CSP CURS 10 28.04.2015 Elemente de calcul

I. Metoda de calcul utilizate la analzia structurala a caroseriilor

Caroseriile sunt structuri realziate complx dintr-un numar foarte mare de componente din

materiale diferite asamblate prin tehnlogii diferite. Din acest motiv analiza structurala a unei

caroserii este greu de realziat fara acceptarea unor modele simplificate de calcul mai ales in faza de

proiectare.

Principiile de alcatuire a modelelor simplificate sunt:

1. Modelele simplificate tin cont ca nu toate componentele sunt la fel de importante la

preluarea solicitatilor care apar asupra caroseriei. De exemplu: componentele de inchidere

usi, nu preaiua solicatarile provenite de la deplasarea autovehiculelor pe calea de rulare. De

obicei se neglijeaza parbrizul, dar paote avea o influenta mare asupra rigidizarii torsionala a

structurii, de aceea este bine i unele situatii sa NU fie neglijat, deoarece poate avea influente

la unele analize structurale precum la comportarea la vibratii

2. Elementele componente ale autovehiculului simplificate pot avea forme geometrice

simplificate care sa NU modifice rezultate calculelor, caracteristicle geometrice ale grinzilor

reale de exemplu.

3. Impartirea pe componente se face mai mult din cosniderente geometrice si nu coincide cu

impartiea pe componente din considerente tehnologice.

Rezultatele obtinute prin calcul au o eroare normala dar in fara de proiectare modelarea

simplificata are avantajul de a permite analize rapide ale unor modificari necesare sau permite

comparatii intre mai multe modele propuse si se stabileste o varianta optima. Exista doua metode de

calcul pentru analiza structurilor e caroserie:

1. MSSS- metoda suprafeteloe structurale simple

2. MEF- metoda elementelor finite

1. MSS: Prin aceasta metoda structura este impartita in componente sau subasambluri care pot

fi reprezentate ca suprafete plane sau suprafete structurale simple. Aceasta metoda

peermite determinarea conditiilor de incarcare ale fiecarei componente structurale in

conditii statice sau amplificare de suprasarcina dinamica. Metoda este limitata in cazul

structurilor nedeterminate.

2. Metoda elementului finit: prin aceasta metoda este impartita caroseria in elemente de tip

solid 3D sau tip bara, numite elemente finite. Sistemul de ecuatii de echilibru static sau

dinamic pentru fiecare element este rezolvat prin metode matriciale cu ajutorul calculatorlui

folosind aplicatii soft-specializate.

Utilizant MEF se paote efectua o serie larga de analzize precum analiza statica, dinamica,

modala, de oboseala, analiza aerodinamica etc. In prezent aceasta metoda este utilziata cel mai des?

Etapele realizarii unui astfel de analize prin MEF sunt:

a) Realizarea modelului geometric al structurii. Complexitatea acestui model geometric este

foarte importanta in obtinerea unui model cu elemente finite cat mai corect

b) Introducerea dateloir privind materialelor. In prezent majoritatea soft-urilor specializate au

biblioteci de materiale

c) Definirea modelului din elemente finite: densitatea discretizarii este foarte importanta, cu

cat numarul de elemente finite este mai mic, cu atat vom obtine o analiza mai buna.

d) Definirea conditiilor de rezemare precum si a conditiilor initiale

e) Definirea solicitarilor aplicate asupra structurii: orte, momente, presiuni etc

f) Calculul propriu zis al sistemului de ecuatii care descrie comportarea sistemului pentru tipul

de analzia efectuat

g) Reprezentarea grafica si interpretarea rezultatelor

Solicitari statice si dinamice ale caroseriilor

Principalel solicitari care actioneaza asupra caroseriie sunt datortate greutatilor

subasamblurilor asezate pe aceasta, functionarii acestor subasambluri si deplasarii autovehiculului pe

calea de rulare. Tensiunile si deformatiile caroseriei de diferite situatii de incarcare depinde de modul

de rezemare a caroseriei pe punti, sau de alte situatii de constrangere a structurii caroseriei(asezare

pe cric).

SOLICITARILE STATICE: sunt date de greutatea subasamblurilor asezate pe caroseire: greutatea

pasagerilor, a bagajelor a marfurilor transpoetate. Trebuie sa se tina cont si de greutatea proprie a

caroseriei. NU se va considera greutatea maselo nesuspendate (punti, suspensie, rroti etc).

