Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКIВСЬКИЙ НАЦIОНАЛЬНИЙ АВТОМОБIЛЬНО-ДОРОЖНIЙ УНIВЕРСИТЕТ

УДК 629.113.04

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРТИЗИ ШВИДКОСТІ ПРИ ДОРОЖНЬО-ТРАНСПОРТНІЙ ПРИГОДІ

Спеціальність 05.22.20 - експлуатація та ремонт засобів транспорту

Ветрогон Олександр Анатолійович

Харків-2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі автомобільного транспорту Севастопольського національного технічного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, Торлін Вадим Миколайович, Севастопольський національний технічний університет, завідувач кафедрою автомобільного транспорту.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, Гецович Євген Мойсейович, Харківський національний автомобiльно-дорожнiй університет, завідувач кафедрою транспортних систем.

кандидат технічних наук, доцент, Кашканов Андрій Альбертович, Винницький національний технічний університет, доцент кафедри автомобілів та транспортного менеджменту.

Захист відбудеться «16» грудня 2009 р. о 14⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.059.02 при Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті за адресою: 61002, Україна, м. Харків, вул. Петровського, 25.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного автомобільно-дорожнього університету за адресою: 61002, Україна, м. Харків, вул. Петровського, 25.

Автореферат розісланий « 14 » листопада 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради І.С.Наглюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

деформація транспортний швидкість пластичність

Актуальність теми. Методи експертизи швидкості при дорожньо-транспортній пригоді (ДТП), ґрунтовані на аналізі енергообміну між об'єктами, яки зіткнулись, одержали в цей час широке поширення. Однак, похибки, що виникають при використанні тих або інших методик ще великі, тому актуальною є задача підвищення точності результатів експертизи ДТП, за рахунок створення таких дослідницьких інструментів, які могли б використовувати останні досягнення інформаційних технологій і нові можливості обчислювальної техніки.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася відповідно до:

- Розпорядження Кабінету Міністрів України «Про схвалення Концепції Державної цільової програми підвищення рівня безпеки дорожнього руху на 2009-2012 роки» № 1384-р від 30.10.2008;

- Закону України «Про судову експертизу» від 25.02.1994 № 4038-XII;

- наукового напрямку кафедри автомобільного транспорту СевНТУ та держбюджетної теми: «Розробка теорії процесів швидкісної деформації та руйнування автомобіля в екстремальних умовах», виконаної в період 2006-2008 рр., реєстраційний номер № 0105U009047, також держбюджетної теми «Розробка теорії енергообміну при швидкісній взаємодії автомобільних транспортних засобів на базі узагальненого принципу Гальоркіна для суперелементів», яка виконується кафедрою з 2009р.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є підвищення точності результатів експертизи швидкості при ДТП за рахунок рішення оберненої задачі теорії пластичності методом скінченних елементів (МСЕ). Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- провести аналіз методів експертизи ДТП, заснованих на визначенні енергії деформації;

- розробити метод одержання 3D і МСЕ - моделі ушкодженої конструкції автомобіля;

- розробити метод рішення обернених задач теорії пластичності для МСЕ - моделей;

- розробити метод визначення початкової швидкості дорожніх транспортних засобів (ДТЗ) із використанням результатів дослідження величин залишкових деформацій;

- експериментально перевірити точність розроблених методів;

- розробити програмне забезпечення, що реалізує розроблені методи на ПЕОМ.

Об'єкт дослідження. Процес деформування кузова автомобіля при зіткненні ДТЗ у результаті ДТП.

Предмет дослідження. Взаємозв'язок між залишковими деформаціями кузова автомобіля та швидкістю руху в момент удару.

Методи дослідження. У роботі використовуються чисельні методи рішення обернених задач механіки деформівного твердого тіла: теорія пластичності, теорія пружності, а також методи 3D - моделювання та методи експериментального дослідження деформації макетів і моделей ДТЗ.

