Моделирование поведения тонкостенных труб с разными наполнителями при предельном нагружении применительно к решению проблем пассивной безопасности автомобилей
Авторы: Гончаров Р.Б., Зузов В.Н., Чайко Д.Н.
Опубликовано в выпуске: #3(87)/2019
DOI: 10.18698/2308-6033-2019-3-1856
Раздел: Механика | Рубрика: Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры
Рассмотрены вопросы, связанные с выбором эффективного конечно-элементного моделирования тонкостенных труб c разными типами наполнителей (имитирующими каркасные элементы кабин и кузовов автомобилей) при квазистатическом поперечном нагружении, вызывающем смятие трубы и наполнителя. Объектами исследований являются тонкостенные трубы из алюминиевого сплава АМг6 с наполнителями из пеноалюминия, эпоксидной смолы и композиционного материала (состоящего из шариков Poraver и эпоксидной смолы). Исследовано влияние наполнителя на механические свойства трубы, а также эффекты стесненного поведения материала наполнителя при предельном изгибном нагружении трубы. Для верификации теоретических положений проведены испытания на универсальной испытательной машине Zwick Z100 (для полой тонкостенной трубы из алюминиевого сплава и таких же труб с наполнителями). Представлены результаты расчетов прочности и жесткости трубы с различными наполнителями, выполненных численными методами, и результаты эксперимента (погрешность расчетов не превышает 8 %). Показано, что наиболее рациональным материалом с точки зрения соотношения энергоемкость — масса является пеноалюминий
Литература
[1] Шабан Б.А., Зузов В.Н. Анализ влияния конструктивных факторов на пассивную безопасность кабины грузового автомобиля при фронтальном ударе. Наука и образование. Электрон. журн., 2013, № 8, с. 91–108. DOI: 10.7463/0813.0580257
[2] Шабан Б.А., Зузов В.Н. Анализ влияния конструктивных факторов кабины на пассивную безопасность грузовых автомобилей при ударе по передним стойкам. Наука и образование. Электрон. журн., 2013, № 11, с. 95–106. DOI: 10.7463/1113.0636798
[3] Шабан Б.А., Зузов В.Н. Особенности моделирования каркасных элементов кузовов и кабин автомобилей при исследовании пассивной безопасности. Наука и образование. Электрон. журн., 2012, № 11, с. 81–104. DOI: 10.7463/1112.0486675
[4] Chen W., Wierzbicki T., Santosa S. Bending collapse of thin-walled beams with ultralight filler: numerical simulation and weight optimization. Acta Mechanica, 2002, vol. 153 (3), pp. 183–206. DOI: 10.1007/BF01177451
[5] Chen W. Experimental and numerical study on bending collapse of aluminum foam-filled hat profiles. International Journal of Solids and Structures, 2001, vol. 38 (44), pp. 7919–7944. DOI: 10.1016/S0020-7683(01)00094-4
[6] Hanssen A.G., Hopperstad O.S., Langseth M. Bending of square aluminum extrusions with aluminum foam filler. Acta Mechanica, 2000, vol. 142 (1), pp. 13–31. DOI: 10.1007/BF01190010
[7] Гончаров Р.Б., Зузов В.Н. Проблемы поиска оптимальных конструктивных параметров бампера автомобиля при ударном воздействии с позиций пассивной безопасности. Тр. НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2018, № 3 (122), c. 130–136.
[8] Гончаров Р.Б., Зузов В.Н. Проблемы поиска оптимальных решений для обеспечения пассивной безопасности кабин грузовых автомобилей при минимальной массе. Изв. Моск. гос. техн. ун-та МАМИ, 2018, № 4 (38), c. 92–102.
[9] Шабан Б.А., Зузов В.Н. Особенности построения конечно-элементных моделей кабин для исследования пассивной безопасности при ударе в соответствии с правилами ЕЭК ООН № 29. Наука и образование. Электрон. журн., 2013, № 3, с. 129–156. DOI: 10.7463/0313.0542301
[10] Guo L., Yu J. Dynamic bending response of double cylindrical tubes filled with aluminum foam. Int. J. of Impact Engineering, 2011, no. 38, pp. 85–94.
[11] Гончаров Р.Б., Зузов В.Н. Топологическая оптимизация конструкции бампера автомобиля при ударном воздействии с позиций пассивной безопасности. Изв. Моск. гос. техн. ун-та МАМИ, 2018, № 2 (36), с. 2–9.
[12] Deshpande V.S., Fleck N.A. Isotropic constitutive models for metallic foams. J. Mech. Phys. Solids, 2000, vol. 48, pp. 1253–1283.
[13] Xiao Zh., Fang J., Sun G., Li Q. Crashworthiness design for functionally graded foam-filled bumper beam. Int. J. Advances in Engineering Software, 2015, vol. 85, no. C, pp. 81–95.
[14] Li Zh., Yu Q., Zhao X., Yu M., Shi P., Yan C. Crashworthiness and lightweight optimization to applied multiple materials and foam-filled front end structure of auto-body. Adv. in Mech. Eng., 2017, vol. 9 (8), pp. 1–21. DOI: 10.1177/1687814017702806
[15] Шебанов С.М., Гаевой Н.В. Деформативность нанокомпозита эпоксидная смола — многослойные углеродные нанотрубки при многократном сжатии. Оборонный комплекс — научно-техническому прогрессу России, 2010, № 3, c. 104–110.
[16] Арутюнян Г.А., Карташов А.Б. Разработка математической модели разрушения углепластиковых энергопоглощающих элементов несущей системы автомобиля. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2018, № 1 (694), с. 45–54. DOI: 10.18698/0536-1044-2018-1-45-54