Výpo ty životnosti karoserie ve ŠkodaAuto

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Výpo ty životnosti karoserie ve ŠkodaAuto"

Naděžda Blažková
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Výpo ty životnosti karoserie ve ŠkodaAuto

2 Požadavky na životnost voz Škoda Automobily Škoda musí spl ovat stejné požadavky na životnost jako ostatní automobily v koncernu VW. Konstrukce musí vydržet bez poruchy p edepsaný po et kilometr na zkušební trati, p edepsaný po et otvírání a zavírání dve í. Ov ována je i životnost hák pro zav šování zavazadel, st ešního nosi e, Vozy škoda se typicky vyzna ují pátými dve mi p es celou zá, což vyžaduje dostate né dimenzování karoserie v zadní ásti a asto p ináší únavové problémy. Sportovní varianty RS jsou krom siln jšího motoru vybaveny tužším nastavením podvozku, které pak vnáší do karoserie v tší síly.

3 Ov ování životnosti Životnost voz je tradi n ov ována na zkušebních polygonech a elektrohydraulických simulátorech vozovky. Díky zkracování vývojových cykl nelze vývoj konstrukce automobilu podporovat pouze zkouškami a je nutné používat výpo tové metody ov ování životnosti. Výpo etní metody jsou zárove používány pro optimalizaci s cílem minimalizace hmotnosti a po tu svar p i zachování dostate né životnosti. Software pro analýzu životnosti Výpo et napjatosti - MSC/NASTRAN Výpo et životnosti na základ nap tí FEMFAT Výpo et životnosti bodových svar na základ sil vlastní programy ŠkodaAuto

4 FEMFAT program pro výpo et životnosti Principy funkce: Na ítání nap tí z výsledk FEM výpo tu Databáze materiál, možné dopl ování Vytvo ení lokálních únavových k ivek z k ivky materiálu Korekce na gradient nap tí Korekce na st ední nap tí, zahrnutí plasticity Povrchová úprava Pravd podobnost porušení Možnost hodnocení pomocí r zných typ nap tí (HMH, max. hlavní nap tí, kolmé nap tí ke kritické rovin, ) Kumulace poškození MINER Moduly pro bodové a housenkové svary Modul MAX pro výpo et vícekanálového zat žování Vstup zatížení jako asová historie více zat žovacích kanál Rainflow Multiaxiální kritéria únavového poškození

5 Jednoduchá metodika analýzy nosné ásti karoserie 1) Výpo et napjatosti holé karoserie p i statickém torzním zatížení - Torze je nejagresivn jší zp sob zatížení pro nosnou konstrukci, na n kolika projektech ov ena dobrá korelace mezi výpo tem s torzním zatížením a zkouškou s reálným zatížením od vozovky - Model holé karoserie pro analýzu tuhosti s hrubou sítí (15 mm) 2) Vyhodnocení Na plechových dílech kontrolováno redukované nap tí HMH, p i p ekro ení meze stanovené podle zkušeností provedena analýza FEMFATem na modelu s jemn jší sítí. Bodové svary hodnoceny na základ p enášených sil programem vytvo eným ve ŠkodaAuto, který byl vytvo en podle únavových zkoušek vzork a zahrnuje vliv orientace p sobící síly ve svaru a tlouš ku sva ovaných plech Výhody a nevýhody jednoduché metodiky + jednoduchý model, krátká doba výpo tu, snadná orientace ve výsledcích - Zjednodušené zatížení, hrubá sí nemusí podchytit všechny koncentrátory nap tí

6 Analýza na zjemn ném modelu Jemný model je vytvá en pro místa na nichž byla p i základním výpo tu zjišt no nap tí, nebo na místech s poruchami u p edchozích voz Podb h zadního kola q Velikost element 2,5 mm q Bodové svary modelovány pomocí o ek se standardní sítí. Tuhá o ka Mezikruží pro hodnocení životnosti bodového svaru Vyhodnocení nap tí ve FEMFATu Pro výpo et bodových svar použita k ivka odlad ná podle zkoušek vzork Pro výpo et životnosti v míst geometrických vrub je únavová k ivka základního materiálu korigována podle gradientu nap tí

7 Simulace ty kanálového hydraulického stendu Sou ástí vývoje je únavová zkouška vozu na ty kanálovém elektrohydraulickém stendu. Zatížení od vozovky je simulováno svislým pohybem podložek pod koly. S pomocí program ADAMS, NASTRAN a FEMFAT je možné zkoušku na ty kanálovém stendu simulovat. Výhody a nevýhody + více odpovídá skute nému zatížení než torze + umož uje zahrnou vliv nastavení podvozku - náro ná stavba model ustrojené karoserie a kompletního vozu - dlouhé výpo etní asy - náro né na pochopení výsledk díky mnoha vliv m

8 Simulace ty kanálového hydraulického stendu ADAMS/Car Simulace kompletního vozu na ty kanálovém hydraulického stendu asová historie sil p sobících od podvozku na karoserii FEMFAT Výpo et asové historie celkové napjatosti Výpo et únavového poškození pomocí multiaxiálního vyhodnocení NASTRAN Výpo et jednotkových p ípad zatížení od podvozku na ustrojené karoserii I p es zanedbání nevýznamných sil z stává stále 39 kanál!!! Rozložení nap tí v jednotkových p ípadech F