Наукова новизна отриманих результатів:

- одержав подальший розвиток енергетичний підхід в експертизі швидкості при ДТП, заснований на визначенні кінетичної енергії автомобіля, що він мав до зіткнення, по величині деформації його ушкодженої конструкції;

- вперше отримана скінченноелементна модель реконструкції процесу деформації автомобільної конструкції при ДТП, що дозволяє точно описати обернений процес для складних геометричних форм;

- запропоновано новий метод подання геометричних, фізичних і експлуатаційних властивостей автомобіля, що дозволяє моделювати його поводження в екстремальних умовах експлуатації;

- вперше показано, що методика експертизи швидкості при ДТП, яка базується на скінченноелементном моделюванні, дозволяє одержати похибку визначення швидкості автомобіля до зіткнення менш 7%;

- вперше розроблена і науково обґрунтована методика експертизи швидкості при ДТП, яка базується на чисельному аналізі результатів вимірювань величини ушкодження конструкції автомобіля, що дозволяє автоматизувати процес одержання результатів експертизи, а також знижує похибки суб'єктивного характеру.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблена методика експертизи швидкості при ДТП, заснована на визначенні кінетичної енергії автомобіля, що він мав до зіткнення, по величині деформації його ушкодженої конструкції, що включає чисельний аналіз результатів вимірів, дозволяє підвищити точність результатів експертизи, у тому числі проаналізувати деформовані елементи конструкції складної конфігурації. Методика використовується під час проведення експертизи ДТП Кримським науково-дослідним інститутом судової експертизи, також експертними закладами України та у навчальному процесі на кафедрі автомобільного транспорту СевНТУ.

Особистий внесок здобувача. Всі основні теоретичні і експериментальні результати досліджень, які викладені в дисертації та виносяться на захист, отримані автором самостійно та викладені в роботі, опублікованої без співавторів [1]. У спільних роботах здобувач:

- розробив залежності енергії пластичної деформації від ступеня зміцнення матеріалу [2];

- розробив програмний комплекс обробки результатів сканування і одержання масивів переміщень і деформацій у вузлах скінченних елементів моделі об'єкта [3];

- розробив програмне забезпечення для рішення задачі оцінки пружного складника [4];

- виконав моделювання енергопоглинальних елементів різної конфігурації[5];

- виконав чисельні експерименти по визначенню похибки способу визначення швидкості автомобіля по залишковим деформаціям елементів конструкції [6];

- виконав програмну реалізацію обрахунку пружного складника при рішенні оберненої задачі теорії пластичності [7].

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідались і обговорювались на Міжнародної науково-технічної конференції «Мехатроника будівельних і дорожніх машин», Харків, ХНАДУ, 2005 рік; VI - ому міжнародному семінарі «Перспективи розвитку автомобіле- та тракторобудування» - Харків, НТУ «ХПІ», 2007 рік; Міжнародної науково-технічної конференції «Автомобільний транспорт: проблеми і перспективи» - Севастополь, СевНТУ, 2006, 2007, 2008 року.

Публікації. Основні результати роботи опубліковані в 6 статтях у спеціалізованих наукових журналах, що входять у перелік ВАК України та в 1 збірнику тез доповідей на міжнародних конференціях.

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, додатків і списку використаних джерел. Повний обсяг дисертації становить 205 сторінок, у тому числі 100 малюнків на 70 сторінках, 16 таблиць на 15 сторінках, 6 додатків на 66 сторінках і список використаних джерел з 99 найменувань на 10 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМИСТ

У вступі обґрунтовані тема та актуальність дисертаційної роботи, сформульовані мета і завдання дослідження, викладені положення, які визначають наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів.

У першому розділі розглянуті проблеми, пов'язані із забезпеченням безпечної експлуатації ДТЗ і методами визначення причин ДТП. Приводяться результати аналізу літературних джерел по існуючих методах автотехничної експертизи та застосовуваних методик реконструкції ДТП. Відзначається, що використовувані в цій області основні положення безпечної експлуатації автомобіля були розроблені в працях Александрова Є.Є., Богомолова В.О., . Бухарина М.А., Волкова В.П., Гецовича Є.М., Говорущенко М.Я., Гудз Г.С., Литвинова А.С., Подригало М.А., Редзюка О.М., Сахно В.П., Туренко А.М., Федосова О.С., Шаша І.К. та ін. Показано, що найбільшу точність при визначенні причин ДТП дають методи, засновані на фундаментальному законі фізики - законі збереження енергії, так звані енергетичні методи, розвитку яких присвячені роботи Кисельова В.Б., Ксенофонтовой В.А., Ребедайло В.М., Иларионова В.А., Никонова В.М. Орлова Л.М., Огородникова В.О., Сивака И.О., Торліна В.М., Фотіна Р.К., Кристи М.М., Kohrich W., Campbell K., Segal D., Prasad A., Watts R. та ін. Показано також, що кінетична енергія автомобіля, що він мав до удару, може бути визначена за результатами дослідження ушкодженого автомобіля та слідів ДТП, тому що вона переходить у наступні види енергії:

