Járművázak számítógéppel segített tervezése a dinamikus igénybevételek figyelembevételével

Átírás

1 Budapsti Műszaki és Gazdaságtudományi Egytm Doktori tézisfüzti Gépészmérnöki Kar Doktori Tanácsa Írta: Gombor Balázs Járművázak számítógéppl sgíttt trvzés a dinamikus igénybvétlk figylmbvétlévl című témakörből, amllyl a Ph.D. fokozat lnyrésér pályázik Témavztő: Dr. Varga László Prof. Emritus az MTA doktora Budapst

2 A disszrtáció bírálata és a védésről készült jgyzőkönyv a Budapsti Műszaki és Gazdaságtudományi Egytm Gépészmérnöki Kar Dékáni Hivatalában mgtkinthtő. 54

3 1. Bvztés, a kutatás célkitűzési A költségk csökkntés és a mgbízhatóság növlés érdkébn már a trvzés során hatékony módszrkt és ljárásokat kll alkalmazni. Ilyn költség hatékony mgoldás az úgynvztt virtuális prototípusgyártás. Az ljárás lényg, hogy a trmék éltpályáját szakaszokra bontja ( a bölcsőtől - a sírig ), így már a trvzés fázisában lhtővé válik a trmék vizsgálata az éltpálya mindn gys szakaszára. Az ljárás csökknthti, idális stbn akár mg is szüntthti a későbbi módosításokat, illtv azok számát. A virtuális prototípus alapját a járműgyártás trültén széls körbn ltrjdt CAD rndszrk alkotják, mlyk sgítségévl létrhozott gomtriai modllk a többi modll alapjául is szolgálnak. A járműfjlsztésbn kimlkdő szrpt játszanak még a szrkztk dinamikai vizsgálatai, valamint azok szilárdsági és kifáradási számításai, mlyk a virtuális prototípuson szintén lvégzhtők. Az ilyn jllgű vizsgálatok többnyir idő- és számításigénys fladatok. Az időráfordítás lgnagyobb részét, így a költségkét is, a modllk létrhozása tszi ki. Bonyolult, összttt modllk stébn trmésztsn a számítás időigény sm lhanyagolható, különösn akkor, ha azokat többször kll ismétlni, pl. optimalizálás céljából. A vrsnyképsség növlésénk gyik lghatékonyabb szköz a fjlsztési költségk csökkntés, mlybn, mint már mlítésr krült, a különböző számítások és az zkhz szükségs modllk létrhozásának költségi számottvő részt képznk. Logikusnak tűnik thát a fjlsztési költségk csökkntését a modllk létrhozására fordított idő rövidítésévl lérni. A csökkntés úgy érhtő l, hogy a modllalkotás során olyan gyszrű modllkt hozunk létr, amlyk a pontosság és mgbízhatóság szmpontjából még mgngdhtők. Az alkalmazott gyszrűsítéskt, lhanyagolásokat úgy kll mgválasztani, hogy az záltal a rndszrb vitt hiba mérték n haladja mg a mgngdtt értékt. További szakmai és gazdaságossági problémákat vtnk fl a dinamikai számítások kivitlzhtőségénk kérdési is. A jármű-vázszrkztk fszültségi állapotának fltárására jlnlg alkalmazott számítási módszrk vagy nagy számításigénnyl rndlkznk, és így csak kis időtartományú számítások lvégzésér alkalmasak, vagy ha hosszú idjű számítások kzlhtők vlük, akkor nm alkalmasak a részlts fszültségállapot fltárására. Létznk ugyan ljárások az mlíttt hátrányok kiküszöbölésér, azonban zk is rndlkznk hiányosságokkal, mint például csak lináris anyagtörvény alkalmazására képsk. A dolgozat lsődlgs célja olyan szmélyi számítógépn is használható számítási ljárás létrhozása, amly alkalmas kis számítási-, tárhly kapacitás- és modllalkotási időigény mlltt a jármű-vázszrkzt fszültségállapotának fltárására. A dolgozat másik célja azon lináris és nmlináris hatásoknak, valamint paramétrknk a vázszrkzt fszültségi állapotára gyakorolt hatásának fltárása, amlyk a jármű dinamikai és szilárdsági számításaihoz használt modllk létrhozása során lőtérb krülnk. 1

