Анализ упругих свойств композитной рессоры системы подрессоривания грузового автомобиля

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование. В настоящее время часто возникает вопрос рационального использования энергоресурсов, продиктованный повышением норм экологичности и производственных мощностей, а также снижением затрат потребителя. Особенно остро этот вопрос затрагивает область автомобилестроения. Основополагающим показателем в вопросе повышения энергоэффективности автомобиля является его масса, снижение которой вызывает множество конструктивно-компоновочных противоречий. Одним из возможных решений указанной проблемы является использование в конструкции транспортных средств композиционных материалов. В настоящий момент композиционные материалы нашли широкое применение в авиастроении и ракетно-космической отрасли, где их использование является общепринятой практикой. В условиях постоянно возрастающей конкуренции в автомобилестроении относительно недавно также массово стали применяться изделия из полимерных композиционных материалов. Основными областями применения композиционных материалов являются крупногабаритные кузовные конструкции (кабины, капоты, бамперы, двери), узлы трансмиссии, ходовой и тормозной систем (фрикционные накладки дисков сцепления, упругие элементы системы подрессоривания, фрикционные элементы тормозных механизмов). В статье приведены основные подходы и промежуточные результаты расчёта рессоры из стеклопластика для задней системы подрессоривания автомобиля полной массой 3500 кг.

Цель — снижение массы задней системы подрессоривания грузового автомобиля полной массой 3500 кг.

Методы. Для снижения массы и определения требуемых механических характеристик системы подрессоривания проводится поиск рациональных параметров рессоры, выполненной из стеклопластика, с учётом особенностей изготовления методом конечно-элементного анализа.

Результаты. Получена рациональная, с точки зрения минимума массы, конструкция композитной рессоры. Определено оптимальное распределение слоёв композита и углов его армирования по толщине рессоры. Построена нагрузочная характеристика полученной рессоры, выполненной с применением полимерного композиционного материала.

Заключение. Проведена оптимизация композитной рессоры, выполненной из стеклопластика. Полученная рессора обладает нелинейной нагрузочной характеристикой. При действии динамической силы критерий разрушения рессоры не превышает 1, что говорит о её работоспособности.

Об авторах

Кирилл Борисович Евсеев

Московский государственный технический университет (национальный исследовательский университет) им. Н.Э. Баумана

Email: kb_evseev@bmstu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7193-487X
SPIN-код: 7753-2047

д-р техн. наук, профессор кафедры «Колёсные машины»

Россия, Москва

Дорджи Викторович Лиджеев

Московский государственный технический университет (национальный исследовательский университет) им. Н.Э. Баумана

Автор, ответственный за переписку.
Email: lidzheevdv@bmstu.ru
ORCID iD: 0009-0008-6317-8689
SPIN-код: 1289-7121

студент кафедры «Колёсные машины»

