UNIVERSITATEA DIN PITESTIFACULTATEA DE MECANICA SI TEHNOLOGIE

CONFORTABILITATE SI ERGONOMIE

SUSPENSIA

STUDENT : JIANU ALINA-STEFANIASECTIA : ITTGRUPA : 4.1.1

Introducere

Înca de la inventarea sa, la sfârsitul secolului trecut, autovehiculul a fostconceput si realizat ca element esential al unui sistem de transport terestru, pentru marfuri si persoane, ca înlocuitor al transportului cu tractiune animala, pentru a fi în primul rând util si abia apoi ca obiect de lux, el reprezentând motorul economiilor tuturor tarilor . Dintre toate inventiile din domeniul ingineriei mecanice automobilul a avut poate cea mai spectaculoasa evolutie. De la inventare, autovehiculul a trecut prin diverse faze de modernizare, toate firmele constructoare fiind cuprinse în acest iures, cu intentia de a fi primele.

Consideratii generale privind suspensia autovehiculelor

Automobilul, mai ales în ultimii 30-40 de ani, a devenit un factor de mareprogres, de care omenirea cu greu s-ar putea desparti. De-a lungul timpului, acestuia i s-au impus o serie de cerinte functionale si constructive, astfel încât, automobilul zilelor noastre a devenit o adevarata uzina mobila. Perfectionarile aduse automobilului de-a lungul timpului s-au referit în principal (si înca se mai cauta solutii noi) la asigurarea confortului si securitatii pasagerilor, asigurarea stabilitatii (având în vedere vitezele medii tot mai ridicate impuse de traficul curent), reducerea noxelor, reducerea consumului de combustibil, etc. Aceste perfectionari au avut si au la baza si observatia ca, pe lânga imensele beneficii pe care le aduce, automobilul, printr-o proiectare incorecta sau datorita utilizarii nejudicioase, poate aduce mari pagube, atât omenesti cât si materiale. Pentru autovehiculele militare, conditiile si ritmul de ducere a actiunilor pecâmpul de lupta modern, (teren neamenajat, distante mari care trebuiesc parcurse în timp scurt, mobilitatea ridicata a trupelor, etc.) au impus obiectiv adoptarea unor însemnate perfectionari tehnice astfel încât acestea sa poata actiona si sa contribuie substantial la mobilitatea operativa si tactica a trupelor. De asemenea, pe lânga aceste cerinte de ordin tactic, autovehiculelor militare li se impun si anumite cerinte constructive care sa asigure: fiabilitatea ridicata, gabarit si greutate reduse, exploatare usoara si reparatii minime, consum redus de combustibil si nu în ultimul rând, sa asigure eficienta transportului personalului în sensul mentinerii posibilitatilor fiziologice si psihice ale militarilor precum si mentinerea în stare buna a tehnicii transportate pentru a putea efectua misiunile specifice.Bineînteles, o parte din aceste cerinte pe care trebuie sa le satisfaca autovehiculele militare se regasesc si în cele impuse la proiectarea autovehiculelor cu alte destinatii (transport persoane, materiale, etc.). Din acest punct de vedere, datorita conditiilor grele de functionare si prin cerintele pe care trebuie sa le satisfaca, se poate spune ca autovehiculul militar, a fost si este precursorul autovehiculului “civil” din punct de vedere al perfectionarii tehnice, rezultatele obtinute din exploatare si reparatii constituind o adevarata baza de date, de un real ajutor, pentru proiectarea unor noi autovehicule indiferent de destinatie. Confortabilitatea autovehiculului este determinata în principal de sistemul desuspensie. Prin confortabilitate se întelege proprietatea autovehiculului de a se deplasatimp îndelungat la vitezele maxime permise de caracteristicile dinamice fara ca“pasagerii” sa aiba senzatii neplacute sau sa oboseasca repede si fara ca “marfa”transportata sa fie supusa distrugerii. Trebuie avut în vedere faptul ca, cerintele cele mai mari ce revin autovehiculelor de teren si caracterizeaza autovehiculele grele cu destinatie militara, sunt legate de posibilitatea de a circula în teren natural indiferent de conditiile meteorologice

