بخشی از مقاله
چكيده
در مقاله حاضر، هدف تجزيه و تحليل استاتيكي و ديناميكي سازه شاسي يك خودرو سنگين تحت بارهاي استاتيكي و ديناميكي ميباشد. يك خودرو از دو بخش بدنه و شاسي تشكيل شده است. سازه شاسي - يا فريم شاسي - فونداسيوني است كه اجزاء مختلف خودرو روي آن سوار شده و تركيبي از المانهاي طولي و عرضي ميباشد. در اين تحقيق ابتدا مدل سهبعدي از سازه شاسي خودرو سنگين به روش عددي مدلسازي ميشود. سپس بارهاي وارده به سازه شاسي اعم از استاتيكي و ديناميكي كه شامل وزن اجزاء شاسي و ناهمواريهاي جادهاي ميباشند مشخص شده و مدل تحت شرايط مرزي مشخص و تحت تاثير بارهاي فوق قرار ميگيرد. نتايج بدست آمده نشان ميدهند كه در جاده خراب بر اساس استاندارد ايزو ٨٦٠٨ شاسي متحمل تنش هاي بزرگ خطرناكي شده كه مكان آن نزديك محور چرخ هاي عقب مي باشد.
١- مقدمه
شاسي به عنوان يك اسكلت فلزي وظيفهي حمل و نگهداري كليهي اجزاء خودرو را بر عهده دارد كه معمولاً از فولاد سخت ساخته مى شود. بر روى اين فولاد سخت بخش هايى مانند بدنه، موتور، سيستم انتقال قدرت، محور، چرخ ها، سيستم تعليق، سيستم هاي كنترل مانند ترمز، فرمان و .... نصب مى شوند و تحت اثر نيروهاي استاتيكي ناشي از وزن اين اجزاء قرار ميگيرد. زماني كه خودرو در طول جاده حركت مي كند، فريم شاسي تحت تاثير نيروهاي ديناميكي ناهمواري هاي جاده، ترمزگيري، دور زدن و ... قرار گرفته و تحت اثر اين تحريكات ديناميكي مختلف، شروع به ارتعاش مي كند. اگر هركدام از اين فركانسهاي تحريك منطبق با فركانس هاي طبيعي شاسي خودرو شود، پديده رزونانس اتفاق مي افتد و شاسي متحمل نوسانات بزرگ خطرناكي مي شود كه ممكن است منجر به خم شدن بيش از اندازه و شكست ميشود. براي حل اين مشكلات، مطالعه بر روي مشخصه هاي استاتيكي و ديناميكي شاسي خودرو سنگين ضروري مي باشد.
٢- پيشينه تحقيق
حسيني و همكارش ]١[ در سال ٢٠١١ تحليل ديناميكي روي شاسي اصلاح شده يك كاميون را انجام دادند. آنها با مدل سازي شاسي يك كاميون ٦ تن و با در نظر گرفتن اثر اتصالات پيچ و پرچ به بررسي تحليل مودال - پيدا كردن شكل هاي مود و فركانس هاي طبيعي با اعمال شرط مرزي آزاد-آزاد - با روش عددي اجزاء محدود پرداختند. نتايج تحليل آنها نشان داد كه در مودهاي اول، دوم و ششم با فركانس هاي طبيعي كمتر از ٤٠ هرتز، ارتعاشات شامل پيچش و خمش افقي ميباشد كه ارتعاش خمش موضعي در محل نصب گيربكس اتفاق مي افتد. همچنين چون وزن فريم شاسي به دليل نصب قطعات بر روي آن افزايش مي يابد و باعث ميشود كه فركانس هاي طبيعي آن از محدوده اصلي خود خارج شوند، مي توان با كاهش طول شاسي سفتي آن را افزايش داد.
كاشيزاده و همكارانش ]٢[ در سال ٢٠١٣ به بررسي اثر سرعت حركت خودرو بر روي ناهمواريهاي جادهاي شبيهسازي شده پرداختند. بدين منظور كه در سرعتهاي بالا امكان پرش از روي برخي از نقاط دستانداز در جاده وجود دارد، لذا اعمال همان ناهمواري جادهاي به خودرو تحت تاثير سرعت حركت خودرو خواهد بود. بنابراين در اين تحقيق از سه سطح سرعت حركت خودرو ٣٤، ٧٠ و ١٠٠ كيلومتر بر ساعت استفاده شده است. همچنين بررسي اثر ناهمواريهاي جادهاي بر روي مولفههاي خودرو مورد بررسي قرار گرفته است. در نهايت دريافتند كه سرعتهاي زياد و كم خودرو اثر يكساني روي ناهمواري جاده در شرايط جادهاي عالي دارند و در شرايط جادهاي ضعيف تاثير سرعت زياد بيشتر از سرعت كم ميباشد.
زهساز و همكاران ]٣[ در سال ٢٠١٤ به تعيين عمر خستگي شاسي يك خودرو نيمه سنگين تحت بارهاي ديناميكي ناشي از ناهمواري هاي جاده، ترمز كردن و دور زدن پرداختند. هدف از مطالعه آنها ارائه راهكاري بر مبناي روش عددي اجزاء محدود براي تخمين عمر خستگي در طراحي شاسي يك خودرو نيمهسنگين، محاسبه فركانس هاي طبيعي و شكلهاي مود و مقايسه آنها با تحليل تجربي مدل و ارائه روشي براي شبيه سازي ناهمواري جاده در حوزه زمان بر اساس شاخص مرجع بين المللي ١بود. آنها با در نظر گرفتن شرايط جاده - داشتن چاله و دست انداز - و شرايط بارگذاري - ترمزگيري و دور زدن - ، ثابت كردند كه روش عددي داراي دقت و اطمينان كافي مي باشد. همچنين به اين نتيجه رسيدند كه شاسي خودرو نيمه سنگين هنگام حركت روي دست اندازها، تحت بارهاي خمشي و پيچشي قرار مي گيرد و حالت بحراني زماني اتفاق مي افتد كه يك چرخ جلو و يك چرخ عقب از سمت مخالف يا يكي از آنها از روي دست انداز عبور كنند.
نوين آلا و همكاران ]٤[ در سال ٢٠١٦ به تحليل استاتيكي شاسي يك خودرو سنگين با عضوهاي عرضي متفاوت و ساخته شده از مواد مختلف پرداختند. نتايج بررسي آنها نشان داد كه عضو عرضي I شكل از جنس فولاد پراستحكام در شرايط بارگذاري استاتيكي يكسان، داراي وزن كمتري در حدود ٥/١ الي ٢ درصد، فركانس طبيعي بيشتري در حدود ٣٢ الي ٥٤ درصد و سفتي بيشتري در حدود ٨ الي ١٠ درصد نسبت به فولاد معمولي است و بنابراين سبك تر و از لحاظ اقتصادي بصرفه تر مي باشد.
٣- مدلسازي شاسي و سيستم تعليق
شاسي خودرو سنگين مدل مرسدس بنز آكتروس از جنس فولاد ASTM A710 ميباشد كه مشخصات آن در جداول زير آورده شده است.
جدول ١: جنس شاسي خودرو سنگين
جدول ٢: مشخصات شاسي خودرو سنگين
براي مدل سازي شاسي از نرم افزار كتيا٣استفاده شده كه در آن عضوهاي عرضي توسط اتصالات جوش به عضوهاي طولي شاسي متصل شدهاند كه ابعاد عضوهاي بكار رفته در مدلسازي و شكل مونتاژ شده نهايي زير نشان داده شده است.