4 2. Irodalmi áttkintés Járművk dinamikai vizsgálatának témakörébn készült publikációk nagy számban találhatók a szakfolyóiratokban és a konfrncia-kiadványokban. Az autóbuszokat érintő témakörökbn jlntős mnnyiségű magyarnylvű dolgozat is flllhtő, amlyk döntő többség az 1970-s, 80-as évkbn szülttt. A járművk dinamikai számításaihoz használható analitikus a klasszikus mchanika szrint létrhozott modllk Bosznay, Engls, Erz, Ilosvai, Jánosdák, Komándi, König, Laib, Ludvig, Mlgh, Mitschk, Nahlik, Szabó és Tímár, a statikai számításokhoz készíttt modllk pdig lénygébn többk között Koksch és Michlbrgr publikációiban találhatók. A nagyobb mértű, több szabadságfokkal rndlkző modllk számításához alkalmazott numrikus (mátrix) módszrkkl Fkt, Háy, Lhoczky, Michlbrgr, Nádori, Páczlt, Poppr, és Samu dolgozatai foglalkoznak. Annak llnér, hogy a bnnük ismrtttt módszrk gy rész ma is használható, a számítógépk és a korszrű numrikus módszrk szélskörű ltrjdésévl, illtv a járművkkl, zn blül is lsősorban azok vázszrkzténk szilárdsági- és kifáradási tulajdonságaival szmbn támasztott igényknk már nm fllnk mg. A korszrű, numrikus mgoldásokat alkalmazó, így a modrn, többtstdinamikai és végslms módszrkn alapuló járműdinamikai és vázszrkzti szilárdsági számítások témakörébn: Ambrosio, Bath, Brgamini, Braccsi, Concalvs, Conl, Craig, Croschck, Errikson, Garcia, Hgazy, Ibrahim, Karlsson, Kpka, Kim, Király, Kuti, L, Mdpalli, Mihálffy, Pan, Ptrovics, Schwrtassk, Srikatan, Szők, Valásk, Vincz-Pap, Zhang, és Yim publikációit érdms kimlni. A dolgozatokban a jármű-vázszrkztk fszültségi állapotának fltárására alkalmazott számítási módszrk azonban vagy nagy számításigénnyl rndlkznk, vagy az alkalmazott gyszrűsíttt szrkzti modll miatt csak globális fszültségállapot fltárására alkalmasak. A dolgozatok néhány kivétltő ltkintv nm, vagy csak részbn foglalkoznak a jármű dinamikai és szilárdsági számításaihoz használt modllk létrhozása során lőtérb krülő lináris- és nmlináris hatásokkal, illtv zknk a dinamikai számítások rdményir gyakorolt hatásaival. A hosszúidjű, kis lépésközű dinamikai számításokra, és a hozzájuk kapcsolódó, a járműflépítmény részlts fszültségállapotának fltárására alkalmas ljárást, valamint a jármű dinamikai és szilárdsági számításaihoz használt modllk létrhozása során lőtérb krülő lináris és nmlináris hatásokat, illtv zknk a dinamikai számítások rdményir gyakorolt hatásait jln dolgozat szrzőjénk publikációi ismrttik. 2