Россия, Москва

Список литературы

  1. Afanas’ev BA, Belousov BN, Zheglov LF, et al. (Eds. Polun’yan AA). (2008) Design of All-Wheel Drive Vehicles: Textbook for Universities: In 3 Vols. Vol. 3*. Moscow: BMSTU Publishing House. 432 pp., ill. (In Russ.) EDN: VCQGMR
  2. Staroverov OA. (2020) Deformation and Fracture of Polymer Composites under Complex Mechanical Loading Conditions [Dissertation of Cand. Sci. (Eng.): 01.02.04]. Perm. 140 pp. (In Russ.) EDN: WADOAJ
  3. Zou X, Zhang B, Yin G. Analysis of stiffness and damping performance of the composite leaf spring. Sci Rep 12, 6842 (2022). doi: 10.1038/s41598-022-11055-5
  4. Evseev KB, Kartashov AB, Dashtiev IZ, Pozdeev AV. Analysis viscoelastic properties of fiber-reinforced composite spring for the all-terrain vehicle. MATEC Web of Conferences 224, 02039 (2018) ICMTMTE 2018. https://www.matec-conferences.org/articles/matecconf/abs/2018/83/matecconf_icmtmte2018_02039/matecconf_icmtmte2018_02039.html
  5. Belyaeva AA, Evseev KB. Analysis viscoelastic properties of the composite leaf spring. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 709 (2020) 033011 doi: 10.1088/1757-899X/709/3/033011
  6. Evseev KB, Kartashov AB. Relevance of Using Helical Springs Made of Polymer Composite Materials in Suspension Systems of Modern Vehicles. Journal of Automotive Engineers. 2016(4(99)):6–11. (In Russ.) EDN: XFWAVX
  7. Lidzheev DV. Formation of the Technical Concept for a Composite Leaf Spring in the Rear Suspension System of a Truck with a Gross Weight of 3500 kg. In All-Russian Student Conference «Student Scientific Spring», Dedicated to the 110th Anniversary of Academician V.N. Chelomey (Moscow, April 01-30, 2024): Collection of Abstracts* (p. [Specific Page Numbers Missing – Provide if Known]). Moscow: Scientific Library Publishing House LLC. 2024. 676 pp. (In Russ.)
  8. Gaylo R, Farahani S, Schmueser D. et al. Optimization of a mono-composite leaf spring using a hybrid fiber-layup approach. Int J Interact Des Manuf. 2020(14):407–421. doi: 10.1007/s12008-019-00636-w
  9. Talib ARA, Ali A, Goudah G, et al. Developing a composite based elliptic spring for automotive applications. Materials & Design. 2010;31(1):475–484. doi: 10.1016/j.matdes.2009.06.041
  10. Fahem AF, Alshamma OFA. An optimum design of a leaf spring from composite material. Al-Qadisiyah Journal for Engineering Sciences. 2009. №2(1):1–14. doi: 10.30772/qjes.2009.181683
  11. Kostenko A, Zuzov V. Application of optimization methods to reduce the mass of body parts of minibuses made of layered composite materials. 2020 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020;963:012018.
  12. Kun LM, Zheng W, Wang SB, et al. Effect of Stacking Sequence and Misalignment Angle on the Mechanical Properties of Fiber-Reinforced Glass Plastics. Mechanics of Composite Materials. 2021;57(4):783–796. doi: 10.22364/mkm.57.4.12 (In Russ.) EDN: YTPKLW
  13. Muizemnek AY, Kartashova ED. Mechanics of Deformation and Fracture of Polymeric Laminated Composite Materials: Study Guide. Penza: Penza State University Publishing House. 2017. 77 pp. (In Russ.)
  14. Afanas’ev BA, Dashtiev IZ. (Eds. Afanas’ev BA). Design of Vehicle Components Made of Polymeric Composite Materials: Study Guide. Moscow: BMSTU Publishing House. 2006. (In Russ.)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Эскиз рессоры, выполненной из полимерного композиционного материала.

Скачать (51KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Общий вид конечно-элементной модели рессоры.

Скачать (29KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Конечно-элементная модель рессоры в районе проушины: 1 — двухмерные оболочечные конечные элементы; 2 — трёхмерные конечные элементы типа HEXA; 3 — трёхмерные конечные элементы типов HEXA и TETRA.

Скачать (70KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Конечно-элементная модель рессоры: a — элемент RBE2; b — граничные условия левой проушины; c — граничные условия левой проушины с серьгой; d — приложение динамической нагрузки с помощью элемента RBE3.

Скачать (272KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение толщин слоёв после первого этапа оптимизации.

Скачать (96KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Распределение слоёв в центральной части рессоры (после первого этапа оптимизации).

Скачать (155KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Напряжения, действующие в элементарном слое рессоры.

Скачать (43KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Толщина слоёв после второго этапа оптимизации.

Скачать (96KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Средние значения углов укладки после третьего этапа оптимизации.

Скачать (97KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Геометрия рессоры после проведения оптимизации: a — фронтальная проекция; b — общий вид.

Скачать (237KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Прогиб рессоры, мм (масштаб перемещений 1:1): a — при статической нагрузке; b — при динамической нагрузке.

Скачать (188KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Критерии разрушения рессоры: a — при статической нагрузке; b — при динамической нагрузке.

Скачать (235KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Упругая характеристика рессоры.

Скачать (98KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».