si sa poata aborda anumite obstacole (cum ar fi denivelari, santuri, vaduri, etc.) cerinte care definesc capacitatea de trecere a autovehiculului. Capacitatea de trecere este determinata de anumiti parametri dinamici (putereamotorului de tractiune, felul si caracteristicile transmisiei si propulsorului) dar este în mare masura influentata si de anumiti parametri geometrici ai autovehiculului. Dintre parametrii geometrici care influenteaza capacitatea de trecere, cel mai important este garda la sol - înaltimea libera sub sasiu, data de distanta verticala dintre sol si partea cea mai de jos a sasiului autovehiculului, complet încarcat (acest parametru geometric este determinat si influentat în principal de felul si caracteristicile suspensiei). Pe de alta parte, caracteristicile suspensiei si buna functionare a acesteia au oinfluenta directa asupra fiabilitatii celorlalte sisteme componente ale autovehiculului.O suspensie cu bune calitati de atenuare a socurilor si vibratiilor reduce uzuraanvelopelor si scade numarul ruperilor prin oboseala a pieselor din compunereasistemelor autovehiculului. Nu în ultimul rând, sistemul suspensiei influenteaza într-omare masura manevrabilitatea si stabilitatea autovehiculului, caracteristici care pentruautovehiculele militare au o foarte mare importanta daca se tine seama de caracterulvariat al terenurilor în care acestea îsi îndeplinesc misiunile. Odata cu aparitia suportului de calcul electronic, procesul de proiectare al sistemelor autovehiculelor a cunoscut transformare radicala, fiind posibila luarea în considerare a cât mai multi parametri functionali pentru fiecare element component si determinarea cu o precizie ridicata a performantelor, concomitent cu reducerea resurselor utilizate, în urma modelarilor si simularilor fiind posibila corectareaeventualelor deficiente înainte de introducerea produsului final în faza de fabricatie. Dezvoltarea tehnologica fara precedent pe de-o parte (atât la nivelul mijloacelorde productie cât si al materialelor utilizate, care au un nivel calitativ mult mai ridicat), cerintele din ce în ce mai crescute din partea beneficiarilor pe de alta parte, au creat premisele si au impus o mai mare flexibilitate în cadrul procesului clasic de productie, în sensul ca s-a trecut de la fabricatia de serie mare la cea de serie mica sau chiar unicat (sistem manufacturier), conducând simultan si la comprimarea sau întrepatrunderea fazelor din ciclul de viata al produsului. Micsorarea seriilor de fabricatie conduce implicit si la o noua abordare în ceea ce priveste activitatea de exploatare si implicit de reparatie a autovehiculului sau a sistemelor componente. Toate acestea se manifesta în sensul ca, sistemele si ansamblurile componente ale autovehiculului trebuie sa aiba o durata de viata cât mai apropiata, de dorit chiar egala cu a autovehiculului, pentru a reduce cât mai mult cheltuielile cu reparatiile si exploatarea (productia de serie mica duce la costuri foarte mari ale pieselor de schimb si la consumul neeconomic deresurse pentru mentinerea în fabricatie a unor componente depasite moral).

Prin urmare, din ce în ce mai mult procesul de proiectare-dezvoltare nu mai esteo parte a ciclului de viata al produsului ci este o parte a procesului de fabricatie –modificarile aduse solutiilor constructive în functie de materialele noi utilizate, o partea procesului de exploatare – modificarea solutiilor constructive în functie de rezultateleobtinute în exploatare. Procesul de cercetare care era în varianta „clasica” deschizatorde drumuri pentru noile produse este acum tot mai mult parte integranta a ciclului deviata al produsului. Între toate aceste etape ale ciclului de viata al produsului sestabileste astfel un sistem de comunicatie (feed-back) bidirectional care trebuie sa fieflexibil si usor ajustabil la modificarile impuse de tehnologie si de cerinteleutilizatorilor.