- енергія, витрачена на пластичні деформації конструкції АТС;

- енергія, витрачена на пружні деформації;

- енергія, витрачена на крихке руйнування елементів конструкції;

- енергія, що перейшла в тепло;

- кінетична енергія, що автомобіль втратив при гальмуванні або зіткненні з дорогою та дорожніми спорудами, як до удару, так і після.

Розглянуті також методи, засновані на комп'ютерному моделюванні ДТП, реалізовані у відомих пакетах CARAT, Virtual Crash, PC-Crash, SIMON та ін..

У висновках відзначається, що похибки, які виникають при використанні існуючих методів експертизи швидкості при ДТП, можуть досягати 25-30%, що створює певні труднощі при доказі провини порушника експлуатаційних параметрів руху ДТЗ. З урахуванням проведеного аналізу сформульовані основні завдання дослідження.

У другому розділі для рішення поставленого завдання - підвищення точності результатів експертизи швидкості при ДТП, був розроблений новий енергетичний метод аналізу, заснований на рішенні обернених задач механіки твердого тіла для скінченноелементних моделей ушкодженої конструкції автомобілю. Метод був реалізований у вигляді комплексу програм SoothSayer, що складається із програм геометричного та фізичного моделювання. Для рішення задач геометричного характеру використовувався пакет 3DMax, у якому найбільший інтерес представляють методи низькополігонального та сплайнового моделювання, а також метод редагування по цифровій фотокопії. Для створення геометричної моделі об'єкта дослідження спочатку здійснювалося сканування ушкодженої конструкції. Потім за результатами сканування за допомогою пакета 3DMax формувався тривимірний образ ушкодженої конструкції, що потім порівнювався з образом початкової, , присутньої в базі даних пакета SoothSayer.

При редагуванні по цифровій фотокопії спочатку підготовлялися проекційні види деформованих елементів конструкції. Потім по цих видах створювалася модель ушкодженої конструкції.

Після цього на обох об'єктах генерувалася сітка елементів, яка може бути сформована як для тривимірної конструкції в цілому, так і для окремих деталей.

Така побудова дозволяє одержати для кожного вузла вихідної моделі три матеріальні (Лагранжеві) координати, а для кожного вузла ушкодженої конструкції - три координати кінцевого стану (Ейлерові координати). Різниця координат кінцевого та початкового станів дає величини переміщень - тобто рішення задачі теорії пластичності в переміщеннях.

Обернена задача полягає у визначенні причин, що викликали процес деформації. Для рішення цієї задачі, отримані масиви переміщень вузлових точок були перетворені в компоненти напружено-деформованого стану, при цьому зв'язок між напругами і деформаціями був встановлений за допомогою співвідношень теорії пластичності. Показане що таке перетворення буде єдиним через нестисливість матеріалу та безперервність середовища. Після обчислювалася енергія деформації, що викликала таку конфігурацію залишкових деформацій. Число вузлів сітки елементів у програмі SoothSayer може бути досить великим та з урахуванням згущень сітки в місцях концентрації напруг може досягати кілька десятків тисяч.

Після нанесення сітки елементів на модель нульової товщини, у процесі розрахунку, виходячи з товщини листа деталі та незмінності об'єму при пластичній деформації, генерувалися точки зовнішньої поверхні моделі , , , що лежать на нормалях до поверхні деталі, що проходять через вузлові точки , , .

Для підвищення точності обчислень далі кожний призматичний елемент утворений точками 1-2-3-4-5-6 розбивається на три тетраедні, утворені точками 1-2-3-4, 2-4-5-6, 2-3-4-6.

