8377355653

1. WSTĘP

Obciążenia eksploatacyjne elementów podwozia pojazdu mają najczęściej charakter losowy [6, 62, 65]. W procesie projektowania pojazdów jednym z najbardziej długotrwałych oraz kosztownych badań jest określenie odporności konstrukcji na uszkodzenia o charakterze zmęczeniowym. W chwili obecnej obserwuje się tendencję do skracania czasu projektowania poprzez rezygnację z części badań eksperymentalnych na rzecz symulacji komputerowych [36, 46]. Badania eksperymentalne są stosowane do weryfikacji ostatecznego rozwiązania konstrukcyjnego i pozwalają też ocenić poprawność modeli symulacyjnych, poprzez porównanie wyników z symulacji komputerowych i eksperymentu fizycznego. Zasadniczym celem badań zmęczeniowych jest podwyższenie bezpieczeństwa eksploatacji konstrukcji, jej optymalizacja ze względu na trwałość oraz ograniczenie kosztów napraw.

Współczesne metody komputerowe wykorzystujące metodę elementów skończonych [10, 20, 21, 35, 69], pozwalają przy zadanych zmianach obciążenia określać przebiegi naprężeń w czasie w wielu punktach konstrukcji, z dokładnością zależną od sposobu modelowania. Obliczone przebiegi naprężeń służą do kumulacji uszkodzeń, a następnie do określania trwałości zmęczeniowej testowanej konstrukcji. Dane wejściowe, takie jak krzywa Wohlera, współczynniki stanu powierzchni i inne parametry materiałowe otrzymuje się z wyników eksperymentów przeprowadzonych na rzeczywistych próbkach materiałów, elementach lub całych obiektach.

W analizie trwałości zmęczeniowej istotnym zagadnieniem jest ustalenie zmienności w czasie wektora obciążeń, co uzyskuje się drogą symulacji komputerowych modeli dynamicznych konstrukcji oraz za pomocą pomiarów [78]. Do określenia zmienności obciążeń służą modele dynamiczne w postaci układu powiązanych brył sztywnych, z których symuluje się warunki eksploatacyjne poruszania się pojazdu po drodze o określonej jakości.

W metodzie pomiarowej określania zmiennych obciążeń rejestruje się przebiegi czasowe przyśpieszeń bądź odkształceń w wybranych punktach konstrukcji, które stanowią odpowiedź układu na obciążenia eksploatacyjne. Bezpośredni pomiar obciążeń eksploatacyjnych elementów zawieszeń pojazdów jest bardzo trudny i kosztowny. Dlatego też wyznaczanie obciążeń eksploatacyjnych przeprowadza się w sposób pośredni za pomocą symulacji komputerowej modelu konstrukcji, w której przyjmuje się parametry zmierzonych przebiegów odpowiedzi modelu w punktach odpowiadających rozmieszczonym na konstrukcji tensometrom (lub innym czujnikom) pomiarowym. Pozwala to następnie wyznaczyć z modelu rozkłady zmienności pola odkształceń i naprężeń całej konstrukcji i wykorzystać je w analizie wytężenia zmęczeniowego.

Analiza numeryczna pola odkształceń i naprężeń pozwala na określenie, które węzły konstrukcyjne wymagają poprawy i poprzez zmianę ich parametrów można dokonać weryfikacji przyjętych założeń konstrukcyjnych. Po otrzymaniu zadowalających wyników, przy założeniu, że pozostałe warunki poprawności konstrukcji są spełnione, tworzony jest prototyp, który zostaje przebadany na stanowiskach do badań trwałościowych. W końcowym etapie projektowania, wyniki z eksperymentu fizycznego wykorzystywane są do weryfikacji i walidacji analiz numerycznych badanej konstrukcji. Obecnie, ze względu na coraz wyższą jakość analiz numerycznych obserwuje się tendencję do zmniejszania liczby testów fizycznych konstrukcji, poprzez wykorzystanie wyników testów na konstrukcjach podobnych.