ROLUL SI DESTINATIA SUSPENSIEI

Suspensia automobilului este destinată să atenueze sarcinile dinamice ce se transmit del a d r u m s ă i m p r i m e o s c i l a ţ i i l o r c a r a c t e r u l d o r i t ş i s ă t r a n s m i t ă f o r ţ e l e c a r e a c ţ i o n e a z ă asupra roţilor şi cadrului.Oscilaţiile ce apar la trecerea automobilului peste neregularităţile drumului influenţeazăc a l i t ă ţ i l e t e h n i c e d e e x p l o a t a r e a l e a c e s t u i a , î n p r i m u l r â n d c a r a c t e r u l d e m e r s l i n a l acestuia, calităţile de tracţiune , stabilitatea ,maniabilitatea şi durabilitatea.Suspensia automobilelor este compusă din elementele elastice , dispozitivele de ghidare,şi elementele de amortizare.Elementele elastice contribuie la micşorarea sarcinilor, idnamice verticale, provocândoscilaţiile caroseriei de amplitudine şi frecvenţe cît mai suportabile pentru pasageri şi caresă nu dăuneze încărcăturii care se transportă.Dispozitivele de ghidare transmit componentele orizontale ale for ţelor dintre roţi şidrum, şi momentele acestor forţe la caroserie ,determinînd şi caracterul deplasării roţilor ăn raport cu caroseria automobilului şi ăn raport cu drumul.Î n f i g u r a s e r e p r e z i n t ă f o r ţ e l e d a t o r i t ă i n t e r a c ţ i u n i i d i n t r e r o ţ i ş i d r u m p r e c u m ş i momentele acestor forţe. Forţele datorită interacţiunii dintre roţi şi drum şi momentele acestora.

Fig. Forţele datorită interacţiunii dintre roţi şi drum şi momentele acestora.

Forţele verticale Z şi momentele Mx se transmit la caroserie prin intermediul elementuluielastic al suspensiei .Elementele de amortizare au rolul de amortiza oscilaţiile care iau naştere evitîndapariţia fenomenului de rezonanţă.

CERINŢE ŞI CONDIŢII IMPUSE SUSPENSIEI

Condiţiile principale pe care trebuie să le indeplinească suspensia unui automobil sunturmătoarele :Să aibă o caracteristică care asigură un comfort corespunzător , cu înclinări transversalereduse fără lovituri în tampoanele limitatoare şi cu o stabilitate bună .Caracteristica amortizorului să corespundă cu cea cerută de comfortabilitate.S ă a s i g u r e t r a n s m i t e r e a f o r ţ e l o r o r i z o n t a l e ş i a m o m e n t e l o r r e a c t i v e d e l a r o a t ă l a caroserie .S ă a i b e o d u r a b i l i t a t e e l e m e n t e l e e l a s t i c e , c a r e f a c p a r t e d i n e l e m e n t e l e c e l e m a i solicitate ale automobilului.Să aibe o greutate minimă .Pentru asigurarea unui comfort corespunzător , parametrii suspensiei trebuie să fie aleşiţinănduse seama de anumite condiţii şi anume:Frecvenţa oscilaţiilor proprii pentru autoturisme să fie de 50-70 oscilaţii pem i n u t . F r e c v e n ţ a o s c i l a ş i i l o r p r o p r i i d e p i n d e d e s ă g e a t a s t a t i c ă a s u s p e n s i i l o e r ş i a pneurilor şi poate fi determinată cu relaţia :ν = 3 0 0 / √ f [ o s c i l a ţ i i / m i n u t ] în care f=fs+fp [cm] este săgeata statică datorită suspensiei fs şi pneurilor fp. Rigiditatea elementelor elastice a suspensiei să fie pe cât posibil mai reduse pentru arezulta frecvenţe proprii mici.Amortizarea oscilaţiilor terbuie să fie suficientă astfel încât după o perioadăamplitudinile să se micşoreze de 3 până la 8 ori.I n d i c e l e d e b a z ă a l m e r s u l u i l i n a l u n u i a u t o m o b i l e s t e v a l o a r e a m e d i e p ă t r a t i c ă a acceleraţiilor verticale măsurate în locuri caracteristice.(STAS 6926/13-74).

CLASIFICARE . TIPURI CONSTRUCTIVE . DESCRIERE . PĂRŢI COMPONENTE .

