Проекты участников финального этапа НТТМ-2017

← К списку проектов

Проект
Разработка метода определения разрушающих нагрузок оконных стоек автобусов при опрокидывании
НТТМ-2017-0149 | Категория II

Автор:

Гармидер Александр Сергеевич

Научный руководитель:
Калмыков Борис Юрьевич
Организация:
ИСОиП (филиал) ДГТУ в г. Шахты,
Ростовская область, Шахты
Цель работы
Боковое опрокидывание автобуса является наиболее опасным дорожно-транспортным происшествием (ДТП). Во-первых, вместимость современных автобусов может составлять порядка 120 человек, что в момент опрокидывания будет увеличивать число и тяжесть травмирования пассажиров. Во-вторых, при недостаточной прочности конструкции кузова оконные стойки автобуса деформируются в месте соединения с подоконным брусом, что приводит к «складыванию» крыши кузова и сдавливанию пассажиров салона. В-третьих, деформация оконных стоек кузова приводит к выбрасыванию пассажиров из автобуса, а далее к удару их об опорную поверхность и, наконец, на них обрушивается опрокидывающийся автобус. В связи с этим определение значений разрушающих нагрузок при деформации оконных стоек кузова будет решать вопросы оценки прочности конструкции кузовов автобусов, позволит определить наиболее прочные и соответственно безопасные конструкции, и поэтому признаку повысить уровень пассивной безопасности автобусов. Вопросы, связанные с повышением уровня пассивной безопасности автобусов, снижают вероятность травмирования пассажиров, а, следовательно, позволяют сохранить жизнь и здоровье наших граждан.
Задачей данного проекта является разработка метода определения разрушающих нагрузок оконных стоек автобусов при опрокидывании и его апробация на автобусе ЛиАЗ-5256.
Обзор предметной области
Вопросам безопасности конструкции автотранспортных средств посвящено достаточно много работ, среди них наиболее значимыми являются:
1. Иванов А.М., Адаев А.В., Юрчевский А.А., Кондратьев В.Д. Методы и инструменты количественной оценки уровня пассивной безопасности автомобилей. Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). 2012. № 1. С. 3-9.
2. Вашурин А.С., Герасин А.В., Орлов Л.Н. Исследование несущей способности многослойных панелей. Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2012. № 1 (94). С. 128-133.
3. Рябчинский А.И., Морозова Т.Э. Международная регламентация безопасности транспортных средств в рамках ООН. Автотранспортное предприятие. 2014. № 4. С. 8-12.
4. Овчинников Н.А. Конечно-элементный анализ напряженно-деформированного состояния элементов поперечных силовых сечений кузова автобуса в эксплуатации. Инженерный вестник Дона. 2013. Т. 25. № 2 (25). С. 9.
5. Калмыков, Б.Ю. Предложения по оценке прочности конструкции пассажирских транспортных средств [Электронный ресурс] / Б.Ю. Калмыков, И.Ю. Высоцкий, Н.А. Овчинников // Инженерный вестник Дона. – 2012. – № 2. – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2012/765 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.
6. Genta, G., Morello, L. Automotive chassis. [Text] : Volume 1 : Components design // Springer, 2009. – 621 p.
7. Genta, G., Morello, L. Automotive chassis. [Text] : Volume 2 : System design // Springer, 2009. – 825 p
Однако существуют различные подходы и методики для определения значений разрушающих нагрузок несущих элементов кузова. Известны методики, определяющие значение разрушающих нагрузок для каждого силового сечения кузова автобуса, с помощью разработанного специального программного обеспечения:
1. Орлов Л.Н., Рогов П.С., Тумасов А.В., Вашурин А.С. Повышение пассивной безопасности кузовов автобусов. Современные проблемы науки и образования. 2014. № 3. С. 17.
2. Рогов П.С., Орлов Л.Н., Тумасов А.В. Методика экспресс оценки пассивной безопасности кузовов автобусов. Фундаментальные исследования. 2014. № 9-1. С. 36-40.
Описание результатов проекта
Метод предполагает поэтапное проведение работ.
I этап: подготовительный, определяющий:
- коэффициенты распределения нагрузки по осям автобуса;
-координаты расположения центра тяжести автобуса;
- общую энергию удара автобуса.