5 3. Az lvégztt számítások, rdményk összfoglalása 3.1. Új összttt járműdinamikai modllzési ljárás kidolgozása A gyakorlatban alkalmazott járműdinamikai modllzési ljárások, bvztésbn mlíttt hátrányainak kiküszöbölésér új modllzési ljárást dolgoztam ki, mlynk folyamatábrája 1. ábrán látható. A módszr, amlynk lényg, hogy szétbontja a vizsgálatot dinamikai- és fszültség számításra (tranzins végslm analízis), a többtstdinamikai lvn alapuló dinamikai számítások kibővítés, mly gysíti a különböző modllzési ljárások lőnyit. Az lsődlgs lőny a mglévő ljárásokkal szmbn abban mutatkozik, hogy a többtstdinamikai analízishz gyszrűsíttt végslm modllt alkalmaz (1. ábra: FEM I.). Az gyszrűsíttt modlll végztt dinamikai analízis gyorsabban végrhajtható, mint az alszrkzt- (substructuring), vagy a részmodll (submodling) tchnikával bővíttt modlll végztt számítások. A modllt viszonylag könnyn és gyorsan létr lht hozni és a későbbi, tranzins végslms számításoknál használt modll nnk a modllnk a lokális bővítésévl (részmodll tchnika), minimális időráfordítással kialakítható. Az új ljárás második lőny, hogy lhtőségt biztosít a dinamikai analízis (1. ábra: MBS) rdményink (pl. gyorsulások, sbsségk, lmozdulások, stb.) flhasználásával a dinamikai modll llnőrzésér, illtv itratív módon történő javítására, módosítására. Az ljárás akkor is hasznos lht például, ha a vizsgált jármű már hosszabb-rövidbb idj üzml, így az gys kopásnak kittt lmk karaktrisztikája (pl. lngéscsillapító) ltérht az új lm karaktrisztikájától és a járműb bépíttt lmknk a karaktrisztika mghatározásához való kiszrlés nm mgoldható. Az ilyn stkbn az llnőrző dinamikai mérésk során rgisztrált, fntbb mlíttt paramétrk jó lhtőségt kínálnak a dinamikai modll visszacsatolás révén történő mghatározására. A gyorsulások, sbsségk, és lmozdulások használata stén a számításokat viszonylag gyszrűn l lht végzni, (szükség stén többször lht ismétlni), míg a vázszrkztbn ébrdő fszültségk, nyúlások visszacsatoláshoz történő alkalmazása a hozzá szükségs részltsségű modll nagy számítási igény miatt nm célszrű. Az új ljárás harmadik lőny a részlts fszültség-mghatározás céljából végztt tranzins végslm analízis (1. ábra: FEM II.) biktatásából adódik. Az lsődlgs gyszrűsíttt modll lokális bővítésévl lhtőség nyílik az időbn változó fszültségk részlts mghatározására. A többtstdinamikai analízis rdményként kapott vázszrkztr ható rők, nyomatékok, gyorsulások, szöggyorsulások, stb. a második végslm modlln, mint trhlésk alkalmazhatók. Azáltal, hogy a fszültségkt gy másodlagos végslms számítással határozzuk mg, lhtőség kínálkozik arra, hogy a többtstdinamikai analízis által mghatározott globális rdményk alapján kiválasszuk azokat az időtartományokat, amlyn blül a fszültségk mghatározását l kívánjuk végzni. Nm szükségs thát a végslms számítást a többtstdinamikai analízis gész időtartományában lvégzni, lgndő csak a kívánt időtartományban, így jlntős számítási idő- és tárhlykapacitás takarítható mg. Az időtartomány 3

6 szűkítés az lőbbi okok miatt lhtővé tszi, a vázszrkzt több csomópontjának részlts lokális gomtriai kidolgozását, adott stbn akár a vázszrkzt nagyobb részénk, stlg a tljs vázszrkzt részlts gomtriai modlljévl történő számítását. Az új ljárás ngydik lőny szintén a második végslm analízis alkalmazásából adódik. A biktatott tranzins végslms vizsgálat lhtővé tszi a nmlináris anyagmodll alkalmazását a részlts fszültség-mghatározás során, mlyt számos stbn nm lht figylmn kívül hagyni. 1. ábra: A javasolt modllzési ljárás folyamatábrája 3.2. A jármű dinamikai vislkdését bfolyásoló lináris és nmlináris hatások vizsgálata A járművk dinamikai modlljénk létrhozása bonyolult és összttt fladat, nnk mgfllőn a szükségs részltsségű modll létrhozását számos tényző bfolyásolja. Az alkalmazott modllk össztttségét és részltsségét nagymértékbn bhatárolják az lérhtő anyagi-, számítógéps hardvr-, szoftvrforrások és a rndlkzésr álló idő. Ezért a számításokhoz olyan modllt kll létrhozni, amly biztosítja a vizsgálatok kllő pontosságát és mgfll a fntbb mlíttt lvárásoknak. A modll részltink pontosításával általában 4

