Долговечность и оптимальное проектирование гусеничного движителя с резинометаллическими элементами (1094948), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Припроектировании упругих конструкций целевая функция в большинстве случаевявляется нелинейной. Это накладывает определенные ограничения на выбор методов решения.Помимо нелинейности целевой функции в качестве критерия выбора методаоптимального проектирования можно принять следующие факторы:- число обращений к вычислению целевой функции ввиду того, что при решении задач динамики или прочностной задачи требуются значительные затратымашинного времени;- возможность учета всех необходимых ограничений характеризующих исследуемую конструкцию;- наличие готовых пакетов прикладных программ оптимального проектирования.Все методы оптимального проектирования можно разделить на две группы[40, 365, 366]: аналитические и численные.
Наибольшее распространение в практике проектирования получили численные методы. Большинство задач нелинейного программирования решается путем преобразования исходной задачи к идентичной, но более простой.39Широкую известность получил способ учета ограничений с помощьюштрафных функций. При этом задача нелинейного программирования сводится кпараметрической задаче без ограничений. Для решения задач безусловной оптимизации разработаны весьма эффективные, надежные и теоретически обоснованные методы. Несмотря на универсальность метода штрафных функций, необходимо отметить, что его использование сопровождается колебаниями значений варьируемых параметров относительно граничных значений.
Это приводит к увеличению числа итераций при решении этим методом и дополнительным затратаммашинного времени.Еще один подход к решению задач нелинейного программирования основывается на линеаризации, которая позволяет свести общую задачу к задаче с линейными ограничениями. Использование линеаризации позволяет применять методы линейного программирования. Недостатком данного метода можно считатьвесьма грубое приближение в большинстве случаев.Указанных недостатков в значительной мере лишен способ учета ограничений с использованием метода скользящего допуска.
Исходная оптимизационнаязадача сводится к более простой с одним ограничением. Единственным недостатком данного метода является его не универсальность. Он работает только совместно с методом деформируемого многогранника Нелдера-Мида (симплекс - метод).Метод решения задачи оптимального проектирования упругих конструкцийразработанный Э. Хогом - метод чувствительности [366]. Его суть заключается внахождении векторов чувствительности, которые определяют зависимость целевой функции от переменных проектирования.
В результате анализа чувствительности получают значения градиентов, которые требуются для всех итеративныхметодов оптимизации проекта.Сложность задач оптимизации конструкций является основной причинойинтенсивного развития численных методов и использования вычислительной техники. Однако применение численных методов оптимизации не всегда оказываетсяэффективным из-за большого объема вычислений.40Одними из наиболее эффективных оказались методы малого параметра илиметоды возмущений.
Их применение позволяет получить приближенное аналитическое представление для решения очень сложных линейных и нелинейных задач.Суть метода заключается в выявлении или введении в задачу малого параметра иразложении уравнений по данному параметру в ряд. В результате, исходная задача оптимизации приводится к системе более простых.Методы безусловной оптимизации, используемые на отдельных этапах работы алгоритмов нелинейной оптимизации, можно разделить на две крупныегруппы: методы, использующие только значения функций и методы, использующие производные.
Методы из первой группы часто называют прямыми методами,а из второй - градиентными.При решении задач динамики гусеничного движителя и прочностных расчетов элементов ходовой части приходится использовать численные методы, чтозначительно затрудняет получение производных целевой функции и функцийограничений. Поэтому предпочтительнее использование прямых методов, но приэтом целевая функция вычисляется сотни раз, что значительно увеличивает вычислительные затраты.
Подробный обзор подходов к оптимизации механическихсистем дан в работе [405]. Методы оптимального проектирования широко применяются при поиске параметров, определяющих свойства системы твердых тел[409, 426, 433, 434, 448, 467, 482, 492, 500].Работа авторов M.S. Kim и Y.H. Woo [446] посвящена оптимизации ходовойчасти гусеничной машины с точки зрения улучшения плавности хода.
В качествефункции цели принято максимальное значения вертикального ускорения центрамасс гусеничной машины. В качестве варьируемых параметров - характеристикижесткости и демпфирования элементов подвески, натяжение гусеничной цепи.Методы динамики твердого тела в сочетании с методами оптимизацииуспешно применяются зарубежными авторами при оптимизации конструкцииподвески транспортных средств [406, 412, 418, 431, 462, 470, 471, 501].В работах [474, 497, 509, 510] приводятся результаты оптимизации силовыхрезинометаллических элементов подвески транспортных средств.
