Диссертация (1026060), страница 18
Текст из файла (страница 18)
5.1. Было подобрано поперечное сечение, толщина, количество и диаметротверстий, чтобы по уровню деформации можно было определить скоростьсоударения. Результаты расчётов конструкции для различных скоростейсоударения представлены на Рис. 5.3.174Рис. 5.3. Результаты численного моделирования V=2 м/с V=3 м/с V=4 м/с V=5м/с V=6 м/с V=7 м/с V=8 м/сНа основе расчетов был изготовлен макет ноги (Рис. 5.4). Конструкциясостоит из алюминиевой пластины, к которой на четырех болтах прикрученалюминиевый профиль с высверленными отверстиями, второй конец профиляприкручен также 4 болтами к грузу массой 7,3 кг, что имитирует массу голени иполовину массы бедра, в данном случае массы соответствуют массам частейманекена Гибрид 3 (считается, что распределение массы бедра примерноодинаковое на сидение и пол). Образец был испытан путем сбрасывания наспециальном стенде с различными скоростями.
Картина деформации практическиполностью соответствовала расчетной. В результате эксперимента при скоростисоударения 8 м/с показана деформация макета ноги (Рис. 5.5) соответствующаячисленному эксперименту. (Рис. 5.3). Было принято решение проводить расчеты иэксперименты для скорости соударения 8 м/с вместо 8,5 м/с для обеспечениядополнительного запаса прочности, а также для учета погрешности при расчетах.175Рис. 5.4. Макет ногиПосле прохождения лабораторных испытаний на сбрасывание макет ногибыл использован в натурных экспериментах по подрыву макета днищаавтомобиля (раздел 4.3).
Были получены данные по травмобезопасности ногэкипажа в разных участках пола и при разных вариантах подрыва.Рис. 5.5. Образец макета ноги после испытания при скорости,превышающей 8 м/с176В результате выполненных расчётов и проведённых испытаний былразработан упрощённый макет ноги, который с довольно хорошей точностьюпозволяет измерить скорость пола автобронетанковой техники при подрыве подднищем мины или СВУ. Использование такой простой и дешевой конструкциидаёт возможность оценить травмобезопасность ног экипажей колёсной игусеничной АБТ при подрыве на минах и СВУ в различных участках пола и приразличных вариантах подрыва.5.3.Разработка антропоморфного макета ноги с измерениемосевого усилия в берцовой костиВ дальнейшем было принято решение разработать макет ноги, более точномоделирующий антропоморфные характеристики ноги.
Для этого в качествеступни была использована стопа протеза человеческой ноги энергосберегающаяна 100 кг, размер 27, левая (или правая), модель 723/8. Протез, разработан вРеутовском экспериментальном заводе средств протезирования и прошелдлительный этап доработки при принятии его для массового использованияпациентам с ампутированными конечностями.Преждечемизготавливатьнатурныйобразец,быларазработанаматематическая модель сброса ноги. Расчетная схема сброса представлена наРис. 5.6.Пружина иГруздемпферСтопаПлитаРис.
5.6. Расчетная схема сброса177В модели масса стопы равна 2,632 кг, масса груза – 8,368 кг. Дляконтактного взаимодействия стопа-плита используется модель «резиновыйстолбик». Внешний вид модели показан на Рис. 5.7.Рис. 5.7. Деформируемый элемент “резиновый столбик”Упругая компонента силы контактного взаимодействия тел в модели“резиновый столбик” определяется соотношением: = 0 ∙ ℎ0 ∙,(ℎ0 − )(5.1)где 0 – коэффициент жесткости в начальной точке сжатия столбика;ℎ0 – высота деформируемого столбика в свободном состоянии; – деформация резинового столбика.мм.Начальная жёсткость 0 была задана равной 90 Н/мм, высота столбика – 40Вязкая компонента силы контактного взаимодействия тел в модели“резиновый столбик” определяется соотношением: = ∙ ∙где – коэффициент демпфирования;,(ℎ0 − )(5.2) – скорость удара.При этом b определяется по формуле:1∗ = 2 ln � � �, 2 �1� ∙ 2где ∗ – эквивалентная масса соударяемых тел (равна 2,632 кг);(5.3)178e – коэффициент восстановления скорости.Эквивалентная масса соударяемых тел вычисляется по следующемусоотношению:111=+,∗ 1 2(5.4)где 1 – масса первого соударяемого тела;2 – масса второго соударяемого тела.Так как плита жестко закреплена, то эквивалентная ∗ = 1 , то есть массестопы.