Suspensiile automobilelor se clasifică după tipul dispozitivului de ghidare , după tipulelementului elastic şi după tipul caracteristicii suspensiei .După tipul dispozitivului de ghidare suspensiile pot fi dependente şi independente a.)Suspensie dependentă b.) Suspensie independentăfig.Suspensia dependentă este caracterizată printr-o legatura rigidă intre roţile din dreaptaşi din stânga , iar ridicarea sau coborârea unei roţi , produsă de denivelările căii , provoacăschimbarea poziţiei şi pentru cealaltă roatăLa suspensia independentă lipseşte legătura directa dintre roţile automobilului iar schimbarea poziţiei unei roţi nu influenţează şi cealalta roată .S u s p e n s i a i n d e p e n d e n t ă p r e z i n t ă f a ţ ă d e s u s p e n s i a d e p e n d e n t ă a v a n t a j e l e : inbunătaţirea confortului prin reducerea masei nesuspendate ; ţinuta de drum mai bunădeoarece deplasările roţilor nu se influenţează reciproc ; micşorarea oscilaţiilor de ruliuale caroseriei şi mărirea stabilitaţii automobilului După tipul elementului elastic , suspensiile se clasifică în suspensii cu elemente :metalice , pneumatice , hidropneumatice şi mixte .

Caracteristica elastica a suspensiilor reprezinta dependenta dintre sarcina verticala peroata şi deformaţia suspensiilor . Cu ajutorul caracteristicii elastice se apreciaza elementulelastic a suspensiei utilizând următorii parametrii : săgeata statică f st; săgeţile

dinamice f d1şi f d2, până la limitatorul inferior şi limitatorul superior ; rigiditatea

suspensiei k s;coeficientul dinamic k dşi forţele de frecare.Curbele de comprimare şi destindere nu coincid din cauza frecării din elementelesuspensiei . Drept caracteristică a suspensiei se consideră in mod convenţional linia medie(intrerupta) . La autoturisme este indicat ca săgeata statica să fie cuprinsă intre limitele200-250 mm. Pentru asigurarea unui mers lin al automobilului , fara oscilaţii pe planullongitudinal trebuie ca raportul dintre săgeţile statice ale suspensiei posterioare f st2suspensiei anterioare f st1, să se afle intre limitele 0,8-0,9. În cazul săgeţilor mai mari ca f 2şi mai mici ca f 1, braţul suspensiei sau arcul lamelar vin în contact cu limitatoareleCoeficientul dinamic este definit de raportul dintre sarcina maximă ce se transmiteprin suspensie Fmaxşi sarcina statică Gs: k d= Fmax/ Gs.

 

La valori reduse ale coeficientului dinamic , probabilitatea loviturilor (şocurilor) inlimitator este mai mare , la deplasarea automobilului pe un drum cu neregularităţi . Pentruautomobile coeficientul dinamic k d= 1,7-1,8

ALEGEREA VARIANTEI CONSTRUCTIVE . JUSTIFICAREA ALEGERII

Suspensia automobilului Wartburg a fost proiectată cu scopul de a oferi comfortuln e c e s a r , s i g u r a n ţ a î n f u n c ţ i o n a r e , f i a b i l i t a t e ş i r e p a r a b i l i t a t a u ş o a r ă D e o a r e c e a c e s t autoturism este o limuzină de familie ,este necesar ca să îndeplinească cîteva condiţii:

Să atenueze sarcinile dinamice ce se tranmit de la drum. S ă i m p r i m e o s c i l a ţ i i l o r c a r a c t e r u l d o r i t ( a s i g u r î n d p r i n a c e a s t a

c o n f o r t a b i l i t a t e a necesară). Să transmită forţele care acţionează asupra roţilor şi asupra cadrului

