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

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 F_k ( x_k 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 FAx_n, z _n ) будет иметь y_k , 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 F_k ( x_k, z_k ) (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⁾

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

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, %
Элемент кузова автомобиля «Мицубиси Лансер»	Значение энергии деформации, Дж	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