بخشی از مقاله
چکیده
چارچوب - شاسی - یکی از مهمترین قسمت ها در وسایل نقلیه سبک و سنگین می باشد که علا وه بر حفظ و نگهداري اجزاي مختلف، نقش تعیین کننده اي در وضعیت پایداري وسیله نقلیه دارد. در مطالعه حاضر هدف تحلیل استاتیکی و دینامیکی چارچوب هاي نردبانی می باشد. براي مدلسازي و تحلیل از نرم افزارهاي اجزاء محدود ANSYS و ABAQUS استفاده شده است. در تحلیل استاتیکی اثرات بارهاي وارد بر چارچوب ناشی از وزن خودرو و سرنشینان و در تحلیل دینامیکی اثر نیروهاي حاصل از شتاب گیري، ترمز گیري و ناهمواري جاده در نظر گرفته شده است. در پایان تغییر شکل ها و تنش هاي ایجاد شده ناشی از بارهاي استاتیکی و دینامیکی مورد بررسی قرار گرفته است .
واژه هاي کلیدي: چارچوب نردبانی - شاسی - ، نرم افزارهاي اجزاء محدود، تحلیل استاتیکی، تحلیل دینامیکی.
۱- مقدمه
چارچوب - شاسی - خودرو علاوه بر وظیفه اصلی خود که چارچوبی براي نگهداري اجزا، سیستم تعلیق و سیستم انتقال قدرت میباشد، براي بهبود وضعیت پایداري خودرو نیز استفاده می شود. جهت بررسی رفتار شاسی تحلیلهاي استاتیکی - ناشی از بارگذاريهاي برشی، خمشی، پیچشی و ... - و دینامیکی - تاثیرات بار گذاري ضربه اي، ناهمواري جاده، شتابگیري و ... - در نظر گرفته می شود. با توجه به فیزیک مساله و نوع بارگذاري و عدم امکان استفاده از روشهاي تحلیلی در مطالعات، نرم افزارهاي اجزاء محدود جایگاه ویژه-اي در تحلیل مسایل پیدا کردهاند. در نگاهی اجمالی به تحقیقاتی که در گذشته پیرامون این مسائل انجام گرفته است می پردازیم. مارتگ لیمتد و پروست کار 1 به صورت عملی به مطالعه اتوبوس شهري پرداختند. ایشان به کمک ﺗﻘﻮﯾﺖ سازه در نقاط ضعیف و حذف حذف اجزاي زائد آن امکان کاهش وزن اتوبوس داخل شهري را براي مرکز توسعه حمل و نقل کشور کانادا انجام داده اند .[1]
بالاسا و همکارانش2 توسط نرم افزار ANSYS سازه یک اتوبوس را مورد مطالعه قرار دادند و جهت بررسی وﺿﻌﯿﺖ تنشها ، تحلیل استاتیکی ،آنالیز مو دال و تحلیل دینامیکی را بر روي آن انجام دادند .[2] تحلیل استاتیکی و دینامیکی شاسی نردبانی مینی بوس ﻫﯿﺒﺮﯾﺪي توسط شنگلی انجام شده است .[3] بررسی تنش هاي دینامیکی برروي سازه یک اتوبوس توسط کیم و همکارانش 3 براي شرکت هیونداي موتور به انجام رسیده است .[4] واسکنسلس و همکارانش4 تجهیزات مربوط به اگزوز یک کامیون را مورد تحلیل دینامیکی گذرا قرار داده اند .[ 5 ] یوهانس و همکارانش5 سازه خودرو هاي سنگین و روش شبیه سازي دینامیکی خودرو، اجزاي خودرو و بار وارده بر آن را مورد بررسی قرار داده اند .[6]در مطالعه حاضر شاسی خودروي مینی بوس هیونداي کروز مورد بررسی قرار گرفته است. فرض شده است که شاسی تحت بارهاي استاتیکی و دینامیکی قرار دارد و براي مدل سازي و تحلیل از نرم افزارهاي ABAQUS و ANSYS استفاده شده است. نهایتا، تاثیر بارگذاري هاي فرض شده روي تنشها و تغییر شکلها بررسی شده است.
۲- مدل سازي
براي مدل سازي شاسی اطلاعات مربوطه از واحد فنی کارخانهي سازنده گرفته شده است. مینی بوس مذکور براي - 1+17 - نفر سر-نشین با جرم کل 5500 کیلوگرم در نظر گرفته شده است. شاسی از نوع نردبانی بوده و ابعاد، جنس و هندسه شاسی از کارخانهي سازنده اتخاذ شده است. در ابتدا، مدل مورد نظر با نرم افزار ABAQUS مدلسازي شده است. براي مش بندي مدل ایجاد شده، از المان
C3D8R: An 8-node linear brick, reduced integration, hourglass control استفاده شده است. تعداد المانهاي در نظر گر فته شده حدود 20000 المان میباشد. به منظور تحلیلهاي استاتیکی و دینامیکی بارگذاري هاي مربوطه به طور جدا گانه اعمال می شوند .
۳- آنالیز استاتیکی
پس از مدل سازي و اعمال بارهاي گسترده روي شاسی، شرایط مرزي در نظر گرفته شده اعمال شده است. در شکلهاي - 1 - ، - 2 - و - 3 - به ترتیب توزیع تنش، تغییر شکل شاسی پس از بارگذاري و برایند تغییر مکان نقاط مختلف را نشان میدهد : با توجه به نمودارها، ملاحظه میشود که در نقاط محدودي مقادیر تنش ایجاد شده بیش از مقادیر متوسط میباشد. همچنین تغییر شکلها در قسمت انتهاي شاسی بیشتر است. بنابراین بهتر است که اجزاء نصب شده روي شاسی در نقاطی باشند که تغییر شکلها کمتر است.
۴- آنالیز دینامیکی
وضعیت بارگذاري خودرو هنگام حرکت در جاده دست خوش تغییرات دیگري ناشی از عمل شتاب گیري، ترمز گیري و نا همواري جاده میشود، که رفتار خودرو را از حالت استاتیکی متمایز میسازد. دراین حالت نیروهاي اینرسی نقش مهمی را در میزان تنش و تغییر شکل ایجاد شده ایفا میکنند. در این قسمت رفتار شاسی تحت سه نوع بارگذاري در نظر گرفته شده است. الف - عمل شتاب گیري: هنگام حرکت خودرو با شتاب ax ، نیروي اینرسی در خلاف جهت حرکت اتومبیل بر مرکز ثقل آن اثر می-کند و سعی در بلند کردن قسمت جلوي خودرو را دارد. در نتیجه عکس العمل چرخ هاي جلو به اندازه ي w کاهش و عکس العمل چرخ هاي عقب به همان اندازه افزایش میگردد. بنابراین انتقال بار از چرخ جلو به چرخ عقب باعث ایجاد کوپل میگردد. در شتاب گیري با حداکثر توان موتور و با سرعت 90 کیلومتر بر ساعت، جهت محاسبه شتاب ماکزیمم در شرایطی که حداکثر گشتاور موتور - kg.m / rpm - 29/200 حداکثر توان موتور - 115/3400 - hp / rpm باشد میزان ax از رابطه زیر محاسبه میشود که مقدار تعیین شده براي شتاب عبارت است از - 0/625 - m / s2 و میزان نیروي جلو برنده چرخ ها - - Fx برابر با 3/44 کیلو نیوتن بدست خواهد آمد. لذا نتایج حاصل از این تحلیل به شرح زیر است:
