9.3. Расчет кузова

Нагрузочные режимы и расчет кузова значительно сложнее, так как несущий кузов, представляет собой сложную оболочковую конструкцию с различными проемами и стойками. До недавнего времени основным методом оценки прочности кузова легкового автомобиля и автобуса считались стендовые и дорожные испыта­ния на изгиб и кручение с тензометрированием напряжений во множестве точек.

Деформации и напряжения, действующие в несущем кузове, можно определять различными аналитическими методами:

1. приближенным – методом потенциальной энергии, используе­мым при сравнительных расчетах на начальной стадии проекти­рования кузова;

2. точным – методом, основанным на теории тонкостенных стерж­ней, применяемым обычно после завершения проектирования кузова;

3. методом конечных элементов, представляющим практически неограниченные возможности для анализа напряжений и дефор­маций (вибраций) в кузове, но требующим применения ЭВМ.

Разработаны методы приближенного расчета деформаций или повреждений кузова от удара при аварии (спереди, сзади, сбоку или сверху).

Метод конечных элементов заключается в том, что реальная конструкция заменяется структурной моделью, состоящей из про­стейших элементов, таких как стержни, пластины и т.п. с извест­ными упругими свойствами. Расчет осуществляется в несколько этапов. Сначала конструкцию разбивают на простые элементы. Например, выделяют половину кузова по плоскости симметрии и разбивают ее на 200 ÷ 500 элементов.

Затем определяют координаты узловых точек. На рисунке в качестве примера пока­зана модель с пятью узловыми точками 1^' - 5^' и семью стержнями (элементами) 1 – 7.

После этого выполняют расчет на ЭВМ по специально разработанной программе, задавая внешние нагрузки и определяя напряжения в каждом элементе. Обычно структурная модель кузова рассматривается без учета различных мелких эле­ментов (отверстий, гофр, сварки и др.), которые могут оказать заметное влияние на напряженное состояние кузова.

Поэтому основным методом оценки прочности кузова являются стендовые или дорожные испытания кузова на изгиб и кручение.

Прочность кузова оценивают по пределу текучести материала .

При одностороннем растяжении или сжатии допускаемые напря­жения определяют по формуле:

, (9.13)

где –коэффициент безопасности, учитывающий местные концентраторы напряжений, технологические отступле­ния, нестабильность механических свойств и др.

Для получения необходимой прочности кузова при изгибе должны выпол­няться следующие условия:

, (9.14)

или

. (9.15)

При кручении должно выполняться условие:

. (9.16)

При сложном напряженном состоянии:

. (9.17)