7 növlhtő a kapott rdményk minőség, azonban gy ponton túl a modll építésér fordított idő és nrgia már nm térül mg, mivl az rdményk pontosságának növkdés gyr csökkn. A modllzés időigényénk jlntős részét (így a költségknk is) a modll létrhozása képzi. Bonyolult, összttt modllk stébn a számítás időigény sm lhanyagolható, különösn akkor, ha a számításokat többször ismétlni kll (pl. optimalizálás céljából). A vrsnyképsség növlésénk gyik hatékony szköz a fjlsztési költségk csökkntés, amlybn, mint mlítttm a különböző vizsgálatok és a szükségs modllk létrhozásának költségi jlntős részt képznk. Logikusnak tűnik thát a fjlsztési költségk csökkntését a modllk létrhozására fordított idő lrövidítésévl lérni, amly úgy valósítható mg, hogy a modllalkotás során olyan modllkt hozunk létr, amlyk számítás szmpontjából a még mgngdhtő lggyszrűbbk. Az alkalmazott gyszrűsítéskt, lhanyagolásokat úgy kll mgválasztani, hogy az általuk a rndszrb bvitt hiba már mgngdtt lgyn. A modllk létrhozásánál és a számítások lvégzésénél azonban azért, hogy a számításokból kapott rdménykt értéklni lhssn, illtv azok pontosságát mg lhssn bcsülni, ismrni kll a modll létrhozásakor alkalmazott gyszrűsítésknk és lhanyagolásoknak a számítások végrdményér gyakorolt hatását. A kövtkzőkbn a modllépítési gyszrűsítésk és a számítások gy autóbusz példáján krsztül krülnk bmutatásra, így lsősorban autóbuszok stébn alkalmazhatók, d mgfllő mgfontolásokkal és adaptációval más járművkr is használhatók, (pl. thrautókra, vonatokra, szmélygépjárművkr, stb.). Az értkzésbn a járműmodll létrhozása során alkalmazott, illtv alkalmazható gyszrűsítésknk a dinamikai analízis végrdményér gyakorolt hatásainak vizsgálatára krül sor, amlyk a modllépítés szmpontjából a lgszignifikánsabbak, és a szükségs modllépítési- és számítási időr gyakorolt hatásuk a lgjlntősbb. Ezk a lináris és nmlináris hatások a kövtkzők: A vázszrkzt gomtriai modlljénk részltsség, illtv a végslms diszkrtizációjának mérték. A járművön alkalmazott rősn nmlináris jllggörbéjű diszkrét csillapítók és rugók karaktrisztikájának közlítés. A vázszrkztn lhlyztt koncntrált tömgű szrlvényk, gépészti brndzésk tömgénk, tömgloszlásának figylmbvétl. A többtstdinamikai mgközlítés stén a rugalmas tstk tömgmátrixában mgjlnő inrcia kapcsolótagok lhanyagolásának, illtv figylmbvétlénk hatása. Lokálisan nmlináris anyagmodll alkalmazhatóságának vizsgálata. Végül az ablaküvg ragasztórétg vázszrkzt kapcsolatát líró modll vizsgálata. 5

8 3.3. Kísérlti mérésk A kidolgozott újszrű számítási módszr hlytállóságát és mgbízhatóságát valamint az lőzőkbn ismrtttt lináris- és nmlináris hatások közlítésénk llnőrzését valós járműn végztt mérésk-, és a számítási modllk rdményink összhasonlításával igazoltam. A mérésk során a vázszrkzt azon pontjaira (összsn 13 hlyn), ahol az üzmlttéskor szrztt tapasztalatok kifáradás jlit mutatták, nyúlásmérő bélygkt ragasztottunk. A mérőrndszrt kigészítttük a motortartó-, valamint a hűtőtartó krtn lhlyztt pizolktromos gyorsulásadókkal a függőlgs lngésgyorsulások mghatározása céljából. A mért lktromos jlkt rősítés és digitalizálás után számítógépn rögzítttük. A mérés vázlatos körvonalrajzát a 2. ábra szmléltti. 2. ábra: A mérés vázlatos körvonalrajza A modllk és a számítási módszr llnőrzését gy pontosan dfiniálható, és könnyn lgyártható, dtrminisztikus jllgű útgrjsztést biztosító útakadályon valósítottuk mg, amlynk kialakítás és mérti a 3. ábrán krül bmutatásra. 3. ábra: Az alkalmazott műakadály A járművk stébn a sztochasztikus útgrjsztésk is fontos szrpt játszanak, zért a számítások során a járműmodllkt sztochasztikus útgrjsztés stér is mgvizsgáltam. 6