Aceste greutati pot fi distribuite pe structura caroseriei sub forma unor forte sau sub forma

unor mase concentrate asupra carora actioneaza acceleratia gravitationala.

Cazuri de solicitari statice in care caroseria este solicitata in mod diferit:

Autovehicul stationat: caroseria este asezata pe suportii suspensiei. Aceste sarcini sunt

simetrice

Autovehicul ridicat pe cric: caroseria este rezemata pe suporti suspensiei pe o parte si pe

suportul de cric de pe caroserie de partea cealalta. Asimetria sistemului de rezemare ca duce

la torsionarea structurii.

Autovehicul ridicat pe elevator. Caroseria este rezemata pe suporti de asezare pe elevator.

Se introduc si greutatile puntilor, iar solicitarea paote duce al incovoierea caroseiei fiind o

solicitare simetrica.

Autovehiculul este transportat pe o platforma, sau prin ridicarea unei punti cu o macara. In

aceste situatii modul cum sunt amplasati tirantii de retinere sau modul de ridicare cu

macaraua au influenta asupra fortelor de reactiune, deplasarea vehiculului transprtor poate

introduce solicitari dinamice.

SOLICITARILE DINAMICE LA DEPLASAREA PE CALEA DE RULARE

Deplasarea pe carea de rualre duce la aparitia unor solicitari suplimentare fata de solicitarile

statice prezentate anerior, sub doua forme: solicitari dinamice instantanee si solicitari care pot afecta

structura prin oboseala.

a) Solicitarile dinamice instantanee: apar rar, au o durata scurta, dar pot avea amplitudine

ridicata fiind comparabile ca marime cu solicitarile statice. Astfel ded solicitari apar la

deplasarea autovehiculelor pe drumuri cu denivelari largi, accelerari sau franari bruste,

viraje.

Coeficientii de suprasarcina dinamica pentru diferite situatii de solicitare sunt determinati

experimental!. Pot aparea solicitari suplimentare ale caroseriei si la deplasarea in difireita conditii de

mediu (vant lateral). Aceste solicitari sunt forte aerodinamica, care vor fi repartizate uniform pe

suprafata corespunzatoare a autovehiculului.

b) Solicitarile care pot afecta structura prin oboseala: Aceste solicitari au repetabilitate ridicata,

sunt foarte dese, dar cu o amplitudine scazuta, sub 1000N. astfel de solicitari intalnim la

deplasarea pe drumuri cu denivelari. Au ca efect deteriorarea unor zone mai puti rigide prin

aparitia si propagarea unei fisuri.

CSP11 5.05.2015 CONTINUARE SOLICITARI DINAMICE

Cazurile tipice de solicitari dinamice care apar datortia interactiunii dintre roata si

neregulatiratile dintre roata si calea de rualre si care se transmit caroseriei prin articulatiile

suspensiei si puntii sunt urmatoarele:

a) Solicitari verticale simetrice

b) Solicitari verticale asimetrice

c) Solicitari laterale

d) Solicitari longitudinale

a) Solicitarile vertical simetrice

Apar cand ambele roti ale unei punti intalnesc simultan o denivelare si au ca efect

incovoierea structurii intr-un plan longitudinal. Pdim=solicitare dinamica/ ; mdim=coeficient de

suprasarcina dinamica dterminat experimental(ptr autorisme 2...2,5 ; pentru autocamioane 3 ;

pentru autov de teren 4 .... 6).. Pdim=mdim*Gstatic.

n calculele efectuare prin metoda elementului finit, daca pe structura au fost amplasata

masele sustinute de aceasta sub forma de masa concentrata, se poate simula regimul soliciatilor

vertical simetrice prin fixarea structurii pe reazemele suspensiei si aplicatea unei acceleratii verticale

a (a=mdim*g) unde g este acceleratia gravitationala. ((!!!***tot ce este cu dim tb sa fie pus jos, gen

xdim!!!!)))

La situatii limita se paote considera cazul in care structura este rezemata pe limitatoarele de

cursa ale suspensiei.

b) Solicitari verticale asimetrice

Acest tip de solicitate apare in momentul in care roata unei punti intalneste o denivelare si

are ca efect torsionarea structurii.

Acest moment de torsiune este preluat de elementele suspensiei fapa spate si de structura

caroseriei prin deformarea in serie a acestora cu un unghi de rasucire.