(caroseriei).Suspensia automobilelor este compusă din elemente elastice , dispozitivele de ghidareşi elementele de amortizare.Elementele elastice contribuie la micşorarea sarcinilor dinamice verticale . Ca soluţieconstructivă la autoturismul Wartburg s-a adoptat cea cu arcuri elicoidale ,acestap r e z e n t â n d u n e l e a v a n t a j e f a ţ ă d e c e a c u a r c u r i l a m e l a r e ( s i m p l i t a t e a c o n s t r u c ţ i e i , elasticitate mai mare etc.).Dispozitivele de ghidare transmit componentele orizontale ale forţelor dintre roţi şidrum, şi momentele acestor forţe , la caroserie , determinînd şi caracterul deplasării roţilor în raport cu caroseria şi în raport cu drumul . Ca soluţie constructivă s-a adoptat cea cudouă braţe.E l e m e n t e l e d e a m o r t i z a r e a u r o l u l d e a m o r t i z a o s c i l a ţ i i l e c a r e i a u n a ş t e r e , e v i t î n d apariţia fenomenului de rezonanţă. La autoturismul Wartburg s-a utilizat amortizoarehidraulice telescopice.Atât pe puntea faţă cât şi pe cea din spate s-a utilizat suspensia independentă (lipseştelegătura directă dintre roţile automobilului ) deoarece prezintă faţă de suspensiadependentă o serie de avantaje:

Îmbunătăţirea confortului prin reducerea masei nesuspendate. Ţinută de drum mai bună . Micşorarea oscilaţiilor de ruliu. Mărirea stabilităţii automobilului.Suspensia spate a automobilului cuprinde un

element de stabilizare care micşoreazăînclinarea transversală a părţii suspendate . Are rolul de a mări stabilitatea şi ţinuta dedrum . Acest element poartă denumirea de bară stabilizatoare.

Stadiul actual privind rolul,locul, solutiile constructive si

proiectarea suspensiilorautovehiculelor

Printre cele mai importante perfectionari aduse automobilului de-a lungultimpului sunt cele care au vizat în special asigurarea confortului si securitatiipasagerilor concomitent cu marirea manevrabilitatii si stabilitatii. Vitezele medii tot mai ridicate, ce se au în vedere înca din faza de proiectare a autovehiculelor moderne,impun îndeplinirea unor conditii si cerinte tot mai restrictive si drastice privind stabilitatea autovehiculului (forte de inertie foarte mari) si amortizarea oscilatiilor masei suspendate (la viteze de deplasare mari, frecventa oscilatiilor masei suspendate,datorata interactiunii dintre echipamentul de rulare - fie el cu pneuri sau cu senile – si neregularitatile caii de rulare, este foarte mare).

Solutii constructive de suspensii ce folosesc ca element elasticarcul cu foi

Arcurile cu foi sunt elementele elastice cele mai des utilizate în constructiasuspensiei autovehiculelor de mare tonaj, de transport marfa, etc. Principalele avantaje care le-au impus pentru o asemenea utilizare sunt: capacitatea mare de încarcare si cheltuielile reduse pe timpul exploatarii. Asa cum le arata si numele, arcurile de acest tip sunt formate din mai multe foi lamelare (1) de diferite sectiuni, ce au în stare libera curburi diferite, unite prin elemente de prindere specifice astfel încât sa formeze, un element elastic unitar cu o sectiune cât mai apropiata de cea a grinzii de egala rezistenta.

Constructia si elementele componente ale arcului cu foi.

Dintre dezavantajele utilizarii arcurilor cu foi se pot mentiona: greutatea relativmare; durabilitatea redusa (sunt destul de frecvente cazurile în care, datoritadeficientelor de material, utilizarii necorespunzatoare sau a fenomenului de oboseala, lamelele se rup); frecarea intensa dintre foile de arc (lucru care duce la încalzirea elementului elastic si implicit la modificarea caracteristicilor acestuia); necesitatea unui spatiu de amplasare mare (datorita dimensiunilor de gabarit).

Solutii constructive de suspensii ce folosesc ca element elasticarcul elicoidal

Arcurile elicoidale au o larga raspândire ca elemente elastice în constructiasuspensiilor autovehiculelor datorita avantajelor oferite: durabilitate ridicata, greutate redusa, executie simpla, întretinere si cheltuieli minime de exploatare. Totusi, aceste tipuri de elemente elastice au si o serie de dezavantaje dintre care cel mai important este acela ca nu pot prelua forte care actioneaza pe directii diferite de axa lor, motiv pentru care în constructia sistemului suspensiei trebuie prevazute elemente suplimentare de ghidare ale puntii. Arcurile elicoidale se folosesc în constructia sistemului suspensiei atât a puntilor independente cât si a puntilor dependente. În figura este reprezentata schematic una dintre cele mai utilizate solutii constructive ce foloseste ca element elastic arcul elicoidal.

