Применение энергетических методов для снижения затрат при производстве автотехнической экспертизы
Автор: Ксенофонтова В.А., Кияшко Л.А.
Журнал: Международный журнал гуманитарных и естественных наук @intjournal
Рубрика: Технические науки
Статья в выпуске: 4-2 (67), 2022 года.
Бесплатный доступ
В статье рассматривается возможность применения энергетических методов для идентификации повреждений, которые получает транспортное средство в результате дорожно-транспортного происшествия (ДТП). Применение энергетических методов для создания моделей транспортных средств и их элементов упрощает и ускоряет проведение автотехнического исследования при расследовании ДТП. Рассмотрен пример расчёта энергии, затраченной на деформацию участка днища автомобиля, представленного с использованием кубических сплайн-функций.
Экспертиза, идентификация повреждений, энергетические методы, дорожно-транспортное происшествие
Короткий адрес: https://sciup.org/170193334
IDR: 170193334
Текст научной статьи Применение энергетических методов для снижения затрат при производстве автотехнической экспертизы
Этап реконструкции дорожнотранспортных происшествий является достаточно трудоемким и затратным при проведении автотехнической экспертизы. Для снижения трудоемкости и уменьшения финансовых затрат при проведении этой работы в настоящее время целесообразно использовать современные средства моделирования для решения задач реконструкции ДТП и идентификации исследуемых объектов.
В условиях непрерывного роста количества автотранспортных средств в России наблюдается увеличением числа ДТП, в т.ч. с тяжёлыми последствиями. Большая часть ДТП происходит по причине несоблюдения водителями скоростного режима. Изучение вопросов, связанных с реконструкцией обстоятельств ДТП, определением скорости движения транспортных средств, играет ключевую роль при расследовании ДТП, что в свою очередь является первоочередным при анализе аварийности на автомобильных дорогах.
Методы реконструкции ДТП, основанные на принципе эквивалентности количества кинетической энергии транспортных средств до происшествия и количества потенциальной энергии деформации и разрушения, оставшейся в поврежденном автомобиле и дорожных сооружениях, получили за последнее время значительное распространение под названием – энергетические методы [1]. Энергетические методы определения скорости транспортных средств до столкновения в результате ДТП основаны на детальном исследовании поврежденных транспортных средств с последующим вычислением эквивалента скорости, погашенной при деформации элементов конструкции транспортных средств, участвующих в ДТП.
Исследование большого количества повреждённых в результате ДТП легковых автомобилей показало, что энергия удара в основном поглощается пластичными элементами кузова, частично затрачивается на разрушение изделий из хрупких сплавов и материалов, пластмассы и стекла, а, как известно из теории пластичности, величина пластической деформации численно равна величине остаточной деформации.
В связи с этим, актуальным направлением являются разработки энергопоглощающих элементов конструкций из энергоемких материалов. Обоснование использования конкретного вида энергопоглощающих элементов для кузовов современных автомобилей осуществляется на основе их технологической и экономической эффективности, достигаемой моделированием процессов, происходящих внутри этих элементов. Данные исследования по- лучают широкое применение в расследовании обстоятельств ДТП и представляют собой инструментальную базу для объективного исследования механизма ДТП [2].
При проведении автотехнического исследования автомобилей с целью определения скорости транспортных средств по деформациям, полученным в результате ДТП, достоверность результата существенно зависит от качества осмотра и точности измерения повреждений. Определяя энергию, затраченную на деформацию таких элементов как лонжероны, балки, стойки кузова можно использовать метод смещённого объёма. В этом случае возникающие очаги пластической деформации легко идентифицировать.
Для проведения исследования был предоставлен автомобиль «Мицубиси Лансер» (рис. 1).

Рис. 1. Исследуемый поврежденный автомобиль «Мицубиси Лансер»
При анализе повреждений, возникающих в элементах конструкции, имеющих большую площадь, таких как днище, крыша, брызговики, капот, крылья и т.д., как правило, сложно определить очаг пластической деформации, что может повлиять на точность результатов вычислений (рис. 2).