У межах кожного елемента переміщення були представлені як

(1)

У кожному тетраедрі коефіцієнти - знаходяться із рівнянь, у правій частині яких відомі величини переміщень .

Потім за допомогою знайдених функцій переміщень у кожному тетраедрі величини деформацій визначалися по наступних залежностях

(2)

Залежності (2) дозволили визначити інтенсивність деформацій у вузлових точках

(3)

Для визначення енергії деформації необхідно знайти компоненти тензора напруг. Для того щоб встановити зв'язок між напругами і деформаціями в пластичній області використовувалася наступна функція пластичності, яка досить точно відображає реальні процеси зміцнення в пластичних матеріалах

(4)

де - границя текучості матеріалу;

- інтенсивність деформацій при напругах у матеріалі ;

- інтенсивність деформацій при напругах у матеріалі ;

- модуль Юнга;

- показник, що визначає характер кривої зміцнення.

З урахуванням (4) зв'язок між і був прийнятий в наступному вигляді

(5)

Після чого енергія пластичних і рівних їм залишкових деформацій елемента одиничного об'єму обчислювалася по формулі

, (6)

де - модуль зсуву.

Для всього елемента енергія деформації буде дорівнювати

, (7)

де - об'їм деформованого елемента.

Енергія пластичних та рівних їм залишкових деформацій для всього об'єкта визначається підсумовуванням по всіх елементах.

Енергія, витрачена на пружне відновлення , визначається за допомогою виражень (2)-(5), якщо покласти в (4) .

Також була визначена енергія, що перейшла в тепло та енергія, витрачена на руйнування крихких елементів конструкції.

Енергія, витрачена на гальмування, визначалася як

(8)

Гальмовий шлях обчислювався по відомій формулі, яка включає основні параметри гальмуючого автомобіля та результати трасологичної експертизи.

Визначалася також енергія еквівалентна роботі переміщення транспортного засобу після удару.

У результаті по знайденій величині кінетичний енергії , що мав автомобіль до удару, його початкова швидкість обчислювалася по формулі

, (9)

де - маса автомобіля.

Аналогічно була вирішена задача визначення напрямку удару.

У якості вихідних даних, як і при визначенні швидкості, приймаються переміщення вузлових крапок скінченноелементної моделі, які визначуються як різниця координат початкового (неушкодженого) і кінцевого стану елементів конструкції.

Вектор, напрямок якого збігається з напрямком удару, визначається як

. (10)

Вектора и знайдемо по формулах

, (11)

де - кількість зміщених точок;

- вектор початкового положення точки;

- вектор кінцевого положення точки;

- ступінь впливу вектора переміщення точки на шуканий початковий напрямок удару, приймаємо, що ступінь впливу залежить від величини переміщення точки стосовно максимального переміщення:

(12)

де - величина переміщення -ї точки;

- максимальне переміщення точок кузова;

- показник ступеня.

Необхідність введення величини обумовлюється тим, що при деформації конструкції, при втраті елементами конструкції стійкості й наступному утворенні складок більшість крапок переміщається в напрямку, розбіжному від початкового напрямку удару.

У третьому розділі розроблена методика визначення швидкості по залишкових деформаціях кузова була реалізована як комп'ютерна програма. Програма була розроблена в середовищі 3DMax мовою MaxScript

Для роботи програми потрібні наступні вихідні дані:

- координати вузлів вихідної та деформованої моделі (визначаються скануванням);

- властивості матеріалів елементів конструкції;

- модель автомобіля, його геометричні і технічні характеристики (якщо його немає в базі даних);

- результати трасологичної експертизи.

У результаті комп'ютерного моделювання ДТП програма видає швидкість транспортного засобу, що він мав на момент початку контактування його з нерухливим об'єктом або з іншим транспортним засобом, а також напрямок удару.

Крім цього передбачене відображення на моделі величин переміщень, деформацій і напруг на деформованій моделі, так, щоб інтенсивність цих величин передавалася кольором (червоний - максимальна інтенсивність, синій - мінімальна) відповідно до колірної шкали, наведеної у вікні моделі.

У четвертому розділі для встановлення адекватності розроблених моделей були проведені натурний і чисельний експерименти. При проведенні натурного експерименту за отриманим даними сканування неушкоджених реальних деталей автомобіля ВАЗ 2107 - накладок лонжерона.

