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.
Статья научная