9 3.4. A számításokhoz használt modllk lírása A numrikus vizsgálatokhoz trmésztsn a problmatikus szrkzt kiválasztása, a konkrét szrkztt mghatározó paramétrk (anyag alak trhlés, stb.) mgállapítása szükségs. Választásom az IkarusBus Rt. 412 típusú, alacsonypadlós autóbuszára stt. A kiválasztást az motiválta hogy zn a típuson az üzmlttés során a hátsó ajtó környztébn a kifáradás jli mutatkoztak. Ehhz igazodva a dinamikus trhléssl járó gyorsulások és nyúlások mérés is zn a típuson történt. Az autóbusz dinamikai számításait a 3.1. fjztbn ismrtttt számítási ljárás szrint végztm. A jármű dinamikai vislkdését bfolyásoló közlítésk és lhanyagolások hatásainak vizsgálatára a jármű dinamikai modlljéből összsn 16 változat készült, amlykt 1. táblázat ismrtt. 1. táblázat: A számításokhoz használt modllk tulajdonságai a 3.1. fjztbn ismrtttt számítási módszrnk mgfllőn Modllk FEM I. modll A vázszrkzt tömgloszlásának közlítés Egynlts sűrűség Részgységnként ltérő sűrűség Üvgzés figylmbvétl Koncntrált tömgk figylmbvétl A vázszrkztmodll részltsség Mrv flépítmény Grnda flépítmény Lmzléssl bővíttt flépítmény Üvgzéssl bővíttt flépítmény Többtstdinamikai modll (MBS) Diszkért Inrcia lmk kapcsolótagok karaktrisztikája figylmbvétl FEM II. modll Mo-01 X X X X X Mo-02 X X X X X Mo-03 X X X X X Mo-04 X X X X X Mo-05 X X X X X Mo-06 X X X X X Mo-07 X X X X X Mo-08 X X X X X Mo-09 X X X X X Mo-10 X X X X X Mo-11 X X X X X Mo-12 X X X X X Mo-13 X X X X X Mo-14 X * X X X Mo-15 X * X X X Mo-16 X * X X X Lináris közlítés Bilináris közlítés Szplájnos közlítés I7 I3, I7 I6, I7 I5, I7 I3, I5, I6, I7 Lináris anyagmodll Nmlináris anyagmodll 7