Далі зразки були піддані деформуванню на експериментальній установці, що дозволяє завдавати удару під різним кутом. Деформування вироблялося з різними кутами відхилення маятника та кута повороту підстави стенда

За отриманим даними сканування деформованих образів були генеровані моделі.

Обчислення енергії деформації вироблялося в три етапи. На першому для обчислень використовувалася вихідна модель (960 елементів), на другому і третьому було виконано підвищення ступеню дискретизації моделі (3840 і 15360 елементів) для того, щоб перевірити вплив кількості елементів на точність отриманих результатів. Результати наведені у таблиці 1.

Таблиця 1

Результати натурного експерименту. Енергія деформації

№ зразка	Эф, Дж	Кількість елементів
		960	3840	15360
		Э, Дж	?Э, %	Э, Дж	?Э, %	Э, Дж	?Э, %
1	174,7	177,1	1,3	178,5	2,16	177,8	1,77
2	244,6	233,4	-4,6	238,9	-2,30	241,8	-1,12
3	321,8	301,1	-6,5	308,2	-4,23	302,3	-6,06
4	404,2	364,6	-9,8	369,7	-8,54	364,2	-9,89
5	489,1	438,5	-10,3	440,7	-9,90	437,6	-10,53
6	489,1	434,9	-11,1	438,7	-10,31	436,2	-10,82
7	489,1	444,2	-9,2	453,6	-7,27	449,2	-8,17
8	489,1	467,7	-4,4	479,7	-1,93	483,3	-1,20

Також відповідно до пропонованої методики, було зроблене обчислення кута, під яким наносився удар. Обчислення виконувалися з різною кількістю точок моделі (190, 700, 2680), а також з різними значеннями показника функції, використовуваної для визначення напрямку, результати наведені у табл. 2.

Таблиця 2

Результати натурного експерименту.Напрямок удару

Кіл. крапок моделі	Показник ступеня z
	0	0,25	0,5	1	1,5	2
190	4,8	2,6	2,5	3,4	3,7	4,0
700	3,0	2,0	2,7	3,6	4,3	5,0
2680	2,3	2,2	2,8	3,9	5,0	5,8

Для того, щоб виключити похибки вимірювання, що виникають при скануванні був проведений чисельний експеримент із використанням системи ANSYS. Загальна послідовність дій при проведенні чисельного експерименту була наступною:

- створювалася тривимірна модель деталі;

- виконувалося пряме моделювання процесу удару за допомогою програми ANSYS AUTODYN із заданою швидкістю деформації;

- вироблявся експорт сітки поверхні деталі з AUTODYN в 3DMax;

- за допомогою розробленої програми визначалася енергія деформації та напрямок удару.

Чисельний експеримент, як і натурний, виконувався з різними значеннями початкової швидкості бойка та кута відхилення від вертикальної осі.

Результати обчислення енергії деформації та кута під яким був нанесений удар приводяться в таблиці 3.

Таблиця 3

Результати чисельного експерименту

№ досвіду	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Э, %	3,22	3,58	1,78	1,86	2,17	2,18	2,91	1,53	2,02	0,41
i	1,21	2,18	3,15	1,78	2,45	0,25	1,92	2,56	4,60	1,27

У п'ятому розділі представлені результати практичного використання розробленої методики. Була проведена дублююча експертиза швидкості при ДТП автомобіля ВАЗ 2105, яка була виконана паралельно офіційної. Об'єктом дослідження був обраний один з автомобілів, що брали участь у ДТП. Це було обумовлено наявністю документації по кузові даного автомобіля.

Результати визначення енергії деформації кузова з використанням методики та бази даних СевНТУ «IMPACT-CRASH 3.4» (офіційна експертиза) приведені у таблиці 4. Для порівняння в таблиці також приводяться результати, отримані за допомогою розробленої програми.