Для указанного взаимодействия коэффициент восстановления е= 0,2.Между стопой и грузом расположены силовые элементы типа пружина идемпфер.Жесткостьпружинысоставляет–150Н/мм,коэффициентдемпфирования – b = 700 Н∙с/м.Результаты расчетов были верифицированы путем сбрасывания натурногообразца и измерением скорости сброса и отскока, перегрузок на стопе и грузе, атакже усилия в голени. На Рис. 5.8 представлены сравнение расчетных иэкспериментальных данных при сбросе с высоты 2,5 м на сталь. Расхождениерезультатов по перегрузке не превышает 10-12%.а)б)Рис.
5.8. Сравнение экспериментальных и расчетных данных: перегрузка стопы(а), и перегрузка на грузе (б)179а)б)в)г)Рис. 5.9. Расчетные данные: усилие в голени (а), скорость стопы и груза (б),перемещение стопы и груза (в), сжатие пружины (г)Расчетные данные сравнивались с экспериментальными данными сброса №31, 32, 33 второй серии испытаний. По экспериментальным данным среднееусилие в голени составило (347,6+417,1+431,0)/3=398,6 кг , по расчетным – 550кг. (расхождение 27,5%), что объясняется наличием большого числа параметров врасчетной модели.Внешний вид разработанного АМН, закрепленного на испытательномстенде сброса, представлен на Рис. 5.10, а.
Весовой цилиндр (Рис. 5.10, б)имитирует недостающую массу голени и половину массы бедра. Пружина,изображенная на Рис. 5.10, в предназначена для измерения усилия, возникающейв голени при ударе. Жесткость пружины составляет 150 Н/мм (Рис. 5.11). Ногасостоит из несущего модуля М2А-02 с адаптером-втулкой М3А-01 (Рис. 5.10, г) истопы модели 723/8 (Рис. 5.10, д). Измерение перемещения осуществляется засчет специального датчика, представленного на Рис. 5.10, ж. Несущий модульМ2А-02 с адаптером-втулкой М3А-01 прикручивается на установочное место кстопе четырьмя винтами. На несущий модуль надевается пружина.
К весовомуцилиндру через шпильку прикручивается втулка, к которой в свою очередь180прикручивается датчик хода. Втулка (Рис. 5.10, е) вместе с датчиком и весовымцилиндром устанавливается в несущий модуль до касания весового цилиндрапружины. Предварительно датчик перемещения вытягивается на длину большую,чемнеобходимодлясоприкосновениясоспециальнойплощадкой,расположенной на стопе. Далее весовой цилиндр вместе с втулкой и датчикомаккуратно извлекается и производится замер длины датчика.
После испытанийдлина датчика снова измеряется. Разница между показаниями являетсямаксимальной величиной сжатия пружины. После измерения сжатия пружинырассчитывается максимальное осевое усилие.а)г)б)д)в)е)ж)Рис. 5.10. Антропоморфный макет ноги (а), весовой цилиндр (б), пружина (в),несущий модуль М2А-02 с адаптером-втулкой М3А-01(г), стопа протеза модель723/8 (д), датчик хода (е), втулка (ж)Результаты измерения жесткости пружины представлены на Рис. 5.11.181Рис.
