23 2. Компьютерные модели манекенов ..................................................... 29 2.1. История разработки манекенов ....................................................... 33 2.2. Основные компьютерные модели манекенов ................................ 37 2.3. Тестирование моделей манекенов и их элементов ........................ 46 3. Компьютерные модели автомобилей ................................................. 49 3.1. История разработки компьютерных моделей автомобилей ......... 49 3.2. Направления совершенствования компьютерных моделей автомобилей .............................................................................................. 50 4. Компьютерные модели подушек безопасности ................................ 52 4.1. Моделирование газогенератора ....................................................... 53 4.2. Моделирование ткани ....................................................................... 58 4.3. Геометрия подушки безопасности в исходном и сложенном положениях ........................................................................ 59 4.4. Аэродинамические эффекты ............................................................ 62 4.5. Потери массы в подушке .................................................................. 66 4.6. Тестирование компьютерных моделей подушек безопасности ............................................................................................. 67 5. Компьютерные модели ремней безопасности .................................. 70 6. Моделирование деформируемых барьеров ....................................... 75 7. Критерии повреждаемости .................................................................. 80 8. Компьютерное моделирование столкновения автомобиля ............. 90 8.1. Моделирование бокового удара ...................................................... 90 8.2. Использование в моделях компонентов ......................................... 95 9. Качество компьютерных моделей ...................................................... 98 9.1. Обеспечение качества компьютерных моделей на этапе их создания ............................................................................................... 98 9.2. Оценка качества компьютерных моделей на этапе обработки результатов моделирования ................................................ 101 Заключение ............................................................................................... 106 Список литературы .................................................................................. 107 Приложение .............................................................................................. 108 3

Стр.3

Введение Для исследования процесса функционирования системы обеспечения пассивной безопасности автомобиля, оценки ее эффективности и соответствия существующим нормам используются расчетные, экспериментальные и расчетно-экспериментальные методы. Оценка эффективности системы обеспечения пассивной безопасности проводится при всех основных видах столкновений – фронтальном и боковом, ударе сзади и опрокидывании. Расчетные методы. В настоящее время в связи с активным внедрением на предприятиях автомобильной промышленности компьютерных технологий и развитием систем автоматизированного инженерного анализа (CAE-систем) расчетные методы приобрели большую значимость, нежели раньше. Достаточно высокая точность компьютерного моделирования позволяет уже на стадии проектирования оценить поведение элементов системы обеспечения пассивной безопасности и нагрузки, действующее на человека, что значительно повышает эффективность как процесса разработки автомобиля в целом, так и оптимизации параметров отдельных частей, включая элементы системы обеспечения пассивной безопасности. В последнее время компьютерные методы прогнозирования поведения автомобиля в различных видах дорожно-транспортного происшествий (ДТП) занимают все больше времени, отведенного на разработку автомобиля. Мировые автопроизводители имеют в своем арсенале мощнейшие вычислительные и программные средства для дополнения натурных экспериментов виртуальными испытаниями. Использование CAE-систем позволяет также снизить затраты на проведение испытаний как отдельных узлов автомобиля, так и всего автомобиля в целом, так называемых краш-тестов. Стоимость одного краш-теста автомобиля составляет 150–200 тыс. долл., а экспериментальной модели автомобиля – до 2 млн долл. Компьютерное моделирование краш-теста (виртуальный краш-тест) стоит 5–7 тыс. долл. При разработке новой модели автомобиля производители проводят 150–200 виртуальных краш-тестов и 5–6 реальных. Для компьютерного моделирования поведения автомобиля при различных видах ДТП автопроизводителями, научно-исследовательскими и экспертными организациями используются такие программы, как LS-DYNA, Abaqus, Mark, MSC-Dytran, PAM-Crash, PC-Crash, 4

Стр.4

CARAT. Некоторые из них основаны на применении метода конечных элементов (МКЭ), другие – на методах механики абсолютно твердых тел, например, в ОАО «Ижмаш-Авто» для прочностного анализа автомобиля и его деталей используется программа ANSYS/LS-DYNA. Расширение применения численных методов в последние десятилетия привело к тому, что CAE-системы, основанные на МКЭ, сегодня являются инструментом, полностью интегрированным в процесс проектирования транспортного средства (ТС) и элементов дороги, обеспечивающих безопасность. Сейчас можно констатировать, что дальнейшее развитие транспортной отрасли невозможно без массового применения CAE-систем на всех стадиях жизненного цикла транспортного средства и элементов транспортной инфраструктуры. Кроме CAE-систем, основанных на МКЭ, для моделирования системы «автомобиль – водитель – дорога» также успешно используются универсальные математические пакеты, например, модуль SimMechanics среды MATLAB, предназначенный для моделирования механического движения систем абсолютно твердых тел. Для анализа травмирования водителя и пассажира при различных видах ДТП используются компьютерные модели манекенов, которые позволяют, основываясь на результатах компьютерного моделирования, вычислить необходимые критерии травмирования человека. Компьютерным моделям манекенов (Hybrid-III, SID, Eurosid и др.), используемым при оценке стойкости автомобиля к ударным нагрузкам, посвящен первый раздел данного учебного пособия. В качестве примера на рис. В.1 показаны компьютерные модели манекенов фирмы Toyota. Рис. В.1. Компьютерные модели манекенов фирмы Toyota 5

Стр.5

Экспериментальные методы. Несмотря на достаточно высокую точность результатов компьютерного моделирования процесса ДТП автомобиля в целом и системы обеспечения пассивной безопасности автомобиля в частности, на стадии разработки автомобиля, например, при сертификационных испытаниях автомобиля на пассивную безопасность, используются экспериментальные методы. В качестве основных приняты следующие методы экспериментальных исследований на пассивную безопасность автомобиля: – статистические методы, которые основаны на статистической обработке данных по реальным ДТП; – метод полномасштабных испытаний, при котором оценка пассивной безопасности осуществляется в условиях, близких к реальным условиям ДТП. Примером таких испытания являются краштесты; – методы испытания отдельных компонентов и систем автомобиля в условиях частичной имитации ДТП. Примером таких испытаний являются салазочные тесты; – методы испытания отдельных деталей и узлов автомобиля, входящих в систему обеспечения пассивной безопасности. Примерами таких испытаний являются испытания ремней безопасности на прочность и истирание, маятниковые тесты, испытания на падение и пр. Расчетно-экспериментальные методы имеют достоинства расчетных и экспериментальных методов, не имея их недостатков. 6

Стр.6