Таблиця 4

Енергія деформації корпуса

№ об'єкта дослідження	Найменування	Значення енергії деформації, Дж
17	Задня стінка моторного відсіку (місце кріплення правого переднього бризковика)	10290,75
18	Деформовані елементи передньої частини автомобіля	8440,85
19	Передня права стійка	1500,96
20	Права частина днища	53273,37
21	Тунель днища	78039,94
22	Ліва частина днища	44871,99
23	Передня ліва стійка	14051,23
26	Рамка вітрового скла	18873,61
27	Дах і заднє ліве крило	9896,51
Разом	239239,21
Разом (розроблена програма)	257567
Різниця	18327,79
Різниця, %	7,3%

Результати визначення енергії деформації передньої частини кузову приведені у таблиці 5.

Таблиця 5

Енергія деформації передньої частини

№ об'єкта дослідження	Найменування	Значення енергії деформації, Дж
28	Передня панель автомобіля	17993,67
29	Переднє праве крило	9461,83
32	Передній лівий бризковик	30132,09
33	Передній правий лонжерон	44819,21
37	Передній правий бризковик	8006,17
38	Передній лівий лонжерон	40375,91
Разом	150788,88
Разом (розроблена програма)	157273
Різниця	6484,12
Різниця, %	4,1%

За розрахованим значенням енергії, витраченої на утворення деформацій, визначені швидкості руху транспортних засобів до зіткнення. Враховуючи те, що значення енергії, витраченої на деформацію другого автомобіля, а також значення енергії, витраченої на гальмування і т.п., не перераховувалися, різниця отриманих значень швидкості автомобілів склала 2%.

ВИСНОВКИ

У дисертації вирішене актуальну задачу вдосконалювання методики експертизи умов експлуатації автомобільних транспортних засобів, що послужили причиною дорожньо-транспортної пригоди. Рішення задачі було отримано шляхом дослідження процесів методами і засобами новітніх інформаційних технологій. У ході виконання роботи отримані наступні наукові і практичні результати:

1. Більшість програм, котрі використаються при проведенні експертизи ДТП, засновані на методиках, що дають дуже наближене значення величини енергії, витраченої на деформацію кузова. Застосування комп'ютерних програм, що використовують скінченноелементні моделі, дозволяє підвищити точність розрахунків, але тому що основні пакети МСЕ орієнтовані на рішення прямих задач теорії пружності й пластичності, застосування їх при експертизі ДТП, що вимагає оберненого ходу рішення,вимагає розробки спеціальних методів аналізу обернених задач для МСЕ-моделей.

2. Відомий раніше енергетичний підхід до експертизи умов ДТП був удосконалений шляхом дискретного подання об'єкта дослідження, що дозволило з високою точністю описати геометрично складні області, які раніше за допомогою аналітичних методів не охоплювалися розрахунковим полем.

3. Запропоновано алгоритм чисельного рішення оберненої задачі теорії пластичності, основу якого становить високоефективний метод скінченних елементів, точність якого визначається рівнем дискретизації об'єкта.

4. Показано, що сучасна обчислювальна техніка дозволяє реалізувати розроблений алгоритм досить великим числом вузлів досліджуваного кузова автомобіля, і тим самим, розглядати не тільки окремі ушкоджені вузли й деталі, а весь об'єкт у цілому.

5. Розроблено програмне забезпечення для визначення початкової швидкості автомобіля та напрямку удару, що цілком автоматизує розрахунок результатів експертизи, тому що експертові необхідно тільки ввестимасиви вихідних даних, що скорочує строки експертизи в 2-3 рази, розроблені програми визначення енергії деформації й напрямку удару дозволяють максимально швидко й ефективно робити розрахунки.

6. Похибка результатів експертизи швидкості, що залежить тільки від ступеня дискретизації об'єкта становить тепер 5-7%, що підтверджено експериментально й це в 3 рази менше похибки аналітичних методів, які дають помилку 15-20%.

7. Показано, що високий ступінь дискретизації поверхні об'єкта принципово не впливає на точність результату, а тільки збільшує час, затрачуваний на проведення обчислень.

8. Проведені експерименти показали, що запропонований метод визначення кута напрямку удару дає середню абсолютну похибку не більше 4 градусів. Найменша похибка спостерігається при значеннях показнику степеня z=0,25...0,5.