10 A számításokhoz lkészítttm a vizsgált jármű többtstdinamikai (MBS) modlljit. A modllépítés során, a nagy mrvséggl rndlkző lmkt (mllsőés hátsó híd, hosszlngőkarok, nyomtávrúd, és a légrugót tartó úgynvztt C krt ) mrv tstként modllztm. A részlts statikai számításokhoz, a pontosabb thttlnségi adatok mghatározásához létrhoztam a flépítmény tljs héjszrkztű gomtriai modlljét (4.a. ábra) és a modllből származó thttlnségi adatokat használtam a mrv flépítményű modlll történt dinamikai számítások és gomtriai modllt a flépítmény rprzntációja során. A vázszrkzt (a Mo-14 Mo-16 modllk kivétlévl), mint rugalmas tst vttm figylmb. A rugalmas flépítményből három ltérő részltsségű modll készült. Az lső flépítmény modll stébn, amly a 4.b. ábrán látható, csak a vázszrkztt képző zártszlvénykt vttm figylmb. A zártszlvényk végslms rprzntációjához grnda típusú lmkt használtam. A második rugalmas flépítmény modll az lső továbbfjlsztés, amlynél a lmzlés mrvítő hatását is figylmb vttm (4.c. ábra). A lmzk végslms diszkrtizálásához héj típusú lmt használtam. A ragasztott üvgzés mrvítő hatásának dinamikai számítások rdményir gyakorolt hatásának vizsgálatára gy harmadik rugalmas modllt alkalmaztam, amlyhz a második rugalmas modll ablakokkal történő kibővítés révén jutottam (4.d. ábra). Az üvgt és a ragasztórétgt héj lmkkl modllztm. A tömgrészltsség modllzéséhz az üvgzéssl bővíttt flépítmény modllt négy különböző tömgkiosztással készítttm l (lásd: 1. táblázat). Az lső stbn a flépítmény tjs tömgét gynltsn szétosztottam a vázon. A második stbn a flépítmény szrkzti gységink (fnékváz, oldalvázak, ttő, mllső és hátfal) sűrűségét úgy számoltam, hogy a részgységkhz tartozó gépészti és lktromos brndzésk (vztékk, fűtőradiátorok, stb.) tömgét osztottam gynltsn szét a részgységkn. A harmadik stbn az üvgzést valós sűrűséggl vttm figylmb, és a részgységk sűrűségét a maradék tömg második modllnél alkalmazott losztásával határoztam mg. A ngydik stbn a nagy koncntrált tömgkt tömglm sgítségévl vttm figylmb, és a flépítmény maradék tömgét a harmadik modllnk mgfllőn osztottam szét. A dinamikai analízisk lvégzéséhz a rugalmas flépítmény modlljink mértét modális kondnzációval csökknttm. A dtrminisztikus grjsztésű modllk stébn a többtstdinamikai járműmodllt Fiala típusú krékmodlll gészítttm ki. A vázszrkztbn ébrdő fszültségk maghatározásához a többtstdinamikai számítások rdményit alapul vév lvégztm a vizsgált jármű flépítményénk tranzins végslms vizsgálatát (FEM II.). A számításokhoz az üvgztt modllt alapul vév a részmodll tchnika (substructuring) alkalmazásával új végslm modllt alkottam. A modll azon részén ahol a nyúlásméréskt végztük (az autóbusz hátsó ajtaja fltti rész), és ahol nagy koncntrált tömg hlyzkdik l (üzmanyagtartály), a vázszrkzt össztttbb környztét részlts gomtriai modlll bővítttm. A végslms diszkrtizáció során, a grnda lmk hlytt héj lmkt alkalmaztam. A számításokkal fltártam a vázszrkzt vizsgált pontjainak fszültségi állapotát. A modllkkl történő dinamikai és tranzins végslm számításokat az Mo- 06 Mo-13 modllk kivétlévl sztochasztikus grjsztés stér is lvégztm. 8

11 4. ábra: Az autóbusz különböző részltsségű többtstdinamikai modllji (a. mrv flépítményű, b. rugalmas flépítményű, c. lmzlés mrvítő hatását figylmb vvő, d. üvgzés mrvítő hatását figylmb vvő) 9

12 5. ábra: A vizsgált autóbusz vázszrkzténk végslm modllj (FEM II.) a hátsó ajtó és az üzmanyagtartály környztébn kialakított részmodlll a fszültségk részlts mghatározásához. 10

13 3.5. A számítások rdményi A vizsgálatok rdményit a jármű vázszrkzténk gys pontjaiban ébrdő fszültségk és a pontok gyorsulásai alapján értékltm ki. A számított és mért rdményk összhasonlításának gy példája a 6. ábrán látható. Autóbuszok vázszrkzténk gomtriai részltsség kapcsán mgállapítottam, hogy a többtstdinamikai analízis során rugalmas flépítményű modll használata szükségs, valamint a rugalmas flépítmény stén a lmzlést és a ragasztott üvgzést is figylmb kll vnni a mgfllő pontosság lérés érdkébn. A vázszrkzthz kapcsolódó koncntrált tömgk stén mgállapítottam, hogy az gyszrűbb dinamikai számításokhoz lgndő a vázszrkzt részgységir gynltsn losztott tömgk modllzés, az üvgzés és a koncntrált tömgk modllzés nm szükségs, ha zknk vázszrkzthz történő kapcsolódási pontjaitól kllőn távoli krsztmtsztk fszültségállapotának a fltárása a cél. 70 Lokális fszültségk S7 pontban X-irányban a diszkrét karaktrisztikák közlítésénk függvényébn (Rugalmas flépítmény, dtrminisztikus grjsztés, v=20km/h ) Max.:62.6 MPa Max.:50.54 MPa Max.:62.12 MPa Lináris közlítés (Mo-04) Bilináris közlítés (Mo-05) Szplájnos közlítés (Mo-03) Mérés (M-5-2-S7) Max.:27.29 MPa Fszültség [MPa ] Idő [s ] 6. ábra: Az S7 pontban számított és mért X-irányú fszültségk a diszkrét csillapítók és rugók karaktrisztikájának közlítés függvényébn rugalmas flépítmény stén A tömgmátrix invariánsának figylmbvétlénél az gys modllk ltérési minimálisra adódtak, a kapcsolótagok által lírt hatásokból (pl. a végs nagy forgásának a transzlációs mozgásra gyakorolt hatása) adódó dformációk a vázszrkzt hajlító igénybvétléhz képst minimális változást okoznak, bből kövtkzőn az ébrdő fszültségr való hatásuk is kisbb. Mivl azonban a számítások lvégzés során szrztt tapasztalatok azt mutatták, hogy a többi 11