9 Uchycení zadní nápravy Roomsteru P i zkoušce zjišt ny trhliny v uchycení zadní nápravy. Cíl analýzy: nalezení úprav s vyhovující životností

10 Uchycení zadní nápravy Roomsteru VÝPO TOVÝ MODEL F x Zatížení: utažení šroub statická síla F x Kritické oblasti pod maticemi modelovány solidov Velikost solid element : 1,5 x 0,5 mm, 4 elementy na tlouš ku solid element shell element GAP element TKF J. Škoda, V. Havlí ek

11 Uchycení zadní nápravy Roomsteru VÝPO ET POŠKOZENÍ FEMFAT - vstup ze statické nap ové analýzy NASTRANu - materiál výztuhy podélníku St cykl, míjivé zat žování - analýza poškození s plasticitou (Neuber) - zahrnutí vlivu gradientu nap tí VÝCHOZÍ VAR 4 SLEDOVANÁ MÍSTA POŠKOZENÍ na solid elementech výztuhy podélníku konec svaru okraj segmentu p iva ení matice k výzt. podélníku pod hranou matice spodní strana výztuhy na vn jším matice POŠKOZENÍ VÝCHOZÍ VAR 4 pod hranou mat. 0,0070 0,0041 vnit ní radius 0, , konec svaru 0,015 0,0119 vnit ní radius horní strana výztuhy, vnit ní povrch radiusu okraj díry spodní strana výztuhy, okraj díry pro šroub okraj díry 0,0246 0,0129 TKF J. Škoda, V. Havlí ek

12 Výpo et životnosti bo ních dve ípi otvírání a zavírání Cíl analýzy: ov ení životnosti dve í v po áte ní fázi vývoje Požadavek na životnost: cykl otev ení a zav ení bez poruchy TKF J.Kuba, V.Havlí ek

13 Výpo et životnosti bo ních dve ípi otvírání a zavírání Výpo et napjatosti v ABAQUSu (umož uje zahrnutí kontakt ) Model dve e s ástí karoserie, otev ení o 66 Celá struktura dve í zatížena úhlovým zrychlením (ª) tak, aby v míst te né zrychlení 2,5g (a=r * ª) kliky bylo dle zkoušky Pedpoklad: nejvíce poškozující je zastavení dve í o doraz p i otvírání Úhlové rychlení 25rad/s 2 TKF J.Kuba, V.Havlí ek

14 Otvírání bo ních dve í hodnocení bodových svar 1) Nalezení potenciáln problémových bodových svar (prvky Fastener) dle velikostí normálových a te ných sil (Fn > 200N or Ft > 1000N) 2) P esí ování problémových svar o kami s mezikružím FEM Bodového svaru 1mm beam Výztuhy záv su na A sloupku Výztuhy záv su na dve ích MPC beam 3) Hodnocení nap tí HMH na mezikruží FEMFATem Nap tí Von Mises na bod. svaru Únavové k ivky bodových svar ,E +01 1, E +02 1,E+03 1,E+04 1,E +05 1, E +06 1,E+07 1,E+08 Po et cykl do poru chy [1] TKF J.Kuba, V.Havlí ek

15 Otvírání bo ních dve í hodnocení vrub Rozložení redukovaného nap tí HMH na nejvíce zatížených ástech Horní výztuha záv su - dve e 216MPa 192MPa 202MPa Na únavové k ivce hladkého vzorku (Kt=1) odpovídá st ednímu životu cykl rozkmit nap tí 440MPa. Maxima nap tí na dve ích jsou dosahována na hranách kontakt závitových desek s plechem. Hodnoty nap tí jsou velmi citlivé na rádiusu hrany závitové desky a lícování díl. Neznalost t chto parametr vedek nejistot ve výpo tu životnosti dve í. Protože maxima nap tí dosahují maximáln poloviny mezní hodnoty rozkmitu pro požadovanou životnost, je konstrukce považována za vyhovující. TKF J.Kuba, V.Havlí ek

16 Vývoj metodiky výpo tu životnosti Výpo ty životnosti karoserie v odd lení FEM výpo t ŠkodaAuto používány od roku Používané metody výpo t se neustále vyvíjí díky rostoucí výpo etní kapacit, možnostem používaného softwaru a znalostem o mechanizm poškozování Simulace ty kanálového zkušebního stendu s podrobným modelem ustrojené karoserie je mnohem blíže únavovému poškozování automobilu za jízdy než výpo et holé karoserie p i torzním zatížení. Výzvou do budoucnosti je pro nás zahrnutí dalších vliv : - zten ení plech a zbytková pnutí z lisování díl - tolerance p i montáži (lícování díl ) - podélné a bo ní zatížení (brzd ní, zatá ky) TKF V.Havlí ek

Podobné dokumenty

DUM 02 téma: Popisové pole na výrobním výkrese

DUM 02 téma: Popisové pole na výrobním výkrese ze sady: 03 tematický okruh sady: Kreslení výrobních výkres ze šablony: 04_Technická dokumentace Ur eno pro :1. ro ník vzd lávací obor: 26-41-M/01 Elektrotechnika