9. При реалізації у вигляді самостійного програмного продукту розроблена методика може бути використана експертними установами України, у цей час методика використовується в навчальному процесі на кафедрі автомобільного транспорту СевНТУ.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ветрогон А.А. Построение конечноэлементных моделей элементов кузова автомобиля / А.А. Ветрогон // Вісник Східноукраїнського національного університету ім.В.Даля.-№7(125)2008.-С.236-238.

2. Ветрогон А.А. Конечноэлементный анализ энергопоглощающей способности кузова автомобиля / В.Н. Торлин, А.А. Ветрогон, Е.А. Яковенко // Вісник Східноукраїнського національного університету ім.В.Даля.-№7(101)2006.-С.115-119.

Автором розроблені залежності енергії пластичної деформації від ступеня зміцнення матеріалу.

3. Ветрогон А.А. Повышение достоверности результатов экспертизы ДТП по энергетическим критериям / В.Н. Торлин, В.А. Ксенофонтова, А.А. Ветрогон // Автомобильный транспорт. - Харьков: РИО ХНАДУ, вып.16, 2005.-С.19-22.

Автором розроблений програмний комплекс обробки результатів сканування та одержання масивів переміщень і деформацій у вузлах скінченних елементів моделі об'єкта.

4. Ветрогон А.А. Оценка упругой составляющей энергии деформации элементов подвески автомобиля при ударе / В.Н. Торлин, В.А. Ксенофонтова, А.А. Ветрогон // Вісник Східноукраїнського національного університету ім.В.Даля.-№8(90).-Т.2, 2005.-С.255-257.

Автором розроблене програмне забезпечення для рішення задачі оцінки пружної частини енергії.

5. Ветрогон А.А. Оценка энергопоглощающей способности элементов кузова автомобиля из композиционных материалов / В.Н. Торлин, А.П. Фалалеев, А.А. Ветрогон [и др.] // Вісник Східноукраїнського национального університету ім. В.Даля //Наук. журнал. Луганськ: Вид-во СНУ ім. В.Даля.-№6 (112) 2007.-С.24-27.

Автором вироблялося моделювання енергопоглинаючих елементів різноманітної конфігурації.

6. Ветрогон А.А. Оценка погрешности способа определения скорости автомобиля перед столкновением по остаточным деформациям элементов конструкции / В.А. Ксенофонтова, Е.В. Яковенко, А.А. Ветрогон // Криміналістичний вісник: Наук.-практ. зб./ ДНДЕКЦ МВС України; КНУВС. -К.: Вид. Дім «Ін Юре», №2(8).-2007.- С. 108-113.

Автором були виконані чисельні експерименти по визначенню похибки способу визначення швидкості автомобіля по залишковим деформаціям елементів конструкції.

7. Ветрогон А.А. Обратная задача упругопластической деформации для конечноэлементной модели кузова легкового автомобиля / В.Н. Торлин, В.А.Ксенофонтова, А.А. Ветрогон // Зб. тез доп. Міжнар. научн.-техн. конф., м. Вінниця, 2006. - С. 144-145.

Автором виконана програмна реалізація обліку пружної частини при рішенні оберненої задачі теорії пластичності.

АНОТАЦІЯ

Ветрогон О.А. Підвищення точності результатів експертизи швидкості при дорожньо-транспортній пригоді. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.22.20 - Експлуатація та ремонт засобів транспорту. - Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2009 р.

Дисертація присвячена розробці методики визначення швидкості автомобіля при ДТП шляхом рішення оберненої задачі теорії пластичності для скінченноелементної моделі деформованої конструкції автомобіля.

У дисертаційній роботі розроблений метод побудови геометричної моделі деформованого автомобіля з використанням сучасних інформаційних технологій. Розроблене програмне забезпечення перетворює геометричну модель у скінченноелементну, при цьому зв'язок між напругами та деформаціями встановлений за допомогою функції пластичності Губкіна.

Отримані в дисертаційній роботі залежності дозволяють визначити кількість кінетичної енергії автомобіля, що перейшла в енергію пластичних деформацій елементів конструкції складної конфігурації. По знайденій величині енергії визначається швидкість автомобіля, що він мав до удару.

Ключові слова: експертиза швидкості при ДТП, енергетичний метод, обернена задача теорії пластичності, скінченноелементні моделі, швидкість при ДТП.

