Многие компании используют ANSYS, чтобы снизить вероятность летального исхода или получения травмы при различных типах аварий. Примерами таких аварий, которых касается данная статья, являются опрокидывание транспортного средства и удар автомобиля в заднюю часть прицепа. Эффективный способ сведения к минимуму угрозы жизни водителям и пассажирам в случае аварии – поглощение конструкцией достаточного количества энергии путем пластической деформации.

Для уменьшения травматизма среди операторов машин многие транспортные средства оборудуют системами защиты при опрокидывании (ROPS – Roll Over Protection Systems). На рисунке 1 представлен ковшовый мини-погрузчик Bobcat, оборудованный такой системой, которая представляет собой решетчатую конструкцию, окружающую кабину водителя.

Производители техники для земляных и сельскохозяйственных работ проектируют данную защиту в соответствии со стандартами ISO 3471 и SAE J2194, соответственно. Эти стандарты требуют проведения испытаний на прочность при последовательных нагрузках в боковом, вертикальном и продольном направлениях для проверки того, что конструкция способна поглощать достаточное количество энергии путем пластической деформации в каждом направлении нагрузки. Также в стандартах прописаны ограничения на деформации конструкции, которые не должны затрагивать отведенный для оператора машины объем (DLV – Deflection Limited Volume).

Использование физического моделирования позволяет с минимальными затратами спроектировать оптимальную конструкцию, удовлетворяющую требованиям прочности по количеству поглощаемой энергии и ограничениям по деформации. Стоит отметить, что такой тип расчета является довольно сложным, и многие программы для расчёта методом конечных элементов не способны точно посчитать количество поглощаемой при испытаниях энергии. Основными затруднениями являются необходимость использования нелинейной модели материала, подходящей для расчёта глубокого пластического деформирования, а также обеспечение быстрой и надежной сходимости расчёта в при решении высоконелинейной задачи с учётом контактного взаимодействия, больших перемещений и пластических деформаций. ANSYS Mechanical очень хорошо подходит для данного типа расчета.

Для поглощения энергии удара при наезде автомобиля сзади на прицеп грузовика используются специальные противоударные элементы. На рисунке 2 показан наезд автомобиля Chevrolet Malibu на такой барьер.

Одним из последних проектов компании DRD является расчёт таких противоударных элементов в ANSYS Mechanical для компании Wilson Trailer из города Sioux, штат Айова. В компании Wilson Trailer проводят испытания согласно протоколу 223 (Test Method 223), установленному Департаментом дорожной безопасности при Министерстве транспорта Канады (Transport Canada Motor Vehicle Safety). Согласно этому протоколу, конструкция подвергается нагружению в трёх точках, указанных на рисунке 3, до деформации в размере 5 дюймов, при этом каждый раз конструкция должна поглотить не менее 20000 Дж.

При проведении расчётов в ANSYS необходимо получать информацию о поглощенной энергии, численно равной закрашенной площади на рисунке 4, взятом из «Test Method 223».

Графический интерфейс ANSYS Workbench не имеет встроенного инструмента для расчета поглощенной энергии деформации, однако такой расчет можно легко выполнить с помощью добавления команд (объект Commands). На рисунке 5 показан перечень необходимых для расчета поглощенной энергии деформации команд и расположение объекта Commands в дереве модели.

Обратите внимание, что для удобства пользователей данный блок команд рассчитывает энергию деформации в двух единицах измерений: фунт силы на дюйм (lbf?in) и джоуль (при этом подразумевается, что расчёт производился в системе единиц US Customary). Значения сохраняются в параметрах, имена которых начинаются с “my_”. На рисунке 6 показано, что после выполнения команд ANSYS выводит названия всех параметров, начинающихся с “my_”, и их значения в свойствах объекта Commands.

Источник: ansys.soften.com.ua