Solutie constructiva de suspensie independenta cu element elastic de tip arc elicoidal dispus între bratul superior si carcasa

Solutii constructive de suspensii care folosesc ca element elasticbara de torsiune

Suspensiile cu bare de rasucire s-au impus în constructia autovehiculelor prinfaptul ca ofera o serie de avantaje, în comparatie cu solutiile constructive cu arcuri lamelare si elicoidale, cum ar fi: durabilitate ridicata, greutate minima a maselor nesuspendate, distributie avantajoasa a sarcinilor pe cadru, lipsa frecarilor interne, cheltuieli minime de exploatare [2]. Totusi, comparativ cu arcurile în foi si cu arcurile elicoidale, arcurile bara de rasucire au un proces tehnologic de executie mai foarte riguros si ridica probleme la dispunerea pe autovehicul deoarece pentru obtinerea cerintelor de confort necesita lungimi mari de lucru. Avantajele acestor elemente elastice, simplitatea functionala si constructiva, le-au impus atât în constructia suspensiilor autoturismelor cât si a autovehiculelor militare grele, autocamioane, transportoare blindate si tancuri.

Proiectarea clasica a elementelor elasticeale suspensiei autovehiculelor

Surse ale vibratiilor autovehiculului. Influenta socurilor si vibratiilorasupra organismului uman

Principala sursa exterioara de socuri si vibratii o reprezinta actiuneaneregularitatilor suprafetei de rulare asupra autovehiculului. Aceasta actiune poate fi modelata printr-un proces aleator, ale carui componente reprezinta deplasarile impuse rotilor în punctele de contact cu suprafata de rulare. Modelul ales trebuie sa descrie cât mai exact regimul de vibratii al automobilului, dar, în acelasi timp, trebuie sa fie în acord cu posibilitatile existente de obtinere si prelucrare a datelor experimentale.

Criterii de apreciere a calitatii suspensiei autovehiculelor

Pâna în prezent nu exista un criteriu unic, general acceptat, care sa permita oapreciere obiectiva asupra confortabilitatii autovehiculului. Din acest motiv se practica utilizarea concluziilor rezultate în urma analizei raspunsului subiectiv al omului la oscilatiile periodice, combinate cu determinari experimentale ale parametrilor vibratiilor autovehiculului în anumite puncte caracteristice. Principalele criterii de confort utilizate sunt:- criteriul parametrilor cinematici ai vibratiilor;- criteriul energiei cinetice specifice;- criteriul stabilit prin norma VDI2057.

Concluzii

Desi, aparent, în alcatuirea automobilului se regasesc aceleasi elementefundamentale ca la începuturile acestuia, în fapt, în structura acestui mijloc de