АННОТАЦИЯ

Ветрогон А.А. Повышение точности результатов экспертизы скорости при дорожно-транспортном происшествии. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 - Эксплуатация и ремонт средств транспорта. - Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Харьков, 2009г.

Диссертация посвящена разработке методики определения скорости автомобиля при ДТП путем решения обратной задачи теории пластичности для конечноэлементной модели деформированной конструкции автомобиля.

В диссертационной работе разработан метод построения геометрической модели деформированного автомобиля с использованием современных информационных технологий. Разработанное программное обеспечение преобразует геометрическую модель в конечноэлементную, при этом связь между напряжениями и деформациями установлена при помощи заданной функции пластичности.

Рассматривается обратная задача теории пластичности, преобразующая перемещения узловых точек элементов конструкции, как величины остаточных деформаций, в компоненты напряженно деформированного состояния тетраэдральных конечных элементов, что позволяет определить количество кинетической энергии автомобиля, перешедшее в энергию пластических деформаций элементов конструкции сложной конфигурации. Также приводятся выражения, позволяющие определить оставшуюся часть кинетической энергии, которая перешла в тепло, в энергию хрупкого разрушения, в энергию, затраченную на торможение и в энергию движения автомобиля после удара. По найденной величине энергии определяется скорость автомобиля, которую он имел до удара.

Для повышения точности расчетов и сокращения времени проведения экспертизы ДТП, разработанная методика определения начальной скорости автомобиля и направления удара были реализованы на ПЭВМ в виде программ SoothSayer и DirectMeter.

Разработанные теоретические модели процесса перехода кинетической энергии автомобиля в энергию деформации были проверены на адекватность экспериментально. Эксперименты проводились на специальном стенде, позволяющем деформировать образцы с наперед заданной кинетической энергией удара, после чего результаты эксперимента сравнивались с результатами расчета по разработанной методике. Проведенные натурные эксперименты показали, что предложенный метод определения поглощенной энергии дает погрешность не более 7%, при этом показано, что слишком высокая степень дискретизации поверхности модели принципиально не влияет на точность результата, а только увеличивает время, затрачиваемое на проведение вычислений. Проведенные эксперименты показали, что предложенный метод определения угла направления удара дает среднюю абсолютную погрешность не более 3 градусов. Наименьшая погрешность наблюдается при значениях степенного показателя z=0,25…0,5.

Также были проведены численные эксперименты с использованием системы ANSYS, для чего, после проведения симуляции, деформированные модели экспортировались в формат файлов разработанного программного обеспечения. Среднее значение отклонений полученных значений энергии составило 2,16%. Абсолютная средняя погрешность испытаний по определению угла направления удара при значении показателя степени составила 2,14 градуса.

Разработанная методика была применена при расследовании дорожно-транспортных происшествий при встречном столкновении, рассчитана энергия, затраченная на образование деформаций, и определены скорости движения транспортных средств до столкновения.

Разработанная методика используется при проведении экспертизы ДТП Крымским научно-исследовательским институтом судебной экспертизы, также экспертными учреждениями Украины и в учебном процессе на кафедре автомобильного транспорта СевНТУ.

Ключевые слова: экспертиза скорости при ДТП, энергетический метод, обратная задача теории пластичности, конечноэлементные модели, скорость при ДТП.

ANNOTATION

Vetrogon А. Road accident speed examination results accuracy increase. - Manuscript.

Dissertation to get a candidate of technical sciences degree in specialty 05.22.20 - operation and maintenance of vehicles. - Kharkov national automobile and road university, Kharkov, 2009.

The dissertation about a technique of car speed determination at road accident by the solution of an inverse problem of the plasticity theory for final element model of the car deformed configuration.

In the dissertation the method of deformed car geometrical modeling with use of modern information technologies is developed. The developed software will transform geometrical model in final element model. The communication between pressure and deformations is established by function of plasticity.

The dependences received in the dissertation allow defining quantity of the car kinetic energy, conversed in plastic deformations energy of complex configuration construction elements. On the found size of energy, speed of the car which it had before collision is defined.

Keywords: examination of speed at road accident, a power method, an inverse problem of the theory of plasticity, final element models, speed at road accident.

Размещено на Allbest.ru