Технические науки/ 4. Транспорт

К.т.н. Ломидзе А.Н., К.т.н. Пурцхванидзе Г.Н., К.т.н. Чоговадзе Дж. Т.

Государственный Университет им. Акакия Церетели, г. Кутаиси, Грузия

исследование столкновения автомобиля на

жестком неподвижном препятствие

Одним из важнейших вопросов для экспертизы дорожно - транспортых пройсшествий является исследование процесса столкновения автомобиля на жестком неподвижном препятствие.

В существующих работах в этом направлении, при столкновении автомобиль рассматривается как тонкостенная цилиндрическая оболочка, изготовленная из однородного материала постоянного сечения, равномерно распределенными массами по всей длине [1, 2]. В самом деле, при таком допущении значительно упрощается решение задачи, однако при этом на основе теоретических исследований не может быть определены деформации и параметры движения автомобиля с достаточной точностью.

По мнению авторов данной работы в виде тонкостенной цилиндрической оболочки лучше рассматривать не автомобиль в целом, а только ее кузова, включая прикрепленные на нее сравнительно мелкие детали (относительно незначительными массами). Такие тяжелые единицы, как двигатель (с коробкой передач), передний и задний мосты, достаточно тяжелый груз в багажнике, водитель и пассажиры (застегнутими ремнями безопасности) и т.д. с целью повышения точности целесообразно рассматривать, как отдельные абсолютно твердые тела, жестко прикрепленные на деформируемое оболочке.

В качестве примера, на рисунке представлена расчетная схема столкновения автомобиля на жестком препятствие, в которой в виде отдельных массивных узлов (тяжелых тел) учтены двигатель (с коробкой передач) 1, передний 2 и задний 3 моста (рис. 1).

Наша цель заключается в определении влияния величины масс этих единиц и их места расположений на продолжительность столкновения, длину разрушенной части, скорость, замедление перемещения неповрежденной части оболочки в любое время столкновения.

Рис.1

Массы двигателя автомобиля, переднего и заднего мостов обозначим, соответственно - через m₁, m₂ и m₃, а их расстояний с переднего края автомобиля соответственно - через l₁, l₂ и l₃. Здесь подразумивается минимальные расстояния до передных (относительно жесткких) краев узлов.

По расчетной схеме, при ударе на жестком препятствие, деформацию испытывает тонкостенная цилиндрическая оболочка. Он принимает на себя силы инерции всех движущихся масс (подвижной части оболочки). В начальный момент столкновения движущейся частью является автомобиль в целом, в том числе груз и пассажиры. В результате разрушения оболочки постепенного уменьшается масса движущейся части. Если перед столкновения скорость автомобиля будет достаточно большой, то на неподвижное препятствие будет ударяться и двигатель, который остановится мгновенно (как и разрушенная часть оболочки). Снижение массы движущейся части оболочки в этот момент происходит скачкообразно. Но, за этого момента опять же, происходит постепенное уменьшение массы подвижной части оболочки за счет ее разрушения до момента удара последуюшего тяжелого тела на неподвижное препятствие. Процесс продолжается до тех пор, пока скорость передвижения не становится равной нулю.

С целью повышения точности длину автомобиля (в нашем случае, оболочки), делим по участкам (интервалам) длинами l₁, l₂, l₃ и L_а- l₃, огражденными передними и задними краями автомобиля и передними краями тел, с массами m₁, m₂ и m₃. Деформации на этих интервалах рассматриваем отдельно, а потом складываем.

В работе принимается традиционные предположения в этой области [1].

При разрушении цилиндрической оболочки на нее со стороны жесткого неподвижного препятствия в зоне контакта действует сила F_к, которая для цилиндрической оболочки постоянной толщиной d и постоянним R радиусом по всей длине, можно рассматривать как постоянную и получить равной силе соответствующей пределу текучести , или равной критической силе потери устойчивости , в случае, когда F_кр<F_тек. Здесь E и s_тек – соответственно модуль упругости (Юнга) и предел текучести материала оболочки.

Согласно закона сохранения количества движения для оболочки постоянной погонной массы справедливо дифференциальное уравнение [1]

, или

В этом уравнении после отделения переменных и интегрирования с учетом начального условия x(0)=0 определяется длина разрушенной части оболочки для любого времени t формулой [1]

(1)

После перехода на безразмерное перемещение получим [1]:

, где (2)

Иногда наоборот, по известной длине x разрушенной части оболочки необходимо определить время от начала разрушения t. В этом случае, следует использовать формулу

(3)

Если будем считать, что процесс разрушения прекращается в тот момент, когда скорость движущейся части оболочки станет равным нулю. Тогда мы получим

(4)

Скорость движущейся части оболочки относительно препятствия для любого времени, равна:

(5)

С учетом обозначений и , получим

Замедление получается как произведение выражения скорости

. (6)

или (7)

Произведение выражения (6) дает скорость замедления

. (8)

или (9)

В нашем случае, прежде чем начать расчеты, на каждом интервале мы должны знать масса движушейся части, продолжительность времени, перемещение и скорость на предыдущих интервалах. Поэтому расчеты начинаем с переднего участка (0<x<l₁ интервал).

В процессе столкновения в соответствии с перемещением изменяется масса движущейся части оболочки (автомобиля). Ее значение по интервалам равны

(10)

где x длина разрушенной части оболочки;

q_екв - эквивалентная погонная масса оболочки, которая учитывает, насколько кг уменьшается вес движущейся части в результата разрушения 1 м оболочки.

, или (11)

Ниже приведены некоторые результаты исследования столкновения, в частности диаграммы перемещения x, скорости движения u (рис. 2) и замедления a (рис. 3) автомобиля в зависимости от времени t, для следующих значений параметров: u₀=50 км/ч; M_а=1200 кг; m₃ =150 кг; L_а=5 м; l₁=0,2 м; l₂=0,4 м; l₃=3,8 м; d = 0,0005 м; размеры капота b=1,32 м; h=0,8 м. Диаграммы здесь построены для трех различных значений массы m₁ и m₂: Сплошная линия соответствуют m₁=0 кг и m₂=0 кг; штриховая линия - m₁=200 кг и m₂ = 150 кг; штрихпунктирная - m₁=400 кг и m₂ = 300 кг.

Проведенные исследования показалы, что когда расстояния от переднего края автомобиля до особенно тяжелых узлов больше, чем суммарная деформация столкновения, тогда замедление автомобиля происходит плавно сравнительно низким и постоянным ускорением. Если расстояние от переднего края автомобиля до некоторого тяжелого узла меньше, чем суммарная деформация, то, до тех пор, пока x<l₁, замедление низко, а потом увеличивается скачкообразно. При этом тем больше скачок, чем больше масса m₁ или m_i. Следовательно, с точки зрения замедления в конструкции автомобиля желательно, чтобы расстояния от переднего края автомобиля до особенно тяжелых узлов были больше, чем суммарная деформация при столкновений, хотя бы при ограниченных максимально допустимых скоростьях движения в населенных пунктах.

Рис. 2 рис. 3

Литература

1. Иванов В.Н., Лялин В.А. Пассивная безопасность автомобиля. Москва: Транспорт, 1979. - 304 c.

2. Иларионов В.А. Экспертиза дорожно-транспортных проишествий. Москва: Транспорт, 1989. - 255 c.