Проектирование и исследование характеристик подвески автомобиля УАЗ "Патриот"

В данной работе представлен процесс создания конечно-элементной расчетной модели передней подвески зависимого типа, используемая на отечественном автомобиле УАЗ «Патриот». Целями данной работы являются: оптимизация передней подвески автомобиля УАЗ «Патриот» за счет создания и исследования расчетной трехмерной конечно-элементной моделей, Задание упругой и демпфирующей характеристик расчетной модели передней подвески зависимого типа в программном комплексе LS-DYNA, а также проведение анализа значений вертикальных ускорений по комплексному критерию плавности хода в зависимости от соотношений неподрессоренных и подрессоренных масс. Выбор автомобиля УАЗ «Патриот» также обусловлен его широким распространением в Российской Федерации и высокими показателями проходимости, что формирует перспективный задел для исследований конструкции его подвески. Создание расчетной модели передней подвески зависимого типа было начато с проведения комплекса работ по виртуальному моделированию с использованием программы Solidworks, а именно – создания твердотельных моделей каждого её элемента. Создание сетки проводилось посредством программы Altair HyperMesh. После создания конечно-элементных моделей каждого элемента подвески проведен сборочный процесс, посредством метода координатного позиционирования. Каждому элементу присваиваются необходимый тип материала, после чего устанавливались требуемые взаимосвязи. Данная модель имеет 4 степени свободы. В программе для чистоты эксперимента ограничены перемещения по осям x и y, а также повороты относительно их. Расчетная модель может колебаться только в направлении вертикальной оси Z. Возмущающее воздействие задавалось двум платформам, также осуществляющим колебания только в вертикальном направлении. Упругая и демпфирующая характеристики задавались посредством коэффициента жесткости пружины и коэффициента демпфирования непосредственно в программе LS-DYNA. Для данной конструкции подвески были определены значения неподрессоренной и подрессоренной масс, после чего, были выполнены расчеты собственной частоты подвески. Для определения влияния соотношения неподрессоренной и подрессоренной масс было создано 3 расчетных модели, отличающихся массой неподрессоренной составляющей. В первом случае была выбрана традиционная конструкция передней подвески, неподрессоренная составляющая, которой имеет массу 297 кг. Во втором случае рассмотрена модернизированная конфигурация передней подвески с измененной конструкцией поворотных механизмов, за счет чего величина неподрессоренной массы составила 287 кг. В третьем случае, за основу взята конструкция №2. За счет установки колесных дисков другого типоразмера или дисков, изготовленных другим методом (например, кованых), достигается снижение неподрессоренной массы до 277 кг. Коэффициент β определяет отношение неподрессоренной к подрессоренной массе и рассчитан для каждого из трех вариантов. Задаваемые левой и правой платформам значения возмущений соответствуют профилю испытательной дороги на Полигоне НАМИ. Таким образом выполняется моделирование профиля дороги в создаваемой КЭ расчётной модели. Представленные на слайде графики характеризуют перемещения левой и правой ступиц автомобиля в момент проведения испытаний. В ходе выполнению компьютерных расчетов получены перемещения, вертикальные скорости и ускорения неподрессоренной и подрессоренной масс. При оценке плавности хода – основным критерием является виброускорения, поэтому, для проведения дальнейшего анализа были выбраны данные параметры. Обработка результатов расчета проведена посредством вывода массива данных для каждого из результатов испытаний в виде текстового массива данных, после чего проведено вычисление дисперсий для каждого из вариантов расчета, а также среднеквадратические отклонения значения ускорений. После чего результаты были представлены в графическом виде. Из трех расчетов наименьшее значение среднеквадратического вертикального ускорения соответствует расчету при соотношении неподрессоренной и подрессоренной масс β 3 и составляет 1,054 м/с2. Для оценки плавности хода данные значения были скорректированы посредством весовых коэффициентов К, характеризующих степень восприятия человеком вибрации в различных частотных диапазонах. Таким образом был проведен спектральный анализ виброускорений. Исходя из сравнительного анализа было выявлено, что из всех трех расчетных вариантов, наибольшим образом нормативному значению при времени воздействия Т=1ч удовлетворяет 3-я расчетная схема с соотношением неподрессоренной и подрессоренной масс β3. Выход за границы нормативного значения наблюдается только при частоте 6,3 Гц, в отличие от других вариантов расчета. Для оценки экономической эффективности проведения компьютерных испытаний было решено сравнить их со стендовыми испытаниями. На основании проведенных расчетом можно сделать вывод, что проведение компьютерных испытаний в 2,52 раза дешевле стендовых при анализе суточных затрат.