8377355654

Tematem mniejszej pacy jest analiza numeryczna zwrotnicy poddanej obciążeniom w warunkach statycznych, cyklicznych i losowych, pod kątem wytrzymałości zmęczeniowej. Głównym motywem do podjęcia tematu było zwiększenie

bezpieczeństwa sterowania pojazdu podczas jazdy w ekstremalnych warunkach terenowych, jak również wydłużenie cyklu eksploatacji badanej konstrukcji.

Dokonano również przeglądu literatury, w którym przedstawiono sposoby obliczania drgań wymuszonych i wytrzymałości zmęczeniowej stosowane w metodach elementów skończonych. Większość obliczeń przeprowadzono na modelu przestrzennym, dla złożonego trójwymiarowego stanu naprężenia.

W celu zbadania podatności zwrotnicy na wymuszone drgania przeprowadzono analizę dynamiczną i optymalizację wymiarów konstrukcji pod kątem uniknięcia niebezpiecznych miejsc koncentracji naprężeń i rezonansów dynamicznych. Do wyznaczenia zmienności obciążeń w czasie wykonano pomiary odkształceń w wybranych punktach zwrotnicy w warunkach eksploatacyjnych samochodu oraz przeprowadzono symulację komputerową modelu dynamicznego konstrukcji.

Dynamika konstrukcji przy wyznaczaniu trwałości zmęczeniowej została uwzględniona poprzez przeprowadzenie analiz statycznych za pomocą zliczania cykli metodą„Rainflow” oraz analiz w dziedzinie częstotliwości i czasu.

Badania wytrzymałości zmęczeniowej należą do najbardziej kosztownych i długotrwałych badań w procesie projektowania zmęczeniowego. Do istotnych czynników tego procesu należą podwyższenie bezpieczeństwa eksploatacji i niezawodności konstrukcji i ograniczenie kosztów napraw poprzez optymalizację konstrukcji.

W metodach numerycznych dominują trzy główne filozofie projektowania zmęczeniowego [32, 57]:

1.    Ze względu na niezawodną trwałość (ang. SAFE LIFE) - konstrukcje są projektowane tak, aby przetrwały określoną liczbę cykli obciążenia lub czas do uszkodzenia. Testy te są zwykle prowadzone z wprowadzonym określonym marginesem bezpieczeństwa.

2.    Metoda zapewniająca odporność na uszkodzenia (ang. FAIL SAFE), którą stosuje się tam, gdzie trzeba uniknąć uszkodzeń bez względu na pozostałe koszty.

I nawet jeśli struktura konstrukcji zostałaby uszkodzona powinna ona być w odpowiednim stanie sprawności pozwalającym przetrwać do kolejnej naprawy.

3.    Metoda tolerująca uszkodzenia (ang. DAMAGE TOLERANT) opierająca się na założeniu, że pewne wady konstrukcji zawsze istnieją i że stałe kontrole konstrukcji zapewnią że pęknięcie nie będzie propagować do krytycznego stanu W niniejszej pracy wykorzystywano filozofię SAFE LIFE projektowania

zmęczeniowego.

Z punktu widzenia obliczeń zmęczeniowych konstrukcji analiza MES ma niezaprzeczalne zalety, gdyż dostarcza powiązania pomiędzy zastosowanym obciążeniem i odpowiadającym mu naprężeniem w regularnych rozlokowanych punktach struktury. Pozwala to ominąć konieczność uzyskiwania przybliżonego współczynnika koncentracji naprężeń. Ponadto, analiza MES pozwala na badanie właściwości zmęczeniowych obiektu dla złożonych przypadków obciążeń. Wykorzystywane w kryteriach wieloosiowego zmęczenia składniki są standardowymi danymi wynikowymi obliczeń programów MES.

Dzięki tym zaletom MES jest obecnie głównym narzędziem w symulacyjnych badaniach zmęczeniowych. Jego zalety są widoczne zwłaszcza w fazie badań prototypowych wyrobu.

1.1 Przedmiot badań