Автореферат (1025302), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

На основе данных, полученных врезультате имитационного математического моделирования, назначаютсярежимы испытаний для рассмотренных объектов. В главе подробно описанырежимы нагружения: для определения сухого трения амортизатора, снятиенагрузочной характеристики пружины, моделирование различных возмущенийв осевом направлении, входным параметром которых является кинематическоевоздействие с заданной частотой и амплитудой. Контролируемыми параметрамиявляется зависимость силы и перемещения от времени.Для проведения экспериментальных исследований упруго-демпфирующегоэлемента используется научно-исследовательский сервогидравлическийиспытательный комплекс разработанный и функционирующий в Волгоградскомгосударственный техническом университете (ВолгГТУ).

Испытательныйкомплекспредставляетсобойодноопорныйстенд-гидропульсатор,предназначенный для определения упругодемпфирующих свойств широкогоспектра различных механических систем.В результате проведения испытаний была определена средняя величинасухого трения в уплотнениях амортизатора, которая составила 0,027 кН.Определена нагрузочная характеристика композитной пружиныДля верификации математической модели был проведен эксперимент, врезультате которого получена экспериментальная упругодемпфирующаяхарактеристика композитной пружины, изображенная на Рис.

7.Рис. 7. Сравнение упругодемпфирующих характеристик модели иэкспериментаРазработанная модель композитной пружины содержит три независимыхпараметра, которые соответствуют выбранному материалу. Эти параметры12получены путем использования регрессионного анализа методом наименьшихквадратов. Анализ экспериментальных данных с выбором параметров моделибыл реализован в программном комплексе MATLAB. В результате полученыследующие значения вязкоупругие параметры модели:  0,58;   0,48;   0,22.На Рис. 8 представлены диаграммы, полученные при проведении испытанийдля одной определенной амплитуды и частоты.

Для остальных амплитуд и частотдиаграммы имеют аналогичный характер.С композитной пружинойСо стальной пружинойРис. 8. Диаграммы, полученные при проведении испытанийДля каждого режима испытаний были определены: энергия, поглощеннаякомпозитной пружиной, коэффициент поглощения, коэффициент потерь илогарифмический декремент колебаний.Установлено, что разработанная модель композитной витой пружины сдостаточной точностью повторяет результаты проведения эксперимента(относительная погрешность определения не превышает 13%).

В главе делаетсявывод, что модель можно считать верифицированной и адекватной.В пятой главе проведен анализ влияния пружины из ПКМ навибробезопасность. Поглощающая способность композитной пружинысравнивалась с поглощающей способностью пневматической шины.

Былипроанализированы результаты испытаний, которые приведены в работах авторовЯценко Н.Н. и Балакина Е.В. В результате, по показателям, характеризующимрассеивание энергии, определено, что коэффициент поглощения длярассмотренных шин лежит в диапазоне от 0,57 до 0,844, а для стеклопластиковойпружины в зависимости от нагрузочного режима – от 0,102 до 1,63. Такимобразом, можно сделать вывод, что рассеивание энергии стеклопластиковойпружиной сопоставимо с рассеиванием энергии в шине, поэтому при проведенииимитационного моделирования движения КМ с учетом потерь в шинахнеобходимо оценивать и учитывать энергию, рассеиваемую композитнойпружиной.

Для этого были рассмотрены три имитационные модели движениямотовездехода: с металлическим упругим элементом без учета демпфирования вшине; с композитным упругим элементом без учета демпфирования в шине; сметаллическим упругим элементом и с демпфированием в шине. Оба упругихэлемента имели одинаковую жесткость. В результате проведенияимитационного моделирования был определен спектр среднеквадратическогоотклонения (СКО) ускорения на месте водителя в зависимости от частоты.Установлено, что уровни СКО на месте водителя при использовании стальнойпружины и композитной пружины без демпфирования в шине отличаются на13величину не более 4% от уровня демпфирования в случае использованиястальной пружины с демпфированием в шине.