„locomotie” s-au produs mutatii esentiale. Ele au fost promovate de constructori din necesitatea impusa de reglementarile ecologice si de siguranta a circulatiei, dar si de dorinta utilizatorilor de a dispune de un vehicul comod, usor de manevrat, silentios, economic si fiabil. Aparitia în structura autovehiculelor a unor ansambluri complexe, atât din punct de vedere constructiv cât si functional, a fost determinata de dezvoltarea tehnicii si tehnologiei din domeniul automaticii si electronicii, ramuri care s-au impus si în constructia automobilelor datorita comoditatii si rigorii cu care se pot obtine si mentine în timp valori ale parametrilor functionali. Dezvoltarea fara precedent a electronicii si sistemelor de calcul electronic si-au pus de asemenea amprenta si asupra modului de calcul al structurilor mecanice, aducând schimbari majore în acest domeniu.Calculul clasic al structurilor mecanice, care face obiectul unei vaste literaturi despecialitate, este orientat în mod vadit spre o mare varietate de procedee particulare de calcul, specifice diferitelor probleme tratate sau unor anumite tipuri de structuri.Stabilirea acestor metode de calcul porneste de obicei de la unele particularitati ale categoriilor de structuri pentru care se aplica, fiind utilizate dupa necesitate elemente teoretice deseori disparate, iar uneori chiar elemente intuitive, bazate fie pe experienta proiectantului fie din similitudinea cu structurile deja existente.Cerintele privind obtinerea unor viteze de deplasare tot mai mari, au condusimplicit si la perfectionarea caracteristicilor functionale ale suspensiei astfel încât sa realizeze o mai buna atenuare si amortizare a socurilor si vibratiilor precum si o stabilitate si manevrabilitate mult mai ridicata pentru autovehicul. Procesul de rulare al autovehiculului, interactiunea acestuia cu solul, este unul complex si foarte greu de luat în calcul prin metode clasice în vederea studierii diferitelor situatii ce pot aparea în functionarea sistemului suspensiei (cu toate ca aparatul matematic care sa permita modelarea este unul foarte bine dezvoltat, totusi, calculele sunt foarte laborioase iar procedura trebuie repetata pentru diferite situatii, lucru care face ca acest procedeu sa fie total neeconomic).Pe de alta parte, pentru varianta clasica de proiectare, neeconomica din punct devedere al factorului „timp” se poate dovedi si modificarea partiala sau totala a solutiei constructive a sistemului suspensiei – fie datorita faptului ca cea obtinuta nu a raspuns cerintelor impuse, fie ca se doreste un studiu comparativ al diferitelor solutii posibile.Acesta este motivul pentru care la proiectarea clasica se au foarte mult în vederesolutiile constructive deja existente, pentru schimbarea totala – adoptarea unor noi solutii constructive – aplicându-se politica „pasilor marunti”, procedeu prin care treptat se fac modificari care sunt apoi verificate în exploatare. Acest tip de abordare se poate dovedi, în conditiile economice actuale, total inoportun, de cele mai multe ori putând conduce la solutii constructive care sunt deja „învechite moral” sau la pierderea potentialei piete (performantele scazute duc implicit la pierderea clientilor si la rezultate economice slabe pentru fabricant). Simultan, solutiile constructive învechite conduc la cheltuieli de exploatare mult mai mari – consumuri crescute de combustibil, o mai mare uzura prin oboseala a componentelor datorita trepidatiilor, slabirea capacitatii de efort fizic si psihic pentru personalul transportat, imposibilitatea obtinerii unor viteze de transport ridicate, etc. – aspecte care se pot dovedi, înca odata în plus, mari consumatoare de resurse, fie ele financiare, materiale sau chiar umane.Complexitatea structurala si functionala a elementelor ce intra în compunereasuspensiei autovehiculelor, precum si multitudinea de interdependente dintrecaracteristicile acestora, depasesc de cele mai multe ori capacitatea proiectantului de a face modificarile cerute de obtinerea unor performante optime pentru sistemul proiectat. În acest context, tinând seama de influentele negative ce le au metodele clasice de proiectare asupra modelarii si obtinerii unor performante superioare pentru suspensie, apare evidenta necesitatea utilizarii unor metode moderne de calcul si proiectare asistata de calculator, cu

ajutorul carora se pot reprezenta mult mai fidel fenomenele reale ce apar în timpul functionarii.

Metode moderne de calculsi proiectare pentru

suspensiile autovehiculelor

Consideratii privind modelarea numerica a structurilor

Metodele exacte se folosesc la calculul structurilor în anumite cazuri particularede actiuni si geometrie a structurii, numarul problemelor care pot fi rezolvate cumetode analitice exacte fiind însa redus, aceste probleme având un caracter mai mult teoretic, exemplificativ. Dezvoltarile teoretice de data mai recenta au permis extinderea metodelor clasice ale mecanicii structurilor, care opereaza pe modele continue, la rezolvarea unor probleme definite pe modele discrete si/sau continue cu singularitati, dar este vorba în fapt de o tratare formal continua a domeniilor discrete.Cele mei utilizate metode aproximative care s-au dezvoltat si se folosesc înanaliza structurilor mecanice sunt:o metoda diferentelor finite;o metoda elementelor de frontierao metoda elementelor finite.