14 invariáns figylmbvétl sm okoz jlntős számításiidő-növkdést (a modális kondnzáció miatt), így a számítások során az összs invariáns figylmbvétl ajánlott. Diszkrét lmk karaktrisztikája közlítésénk a vizsgálatából mgállapítottam, hogy a karaktrisztikák közlítésér a lináris és a bilináris közlítés nm alkalmas, a diszkrét lmk karaktrisztikájának lírásához szplájnos, vagy magasabb fokszámú polinommal történő lírás ajánlott. Az lvégztt számítások és a mérésk sgítségévl igazoltam, hogy a gyakorlatban alkalmazott ablaküvg ragasztórétg vázszrkzt kapcsolatát líró végslms modll dinamikai fladatok során is alkalmazható, és az ablaküvg figylmbvétl a számítások során a kapott rdménykt pontosítja. További fontos mgállapítást tttm annak kapcsán, hogy a modllalkotás során a flépítmény rugalmas, illtv mrv tstként történő figylmbvétl a számított fszültségk pontosságára nagyobb hatással van, mint a diszkrét lmk karaktrisztikájának közlítés. Eljárás mutattam b, amly alkalmas a globális vizsgálat alapján kiválasztott fszültséggyűjtő krsztmtsztk gyng pontjának alakváltozási- és fszültségi állapotának (7. ábra) részlts fltárására, a maradó és ébrdő valódi nyúlások és fszültségk mghatározására. Számításokkal igazoltam, hogy nmlináris anyagmodll lokális alkalmazható a fszültség-mghatározás során, és az alkalmazásával számított fszültségk pontosabban közlítik a valós értékkt, mint lináris anyagmodll stén. Lˆ 1 σˆ E E * P εˆ Lˆ = Lˆ EP R ( εˆ ) Lˆ σˆ ˆ σ = ˆ σ R ( ˆ ε ) P εˆ ˆ = 3, 02 P ε R εˆ 0 P ˆ σ = 0, εˆ 4 P σˆ R R ˆ ε = 4,25 7. ábra: A bővíttt vázszrkzt modll gy pontjának (S11) állapotdiagramja A kapott rdményk tkinttébn mgállapítottam, hogy a vázban ébrdő fszültségk mghatározásához, mivl nm okoz jlntős számításigény növkdés, viszont a fszültségcsúcsok, illtv a fszültségátrndződés tkinttébn jlntős javulást rdményz olyan stkbn, ahol a vázszrkzt gys krsztmtsztibn folyáshatár közli fszültségállapot ébrd lokálisan nmlináris anyagmodllt is alkalmazó végslm modllk használata célszrű. 12