Cazul cel mai nefavorabil este cel in care 2 roti pe o diagonala se ridica pe cate o denivelara,

iar rotile de pe cealalta diagonala se ridica de pe sol. La limita se considera ca suspensiile loves

limitatoarele de cursa, solicitarile fiind aplicate direct pe aceste limitatoare.

Valorile recomandate pentru factuorul de suprasarcina dinamica, in cazul acestor solicatri

sunt urmatoarele: in cazurile efectuate prin metoda elem finit se poate simul regimul solicitarilor

verticale asimetrice prin fixarea structurii pe reazemele suspensiei de pe o diagonala ( sau pe

limitatoare), celelalte reazeme fiind lasate libere.

c) solicitari laterale

Apar in viraje fiind cauzate de forta centrifuga, forta echilibrata de reactiunile din pata de

contact. Sunt 3 situatii limita in

care aceste solicitari ajung la

valori maxime:

1. Deraparea laterala a rotilor 2. Pierderea stabilitatii prin

rasturnare

3. Lovirea unei borduri Pentru cazul 1 forta laterala totala

la roti e limitata de aderenta.

Solicitari longitudinale= apar in cazul demararii, in cazul cuplarii bruste a ambreiajului

sau in cazul unor socuri la cuplare ambreiaj, la remorcade, la franare, la lovirea cu rotile

fata/spate a unui obstacol.

1. Acceletariile in cazul demararii si in cazul socurilot la cuplarea ambreiajului sunt mai

mici decat cele care apar in timpul franarii. Din acest motiv acestea nu sunt luate in

calcul si sunt luate doar cele de la franare.

2. Deceleratiile de franare sunt limitate de aderenta. Astfel coeficientii de surpasarcina

recomandati sunt: m=0,72(autocamioane), m=1,1 (celelalte vehicule)

3. Remorcarea autovehiculelor determina sarcini longitudinale aplicate autovehiculelor

prin sistemul de remorcare. Coeficientu de surpasarcina recomandat m=1,5

4. Lovirea cu ambele roti din fata a unui obstacol determina o forta de reactiune F care

actioneaza asupra rotii si care are directia indreptata spre centrul rotii.

Aprecierea rezistentei caroseriei

Tensiunile ce apar in structura caroseriei sub actiunea solicitarilor statice si dinamice

care actioneaza in conditii normale de exploatare nu trebuie sa duca la pierderea functiilor

niciunei componente. Pierderea functiei unei componente poate fi determinata de tensiuni mai

mari decat cea de ungere, de flambajul unor componente, de ruperea elementelor de

asamblare si prin oboseala materialului si aparitia fisurilor. In general se impune ca tensiunile

efective maxime sa nu depaseasca doua treimi din tensiunea de curgere. Coeficient de

siguranta c=1,5.

Aprecierea rigiditatii croseriei

Rigiditatea e o caracteristica foarte importanta deoarece poate influenta

manevrabilitatea, stabilitatea, functionarea corecta a unor subansambluri, comportarea la

vibratii a croseriei. Proiectantii considera rigiditatea mai importanta ca rezistenta.

Rigiditatea torsionala: este una din cele mai importante caracteristici ale unei structuri

de caroserie. Apare in cazul solicitarilor vertical asimetrice. Poate fi apreciata prin coeficientii

Kt=Mt/ unde Mt=moment de torsiune aplicat caroseriei fara ca tensiunile care apar sa

depaseasca tensiunea admisibila a materialului si = unghiul cu care se torsioneaza caroseria.

Rigiditatea la incovoiere: caracterizeaza deformarea structurii in cazul unor solicitari

veritcale simetrice. Daca e prea mica poate influenta functionarea corecta a transmisiei

longitudinale, deformarea cadrului usilor, deformarea podelei. Poate fi apreciata prin

coeficientul rigiditatii la incovoiere.

Coeficientul constructiei usoare: Ku

Avand in vedere ca o utilizare cat mai redusa de material duce la o scadere a rigiditatii

structurii este util sa se foloseasca un indicator care sa tina cont atat de gradul de utilizare al

materialului cat si de rigiditatea structurii. Coeficientul constructiei usoare este definit astfel

Ku=(Kt*A)/mc

Unde mc este masa caracteristica, Kt este coef rigiditate torsionala, A este aria

proiectiei pe plan orizontal al autovehiculului.