II этап: распределение общей энергии удара по стойкам кузова автобуса с учетом неравномерности нагрузки по осям.
III этап: расчет разрушающей нагрузки для материала кузова, обладающего:
- жесткопластическими свойствами;
- идеальными упругопластическими свойствами.
Для расчетов потребуются следующие исходные данные:
1) Расстояние от опорной плоскости колес до плоскости контакта кузова, h, мм (высота опрокидывания).
2) Ориентация автобуса относительно осей координат.
- плоскость (x;y) совпадет с опорной плоскостью колес;
- плоскость (y;z) параллельна плоскости передней панели кузова и проходит через центральную часть первой стойки кузова;
- плоскость (x;z) перпендикулярна опорной плоскости и проходит через место соединения боковины с полом кузова автобуса;
- координаты каждой стойки боковины кузова, на которую опрокинулся автобус, хi, мм, где i – номер стойки, х1, х2…., хi,…, хк – проекции точек, соответствующие центральной части стоек кузова автобуса от первой стойки (1) до конечной (к).
- координаты перемещения стоек кузова на уровне zi = 1250 мм от места установки сидений, уi, мм.
3) Полная масса автобуса, М, кг; и масса, приходящаяся на заднюю ось автобуса Мз, кг.
4) Дополнительные геометрические параметра автобуса: габаритные размеры, база, расстояние от центра передней оси до выбранного начала координат.
5) Данные, полученные при проведении эксперимента, неразрушающего кузов автобуса:
- усилие Р, кН;
- перемещение соответствующие усилию Р для 1-2 стоек, расположенных в передней и задней частях автобуса, lsti, мм.
Подробное описание предлагаемого метода и его апробация на автобусе ЛиАЗ-5256 представлена во вложенном фале file_228_1488262937.doc.
Описание применимости
Разработанный метод может быть использован
Заводами-изготовителями автобусов при определении прочности конструкции кузова автобуса перед проведением дорогостоящих сертификационных испытаниях и принятии решений по доводке кузова для повышения ударно-прочностных характеристик.
Органами по сертификации и испытательными лабораториями (центрами) автомобильной техники для установления качества изготовления кузовов автобусов.
Потребителями автобусной техники, т.к. разработанный метод позволяет проводить анализ и ранжировать по травмобезопасности или прочности различные конструкции кузовов автобусов. Таким образом, с помощью данного метода можно получить аналог оценки травмобезопасности для легковых автомобилей, которые ранжируются по числу звезд после проведения краш-тестов, например, по методике Evro NCAP.
Дальнейшее развитие проекта
Во время эксплуатации автобусов по различным категориям дорог, в различных климатических зонах нашей страны, кузов автобуса с увеличением его пробега и времени эксплуатации начинает разрушаться. Этому способствуют усталость металла и его коррозия. Усталостные трещины и атмосферная коррозия возникают в несущих деталях кузова: днище кузова, нижний обвязочный пояс, подоконный и надоконный брус, оконные стойки в месте их заделки. Наиболее опасно разрушение нижних частей оконных стоек, т.к. при опрокидывании автобуса это приводит к «складыванию» крыши кузова и у пассажиров не остается необходимого жизненного пространства, т.к. объем пассажирского салона уменьшается вдвое, а объем пассажиров, оборудования салона и багажа остаются практически неизменными. Это приводит к большому количеству травмированных пассажиров и даже погибших. Для того, чтобы снизить количество подобных ДТП, в дальнейших исследованиях планируется разработать метод, позволяющий прогнозировать изменение прочности конструкции кузова любого автобуса и определять граничное значение его безопасной эксплуатации по времени эксплуатации, годы, и его пробегу, км. При достижении этого граничного значения эксплуатация таких автобусов запрещается, а собственник должен принимать решение о проведении капитального ремонта кузова или утилизации автобуса.

Информация предоставлена участником конкурса. Организаторы конкурса не несут ответственности за содержание информации о проекте.

← К списку проектов




Список всех проектов финального этапа с датами защиты

 

© Всероссийский конкурс научно-технического творчества молодежи НТТМ