Математична модель прогнозування довговічності кузовів автобусів та перевірка її на адекватність

Abstract

Розроблено математичну модель прогнозування довговічності кузовів автобусів. Модель дозволяє спрогнозувати ресурс кузова автобуса до початку руйнування елементів каркасу основи. В роботі розглянутий приклад моделі прогнозування довговічності кузова типу «Low-entry» автобуса «Атаман» А092Н6. Використані в моделі фактори, що впливають на довговічність каркасу кузова: мікропрофіль дороги, завантаження пасажирами, швидкість руху, сольова та атмосферна корозія. В основі моделі лежить система диференційних рівнянь, що описують передачу збурень від мікропрофілю дороги через шини та підвіски до елементів каркасу кузова. В результаті попередніх досліджень визначено проблемні місця в елементах каркасу кузова. Такі місця і підлягають дослідженням під час моделювання. Модель працює таким чином. Спочатку визначаються вертикальні прискорення центра мас автобуса. Потім знаходиться приведене значення прискорення в перерізі елемента, що досліджується. Перемноживши отримане прискорення на приведену масу в досліджуваному перерізі, визначається зусилля. Знаючи площу поперечного перерізу досліджуваного елемента, визначається напруження в цьому елементі. Площа поперечного перерізу елементів каркасу кузова буде постійно зменшуватись під дією корозії. Цю залежність отримано експериментальним шляхом. Встановлено, що динаміка зменшення товщини стінок труб каркасу буде залежати від кількості населення міста, де експлуатується автобус. Зі збільшенням кількості жителів інтенсивність корозії буде зростати, що і спричинятиме зменшення товщини труб. Після визначення часової діаграми напружень у досліджуваному елементі визначається спектральна густина, а потім, за формулою Райхера, можна визначити час до втомного руйнування досліджуваного елемента. Знаючи швидкість руху, можна визначити пробіг автобуса до появи втомної тріщини, що і зумовлює його довговічність. Розроблену модель реалізовано в програмному середовищі Matlab 2017b. Адекватність математичної моделі підтверджено дорожніми випробуваннями автобуса А092Н6, в яких визначено напруження в елементах, що підлягали дослідженню.

A mathematical model for predicting the durability of bus bodies has been developed. The model allows you to predict the resource of the bus body before the destruction of the elements of the frame framework. The example of the model of predicting the durability of the body of type «Low-entry» bus "Ataman" A092H6 is considered in the work. Factors affecting the durability of the body frame are used in the model: road micro-profile, passenger loading, speed and climate corrosion. The model is based on a system of differential equations describing the transmission of perturbations from the road microprofile through the tires and suspension to the body frame elements. As a result of previous studies, the problem areas in the body frame elements were identified. Such places are subject to research during modeling. The model works as follows. First, the acceleration in the center of mass of the bus is determined. Then there is a given value of acceleration in cross section of the element under study. Multiplying the obtained acceleration by the given mass in the test section determines the effort. Knowing the cross-sectional area of the element being investigated, the voltage in that element is determined. The cross-sectional area of the body frame elements will be steadily reduced by corrosion. This dependence was obtained experimentally. It is established that the dynamics of reducing the thickness of the walls of the pipe frame will depend on the population of the city where the bus is operated. With the increase in the number of inhabitants, the intensity of corrosion will increase, which will cause a decrease in the thickness of the pipes. After determining the time diagram of the stresses in the element under study, the spectral density is determined, and then, according to the Rice formula, it is possible to determine the time before the fatigue of the element under study. Knowing the speed of movement, you can determine the mileage of the bus to the appearance of fatigue cracks, which determines its durability. The developed model is implemented in the Matlab 2017b software environment. The adequacy of the mathematical model was confirmed by road tests of the A092H6 bus, in which the stresses in the elements to be simulated were determined.

Разработана математическая модель прогнозирования долговечности кузовов автобусов. Модель позволя-ет прогнозировать ресурс кузова автобуса до начала разрушения элементов каркаса основания. В работе рас-смотрен пример модели прогнозирования долговечности кузова типа «Low-entry» автобуса «Атаман» А092Н6. В модели использованы факторы, влияющие на долговечность каркаса кузова: микропрофиль дороги, загрузка пассажирами, скорость движения и климатическая коррозия. В основе модели лежит система дифференциаль-ных уравнений, описывающих передачу возмущений от микропрофиля дороги через шины и подвески к элемен-там каркаса кузова. В ходе предыдущих исследований определены проблемные места в элементах каркаса кузо-ва. Такие места и подлежат исследованию при моделировании. Модель работает таким образом. Сначала опре-деляется ускорение в центре масс автобуса. Затем находится приведенное значение ускорения в сечении ис-следуемого элемента. Умножив полученное ускорение на приведенную массу в исследуемом сечении определяет-ся усилие. Зная площадь поперечного сечения исследуемого элемента, определяется напряжение в этом эле-менте. Площадь поперечного сечения элементов каркаса кузова будет постоянно уменьшаться под действием коррозии. Такая зависимость получена экспериментальным путем. Установлено, что динамика уменьшения толщины стенок труб каркаса будет зависеть от количества населения города, где эксплуатируется автобус. С увеличением количества жителей интенсивность коррозии будет расти, что и вызовет уменьшение толщи-ны труб. После определения временной диаграммы напряжений в исследуемом элементе определяется спек-тральная плотность, а затем по формуле Райхера, можно определить время до усталостного разрушения исследуемого элемента. Зная скорость движения, можно определить пробег автобуса до появления усталост-ной трещины, что и определяет его долговечность. Разработанная модель реализована в программной среде Matlab 2017b. Адекватность математической модели подтверждена дорожными испытаниями автобуса А092Н6, в которых определено напряжение в элементах, подлежащих исследованию.