В связи с этим целесообразно создание 3D-моделей деформированных элементов. На первом этапе проводится измерение с определённым шагом по сечениям деформированного участка, который сопоставляется с первоначальной конфигурацией.

Рис. 2. Деформированный участок днища автомобиля «Мицубиси Лансер»
Далее по результатам мируются массивы коорд верхностей: для не повреж ностей - F o ( x 0, y 0, z о ) и ных поверхностей Fk ( xk образом, перемещение точ деляться из выражения: w (x ) = x, - z„ . i \ i / k i 0 i Таблица 1. Массивы коо |
змерений фор- инат точек по- После этого полученный массив интер- дённых поверх- полируется сплайн-функциями. для повреждён- Для фрагмента, представленного на ри- \ _ сунке 2, массив FAxn, z n ) будет иметь yk , z k ) . Таким , oV 0, 07 следующие цифровые значения ( δ = 1 мм) ек будет опре- (табл. 1). (1) рдинат точек начального состояния поверхности |
||||||||||||||||||||
Точка |
a |
b |
c |
d |
e |
f |
k |
l |
m |
n |
n 1 |
n 2 |
o |
||||||||
x 0 |
0 |
20 |
30 |
95 |
101 |
121 |
121 |
245 |
315 |
410 |
415 |
420 |
430 |
||||||||
z 0 |
2 |
2 |
45 |
36 |
2 |
2 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
||||||||
Окончание таблицы 1. |
|||||||||||||||||||||
Точка |
p 1 |
p 2 |
p |
r |
s |
t |
u |
v |
w |
h |
j |
i |
|||||||||
x 0 |
440 |
445 |
450 |
545 |
615 |
740 |
740 |
760 |
765 |
830 |
835 |
855 |
|||||||||
z 0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
2 |
45 |
45 |
4 |
4 |
Измерение деформаций дают массив Fk ( xk, zk ) (табл. 2).
Таблица 2. Массивы координат точек конечного состояния деформированной поверхности
Точка |
a |
b |
c |
d |
e |
f |
k |
l |
m |
n |
n 1 |
n 2 |
o |
x k |
0 |
20 |
30 |
95 |
101 |
121 |
121 |
245 |
315 |
410 |
415 |
420 |
430 |
z k |
2 |
2 |
45 |
36 |
2 |
2 |
1 |
1 |
1 |
4 |
32 |
41 |
52 |
Окончание таблицы 2.
Точка |
p 1 |
p 2 |
p |
r |
s |
t |
u |
v |
w |
h |
j |
i |
x k |
440 |
445 |
450 |
545 |
615 |
740 |
740 |
760 |
765 |
830 |
835 |
855 |
z k |
41 |
32 |
4 |
1 |
1 |
1 |
2 |
2 |
45 |
45 |
4 |
4 |
Вычитая координаты z 0 , представленные в таблице 1, из координат конечного положения z k , представленные в таблице 2, получим массив перемещений w ( x ) (табл. 3).
Таблица 3. Массив перемещений точек деформированной поверхности
Точка |
a |
b |
c |
d |
e |
f |
k |
l |
m |
n |
n 1 |
n 2 |
o |
x |
0 |
20 |
30 |
95 |
101 |
121 |
121 |
245 |
315 |
410 |
415 |
420 |
430 |
w |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
3 |
21 |
40 |
51 |
Окончание таблицы 3.
Точка |
p 1 |
p |
r |
s |
t |
u |
v |
w |
h |
j |
i |
x |
440 |
450 |
545 |
615 |
740 |
740 |
760 |
765 |
830 |
835 |
855 |
w |
40 |
3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |

Рис. 3. Фрагмент деформированного участка переднего крыла, построенный с помощью сплайн-функций
Полученный массив w ( x ) интерполируем кубическими сплайн-функциями (полиномы третьего порядка), получая трёхмерную модель объекта (рис. 3). Представляем w ( x ) в виде:
w ( x ) = { a } + { в } x + { c } x 2 + { D } x 3, (2)
где { a } , { b } , { C } , { D } - столбцы из выражения (2).