Таким образом, уровеньдемпфирования в композитной пружине сопоставим с демпфированием в шине.Применение пружин из ПКМ позволяет добиться ряда конструктивнокомпоновочных преимуществ по сравнению со стальными цилиндрическимивитыми пружинами: меньшая масса; возможность обеспечения больших угловповорота управляемых колес за счет технологической возможностиизготовления пружин из ПКМ с меньшим соотношением среднего диаметра кдиаметрупрутка;возможностьуменьшениясвободнойдлиныстеклопластиковой пружины при неизменной ее жесткости и одинаковом ходе;снижается вероятность потери устойчивости пружины из-за меньшей длинытакой пружины.Для анализа рациональности конструктивно-компоновочных решений быливыбраны несколько КМ разной полной массой и с разной нагрузкой на ось.Проанализированы результаты расчета, можно сделать вывод, что для КМ снагрузкой на ось 10,5 тонн стеклопластиковая пружина такой же жесткости и стаким же ходом легче стальной пружины на 70 кг, при этом свободная длинатакой пружины меньше на 168 мм.

Для остальных КМ массы композитныхпружин меньше массы стальных на 30–55%. Кроме этого, максимальныенапряжения в композитной пружине меньше напряжений стальных аналогов на50–70%.В главе представлен разработанный метод расчета цилиндрических витыхпружин, выполненных с применением ПКМ, который состоит из следующихэтапов:1) определение начальных условий и конструктивно-компоновочныхограничений, которые используются для формирования целевых параметровупругого элемента;2) определение технологических особенностей производства, которыеопределяют уровень армирования композиционного материала и направлениеармирования;3) анализ структурных параметров композиционного материала пружиныдля вычисления матрицы жесткости ортотропного слоя материала пружины;4) создание КЭ модели стержня для определения модуля сдвига материала;5) верификация упругих параметров стержня в сравнении с экспериментом;6) проведение синтеза конструктивных параметров упругого элемента длядостижения требуемых целевых параметров композитной пружины;7) создание математической модели пружины с учетом реологическихсвойств материала;8) использование полученной математической модели при созданииимитационной модели движения КМ для определения диапазона амплитуд ичастот возмущающего воздействия со стороны опорной поверхности;9) изготовление композитной пружины и проведение натурных испытанийв соответствии с диапазоном амплитуд и частот возмущающего воздействия состороны ОП, полученного в результате имитационного моделированиядвижения КМ;10) верификация математической модели пружины, учитывающейреологические свойства материала, и определение вязкоупругих параметровмодели методом наименьших квадратов.14Разработанный метод позволяет проводить синтез конструктивныхпараметров композитных пружин, а также учитывать реологические свойствакомпозитных пружин, используя аппарат дробных производных.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ1) Разработана математическая модель деформирования полимернойкомпозитной пружины, позволяющая с высокой точностью прогнозировать ееупругую характеристику с учетом реологических свойств материала,особенностью модели является использование дифференциальных уравненийрабочих процессов, содержащих производные дробного порядка.2) Доказана адекватность разработанной математической моделикомпозитной пружины на основе стеклопластика и подтверждена возможностьеё применения для практического использования при создании композитныхпружин для систем подрессоривания КМ.

Сравнением результатов численногоматематического моделирования и натурных экспериментов установлено, чтоотносительная погрешность по определению рассеянной энергии не превышает13 %.3) Разработан метод синтеза конструктивных параметров витойцилиндрической композитной пружины на основе стеклопластика, которыйпозволяет прогнозировать на стадии проектирования упругую характеристикупружины и проводить оценку прочности разрабатываемой конструкции.Особенностью метода является возможность регулирования упругих свойствкомпозитной пружины за счет изменения направления армирования иколичества монослоев материала при производстве пружины.4) Впервые получен способ моделирования упругодемпфирующихэлементов конструкций колесных машин с гистерезисным демпфированием дляоценки рассеивания энергии в неметаллических упругих элементах системподрессоривания КМ, который позволяет с высокой точностью прогнозироватьвнутренние гистерезисные потери при движении КМ по твердой ОП.Особенностью способа является то, что уравнение, учитывающее гистерезисныепотери, непосредственно входит в систему уравнений движения КМ по твердойОП.5) Установлено, что гистерезисные потери в композитной пружинесопоставимы с потерями в пневматической шине.

Характеристики

Список файлов диссертации