Metoda elementelor de frontiera

Analizând cele doua metode prezentate în capitolele anterioare se poateconcluziona ca:metoda diferentelor finite, care este si cea mai veche, prezinta dezavantajul ca necesita cunoasterea ecuatia diferentiale care guverneaza fenomenul ce urmeaza a fi modelat;programul de calcul ce implementeaza metoda diferentelor finite depinde de tipul ecuatiei diferentiale, adica are o aplicabilitate ridicata;datorita volumului de date relativ mare, metoda diferentelor finite nu se utilizeaza pentru structuri complexe ci numai pentru clase de probleme relativ simple;un mare neajuns la metodei elementelor de frontiera este legat de faptul ca trebuie cunoscuta solutia fundamentala a tipului de problema pentru care se aplica.Toate aceste inconveniente ale celor doua metode de calcul prezentate anterior lefac în general greu aplicabile în cazul analizei structurilor complexe si le îngradesc domeniul de aplicare. Metoda elementelor finite, care va fi prezentata în continuare, sia câstigat un loc important în analiza structurilor (mecanice si nu numai) prin caracterul de generalitate, prin

supletea metodelor de calcul, prin libertatea de a face discretizare cu geometrie variabila, prin posibilitatea de a folosi oricâte tipuri de elemente finite.

Fundamentele metodei elementelor finite

Metoda elementelor finite reprezinta în momentul de fata cel mai eficientinstrument pentru calculul structurilor ingineresti, indiferent de forma si de material.Aplicarea ei în practica nu se poate realiza, însa, decât cu suportul calculatoarelor electronice si a programelor specializate [16].La baza dezvoltarii actuale a metodei elementelor finite stau, pe de-o parte faptul ca permite abordarea unei game largi de probleme din domeniul mecanicii mediilor deformabile, a fizicii mediilor continue si teoriei câmpurilor, iar pe de alta parte nivelul tot mai ridicat al tehnicii de calcul care ofera posibilitatea efectuarii unui volum tot mai mare de calcule precum si obtinerea unui nivel de precizie marit pentru acestea.Metoda elementelor finite cunoaste în prezent urmatoarele procedee deformulare a ecuatiei fundamentale:a) formularea directa, pe baza formularii matriceale a metodei deplasarilor (esteaplicabila numai în cazul unor probleme relativ simple, dar permite o întelegere usoara a metodei);b) formularea variationala, constând în minimizarea energiei potentiale dedeformatie a solidului elastic, în baza principiului valorii stationare a energieipotentiale (metoda permite abordarea atât a unor probleme simple, cât si a celor mai complexe, utilizarea unor elemente finite sofisticate etc.);c) formularea reziduala, care înlocuieste minimizarea energiei potentiale cuminimizarea reziduului (procedeul consta în gasirea proprietatilor elementului finit, în întregime pe baze matematice, existând avantajul ca nu necesita definirea unei functionale, care uneori poate sa nu existe sau sa fie greu de gasit);d) formularea pe baza bilantului energetic, care, pornind de la prima lege atermodinamicii, permite abordarea problemelor liniare si neliniare ce caracterizeaza fenomenele din mecanica mediilor continue, ale câmpurilor termice si electromagnetice, dezvoltând considerabil gama de probleme ce pot fi investigate cu metoda elementelor finite (consta în exprimarea bilantului energetic al sistemului).Fara îndoiala, metoda elementelor finite este la ora actuala cel mai puternicinstrument de investigare a multor probleme, dintre cele mai complexe, din domenii foarte variate. La aplicarea metodei elementelor finite se fac urmatoarele ipoteze principale 18:o elementele finite sunt conectate numai în noduri;o toate fortele sunt concentrate si aplicate numai în noduri;o deplasarile si deformatiile în orice punct al unui element finit se exprima în mod unic, în functie de deplasarile nodurilor;o tensiunile în interiorul oricarui element finit se exprima prin intermediuldeformatiilor, în functie de deplasarile nodurilor.