Разработка математической модели разрушения углепластиковых энергопоглощающих элементов несущей системы автомобиля

Применение композиционных материалов является перспективным способом снижения массы несущей системы и автомобиля в целом, поэтому обеспечение пассивной безопасности конструкций, выполненных из таких материалов, становится актуальной задачей. Для проектирования и расчета частей несущей системы, отвечающих за пассивную безопасность, особенно энергопоглощающих зон, необходимо разработать математическую модель, учитывающую особенности разрушения изделий из композиционных материалов. В работе предложена расчетно-экспериментальная методика проектирования композитных конструкций, обеспечивающих пассивную безопасность и энергопоглощение. Выполнен обзор существующих подходов и обоснован выбор конструкции образца и способа проведения эксперимента. Разработанная математическая модель, реализованная в программном комплексе конечно-элементного анализа, верифицирована по результатам динамических испытаний трубчатых образцов. Выполнено сравнение экспериментальных и расчетных зависимостей ускорения от времени. Подтверждены адекватность полученных результатов и возможность применения методики для проектирования несущих систем автомобилей.

Литература

[1] Автомобильный справочник. BOSCH. Москва, Изд-во За рулем, 2000. 896 с.

[2] ГОСТ Р 41.94–99 (Правила ЕЭК ООН № 94) Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении защиты водителя и пассажиров в случае лобового столкновения. Москва, Изд-во Стандартов, 2007. 86 с.

[3] Advanced Composite Materials for Automotive Applications: Structural Integrity and Crashworthiness. Ed. Elmarakbi A. New Delhi, John Wiley&Sons, Ltd., 2014. 446 p.

[4] Kilic Y. Impact and energy absorption of laminated and sandwich composites. PhD thesis. Cambridge, MIT, 2008.

[5] Feraboli P. Development of a Modified Flat-plate Test Specimen and Fixture for Composite Materials Crush Energy Absorption. Journal of composite materials, 2009, vol. 43, no. 19, pp. 1967–1990.

[6] Garattoni F. Crashworthiness and composite materials: development of an experimental test method for the energy absorption determination and implementation of the relative numerical model. PhD thesis. Universita di Bologna, 2011. 113 p.

[7] Zarei H., Kroger M. Crashworthiness investigation and optimization of empty and foam filled composite crash box. Woven Fabric Engineering, 2010. 414 p.

[8] Туренко А.Н., Ужва А.В., Сергиенко А.В. Результаты исследований поглощения энергии при ударе изделиями из композитных материалов. Вестник ХНАДУ, 2013, № 60, с. 90–94.

[9] Obradovic J., Boria S., Belingardi G. Lightweight design and crash analysis of composite frontal impact energy absorbing structures. Composite Structures, 2012, vol. 94, no. 2, pp. 423–430.

[10] Savage G. Formula 1 Composites Engineering. Engineering Failure Analysis, 2010, no. 17(1), pp. 92–115.

[11] Abrate S. Impact engineering of composite structures. Wien, New York, Springer, 2011. 407 p.

[12] Gohlke M. Practical aspects of finite element simulation. Altair Engineering, 2015. 503 p.

[13] Newmark N.M. A method of computation for structural dynamics. Journal of the Engineering Mechanics Division, 1959, vol. 85, is. 3, pp. 67–94.

[14] Radioss theory manual. Part 2. Version 2017. Altair Engineering, 75 p.

[15] Andersson M., Liedberg P. Crash behavior of composite structures. Goteborg, Chalmers University of technology, 2014. 109 p.