Полученную функцию w ( x ) подставляем в выражения для компонентов тензоров напряжений и деформаций, в результате получаем:
£ x
= 1 [ ( { в } + 2 { C } x + 3 { D } x 1 ) 2 _ .
£
Для определения энергии, затраченной на пластическую деформацию x , вычисляем интеграл [3]:
Э д = Ш С £ dV + ^ С Ш ^E^ (£ )2 + 2G f d £ j — 1 d £ j ^ j ) d £ j dV — Л ^’ й dS , (4)
Э
где д
–
^,
энергия деформации; ij
–
тензор напряжений Кирхгофа;
С £ = £y + £” £y , £,”
s – предел текучести; ij ij ij – тензор деформаций Грина; ij ij – его упругая и u
–
пластическая части, действующие в упругой и пластических областях конструкции; i
R
перемещение; i – внешние силы; V – объем; S – поверхность исследуемого объекта до
^
деформации; , v , G - свойства материала; ij - символ Кроникера [3].
Таблица 4. Доля энергии по видам нагрузок, действующих на поврежденные элементы
Элемент кузова автомобиля «Мицубиси Лансер» |
Значение энергии деформации, Дж |
Доля энергии деформации, % |
||
Растяжение-сжатие |
Изгиб |
Кручение |
||
Капот |
7221,5 |
14,2 |
80,5 |
5,3 |
Передняя панель моторного отсека |
18976,3 |
28,3 |
61,5 |
10,2 |
Переднее правое крыло |
12346,9 |
15,3 |
76,9 |
7,8 |
Порог, стык крыла и двери |
42577,6 |
11,8 |
78,9 |
9,3 |
Заднее левое крыло |
31422,5 |
13,4 |
79,8 |
6,8 |
Передняя подвеска, тяга рулевого управления |
21878,6 |
22,4 |
63,1 |
14,5 |
Днище автомобиля |
42312,3 |
15,5 |
78,7 |
5,8 |
В результате исследования было выявлено, что наиболее рациональным улуч-
шает погрешности, возникающие при расчётах, упрощает и ускоряет проведение
шением конструкции является применение усиливающих проемов элементов. Увеличение толщины элементов является неэкономичным. Результаты анализа приводятся в таблице 4.
Как показали результаты расчетов, 6587% энергии расходуется на деформацию изгиба элементов, т.к. при изгибе деформация является наибольшей [3].
Применение математических средств делает возможным проведение точной идентификации геометрии сложных деформаций элементов автомобиля, умень-
автотехнического исследования.
Выводы:
-
1. Для идентификации повреждений целесообразно создание 3D-моделей деформированных элементов.
-
2. Использование программного обеспечения позволяет уменьшить трудоемкость расчетов.
-
3. Создание базы данных полного типажа транспортных средств и современных автомобильных материалов способствует снижению экономических затрат на проведение автотехнического исследования.
Список литературы Применение энергетических методов для снижения затрат при производстве автотехнической экспертизы
- Проблемы и перспективы энергетических методов реконструкции ДТП / Торлин В.Н., Ксенофонтова В.А., Ветрогон А.А., Яковенко Е.В. // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. Сб. науч.тр. - Харьков: Изд-во ХНАДУ, 2013. Вып. 61-62. - С. 170-174.
- EDN: RUWILB
- Исследование процесса диссипации энергии в элементах кузова автомобиля при дорожно-транспортных происшествиях / В.А. Ксенофонтова, А.Р. Аблаев, Р.Р. Аблаев, Л.А. Кияшко // Мир транспорта и технологических машин. - 2020. - №2 (69). - С. 56-62.
- EDN: BIBLXQ
- Методика определения скорости движения транспортного средства в момент столкновения по остаточным деформациям элементов конструкции / В.А. Ксенофонтова, А.Р. Аблаев, Р.Р. Аблаев // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. Орел: Орловский государственный университет им. И.С. Тургенева. - 2019. - №4-1 (336). - С. 130-134.