В результате41оптимизации подбирается форма и конструктивные параметры резиновых элементов, обеспечивающие минимум целевой функции и удовлетворяющие наложенным ограничениям. При вычислении целевой функции решается задача нелинейной теории упругости с помощью метода конечных элементов.Среди исследований отечественных авторов, направленных на оптимизациюпараметров силовых резиновых и резинометаллических элементов гусеничногодвижителя с применением методов оптимального проектирования и соответствующей постановкой задачи оптимизации, необходимо отметить работы [74, 94,119, 123, 126, 178, 186, 193].Таким образом, к настоящему времени накоплен огромный опыт в областипроектирования гусеничных движителей, в том числе и с резинометаллическимшарнирным соединением звеньев. Проведены теоретические и экспериментальные исследования.На основе анализа проведенного обзора можно сделать следующие выводы.Достаточно подробно изучены вопросы, связанные с описанием взаимодействия гусеничного движителя с опорным основанием.Достаточно подробно изучены вопросы влияния систем подрессоривания наплавность хода гусеничной машины с учетом влияния кинематического возбуждения от гусеничного движителя и неравномерности тяговой нагрузки.Рассмотренные задачи динамики гусеничного движителя изучены достаточно подробно и позволяют оценить влияние неровности поверхности пути и колебания корпуса на растягивающие нагрузки, действующие в гусеничном обводе.Однако в рассмотренных задачах гусеничная лента, рассматривается как нерастяжимая невесомая нить, или как упругая лента с равномерно распределенным подлине весом.
Подобные допущения не позволяют оценить влияние конструктивных параметров гусеничного движителя (например - шага звена) на динамическиенагрузки, действующие на элементы гусеничного движителя.Существующие методы, в которых элементы гусеничного движителя представлены в виде твердых тел соединенных вязкоупругими связями, позволяютоценить динамические нагрузки только на ведущем участке. Однако, как показы-42вают результаты экспериментальных исследований, на опорном участке элементыРМШ подвергаются значительным динамическим нагрузкам во время перекатывания опорного катка по беговой дорожке, кроме того, в рассмотренных методахне учитываются свойства опорного основания.Полностью отсутствуют математические модели движения гусеничногодвижителя как системы твердых тел соединенных вязкоупругими и кинематическими связями, в которых арматура пальца РМШ рассматривается в виде отдельного тела соединенного вязкоупругой связью со смежными звеньями для РМШпоследовательного типа.
Для РМШ параллельного типа вместо арматуры пальцадолжно рассматриваться твердое тело, состоящее из двух резинометаллическихпальцев жестко соединенных скобами и имеющими вязкоупругие связи со смежными звеньями.Полностью отсутствуют модели движения элементов гусеничного движителя и методы, позволяющие учитывать наличие ограничителя радиальной деформации резиновых элементов РМШ, что не позволяет оценить влияние радиального зазора на динамические нагрузки.Указанные недостатки математических моделей, описывающих движениеэлементов гусеничного движителя, не позволяют с точностью достаточной дляпроектирования РМШ на современном этапе развития вычислительной техники ичисленных методов, а также требований предъявляемых к конструкции гусеничного движителя, оценить влияние динамических нагрузок на деформирование резиновых элементов и обоснованно выбрать их конструктивные параметры.Подробно изучены свойства резины как конструкционного материала, чтопозволяет на их основе моделировать механическое процессы деформированиярезиновых элементов и прогнозировать усталостную прочность.
Достаточно подробно проработаны методы для расчета напряженно-деформированного состояния резиновых элементов различных конструктивных форм. Существующие методы расчета резиновых элементов РМШ позволяют решать задачи связанные сосборкой. Применяемые методы расчета резиновых элементов РМШ при вторичном нагружении радиальной силой и крутящим моментом позволяют достаточно43точно определить интегральные характеристики резиновых элементов такие как:радиальная и угловая жесткости.
Принятые допущения в существующих математических моделях для расчета напряженно-деформированного состояния резиновых элементов РМШ гусеничного движителя и элементов внутренней амортизации опорных катков не позволяют получить поля распределения перемещений,компонентов тензоров деформаций и напряжений, а также их инвариантов иудельной энергии деформации по объему резинового элемента. Недостатки указанных методов расчета не позволили до настоящего времени исследовать напряженно-деформированное состояние резиновых элементов РМШ гусеничногодвижителя, имеющих в сечении прямоугольную форму и в виде трапеции.Не изучено напряженно-деформированное состояние резиновых элементовРМШ со сложной геометрической формой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