5.11. Измерение жесткости пружиныСхема измерения усилия в антропоморфном макете ноги представлена наРис. 5.12.Рис. 5.12. Схема измерения усилия в антропоморфном макете ноги182Распределение веса конструкции ноги представлено в Таблице 20.Таблица 20.Вес элементов конструкцииЭлемент конструкцииКоличествоВес (г)Цилиндр весовой17110Втулка1394Датчик16Пружина1908Стопа1642Трубка1174Суммарный вес 9234 гПрежде чем проводить испытания подрывом антропоморфный макет ногибыл испытан путем сбрасывания. Всего было проведено 3 серии испытаний присбросе с разных высот, при скорости соударения 3–7 м/с на 2 типа поверхности:жесткую поверхность (стальная пластина толщиной 8 мм) и мягкую (ящик спросеянным песком).
В первой серии испытаний было произведено 32 сброса, вовторой – 46, а в третьей – 43.В первой серии испытаний измерялась высота сброса, высота отскока (поскоростной видеосъемке и мерной линейке), а также, максимальное сжатие впружине. Схема испытаний представлена на Рис. 5.13.183Рис. 5.13.
Схема испытаний антропоморфного макета ногиРезультаты испытаний представлены в Таблице 21.184Таблица 21.10,46Песок227,834 см0,020,633,6320,46Песок569,532,5 см0,020,633,6330,46Песок569,532,5 см0,020633,6340,82Песок10139,044,5 см0,0250,74,750,82Песок569,544,5 см0,0240,684,6860,82Песок683,443 см0,0260,714,7170,82Песок10139,043 см0,0290,754,7581,27Песок11152,953,5 см0,040,885,8891,27Песок9125,154 см0,0350,825,8210 1,27Песок797,353,2 см0,030,765,7611 1,84Песок18250,363,5 см0,0741,27,212 1,84Песок17236,463,5 см0,091,37,313 1,84Песок18250,364 см0,071,177,1142,5Песок24333,774,5 см0,151,78,7152,5Песок21292,075 см0,111,78,47162,5Песок20278,175,5 см0,131,68,617 0,46 Сталь А3 8 мм11152,93–0,1151,54,518 0,46 Сталь А3 8 мм13180,83–0,111,474,4719 0,46 Сталь А3 8 мм11152,93–0,091,324,32(м/с)10Суммарная скоростьСкорость отскока (м/с)9(см)8(м/с)Внедрение7Скорость падения6Усилие в пружине (кг)5(мм)4Показания датчика3Поверхность2(м)1№ СбросаВысота сбросаВысота отскока (м)Результаты испытаний первой серии сброса антропоморфного макета ноги185Таблица 21 – продолжение1234567891020 0,82 Сталь А3 8 мм17236,44–0,1381,645,6421 0,82 Сталь А3 8 мм17236,44–0,1381,645,6422 0,82 Сталь А3 8 мм18250,34–0,151,755,7523 1,27 Сталь А3 8 мм26361,55–0,342,587,5824 1,27 Сталь А3 8 мм24333,75––––25 1,27 Сталь А3 8 мм24333,75–0,262,267,2626 1,27 Сталь А3 8 мм22305,95–0,212,037,0327 1,84 Сталь А3 8 мм20278,16–0,262,268,2628 1,84 Сталь А3 8 мм20278,16–0,232,128,1229 1,84 Сталь А3 8 мм23319,86–0,262,268,26302,5Сталь А3 8 мм37514,57–0,663,610,6312,5Сталь А3 8 мм36500,67–0,623,4810,48322,5Сталь А3 8 мм34472,77–0,573,3410,34Вторая серия испытаний проводилась аналогично первой.
Дополнительнобыло установлено 2 датчика ускорения: ёмкостной датчик АТ 1105-100(Рис. 5.14, а) установлен на весовом цилиндре, имитирующем недостающуюмассу голени и половину массы бедра, пьезоэлектрический датчик «ВиК» 4368установлен на стопе, как показано на Рис. 5.14, б.а)б)в)Рис. 5.14. Установка датчиков в антропоморфный макет ноги: на весовомцилиндре (а), на стопе (б), АМН в сборе на копровом стенде (в)186Также были проведены сбросы АМН надетого в уставной ботинок(Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