15 4. Tézisk 1. Dinamikai modllzési ljárást dolgoztam ki zártszlvénykből (prizmatikus rudakból) flépíttt autóbusz-vázszrkztkbn ébrdő fszültségk fltárására. Az gyszrűsíttt rugalmas vázszrkzt modális kondnzációval történő létrhozásából, a jármű rugalmas flépítményű modlljénk többtstdinamikai analíziséből, valamint a lokálisan részlts gomtriával bővíttt gyszrűsíttt vázszrkzt-modll tranzins szilárdsági végslms vizsgálatából álló ljárással a vázszrkztbn ébrdő fszültségk mghatározása a jlnlg használt, csak végslms számításra épülő módszrkhz képst a számítási idő gy nagyságrnddl csökknthtő. [GB-1] 2. Egy valós autóbusz stébn létrhoztam annak mrv tstkből flépülő futóművű, valamint grnda lmkből, és lokálisan héjlmkből álló vázszrkztű, különböző részltsségű számítási modlljit, amlyk alkalmasak a jármű-vázszrkzt vizsgált csomópontjainak fszültségi állapot mghatározására. A modllk sgítségévl részltsn fltártam a jármű vizsgált csomópontjának fszültségi és alakváltozási állapotát és zk időbni változását. Mérési rdményk flhasználásával igazoltam a számítási ljárás és a modllk gyakorlati használhatóságát és mgbízhatóságát. [GB-1, GB-2, GB-13] 3. A vizsgált autóbusz többtstdinamikai modlljét alkotó lmk stén mgvizsgáltam a modll létrhozása során alkalmazott közlítésknk és lhanyagolásoknak a vázszrkzt dinamikai vislkdésér gyakorolt hatását: 3.1. Mghatároztam a többtstdinamikai számítások során használt ltérő gomtriai részltsségű flépítménymodllknk a vázban ébrdő fszültségkr gyakorolt hatását. A számítások rdményiből mgállapítottam, hogy a többtstdinamikai számítások során a részlts, a lmzlés és a ragasztott üvgzés mrvítő hatását is magába foglaló modll szolgáltatja a mérési rdménykkl lgjobban mggyző rdményt. [GB-1] 3.2. A járműflépítmény tömgloszlás vizsgálatainak rdményéből mgállapítottam, hogy a csomópontok fszültségi állapotának vizsgálatához nm szükségs az üvgzés és a koncntrált tömgk modllzés, ha zk a vizsgált csomóponttól távol hlyzkdnk l A rugalmas flépítmény tömgmátrixának közlítés kapcsán mgállapítottam, hogy a többtstdinamikai számítások során a mátrix főátlóján kívüli invariánsok figylmbvétlénk, illtv lhanyagolásának a flépítmény fszültségállapotára gyakorolt hatása lhanyagolható, tkintttl arra, hogy figylmbvétlük a számított fszültségkhz viszonyítva két nagyságrnddl kisbb ltérést okoz. 13

16 3.4. A vizsgált autóbusz többtstdinamikai modlljébn lévő diszkrét rugók és csillapítók karaktrisztikájának közlítéséhz kapcsolódó számítások során fltártam a vázszrkztbn ébrdő fszültségkt, és zk változását a karaktrisztikák közlítésénk függvényébn. A számítások rdményiből mgállapítottam, hogy a diszkrét lmk karaktrisztikájának közlítésér nagy amplitúdójú dtrminisztikus grjsztés stén sm a lináris, sm a bilináris közlítés nm alkalmas. Kilégítő rdmény csak a lináris és bilináris lírásnál pontosabb közlítés (pl.: szplájnos) használatával érhtő l. [GB-2] 3.5. Az lvégztt számításokból mgállapítottam, hogy a dinamikai modllalkotás során a jármű flépítményénk mrv- illtv rugalmas tstként történő figylmbvétl nagyobb mértékbn bfolyásolja a számítások rdményként kapott fszültségértékkt, mint a diszkrét lmk karaktrisztikájának közlítés. [GB-2] 3.6. Számításokkal igazoltam, hogy a gyakorlatban használt üvg ragasztórétg vázszrkzt modll, amly a ragasztórétgt héjlmkkl írja l, a dinamikai vizsgálatok során a vázszrkztbn ébrdő fszültségk mghatározásakor is használható. [GB-13] 4. Módszrt dolgoztam ki a járműszrkzt dinamikai analízisénk és szintézisénk lvégzésér. A módszr lényg és célja, a dinamikus trhk hatására ébrdő, időbn változó/váltakozó nagyságú/értlmű fajlagos alakváltozások és fszültségk számítása. Továbbá a hlyilg jlntkző képlékny alakváltozások és a vlük járó sajátfszültségi rndszr fltárása, valamint a valódi rdő alakváltozások és fszültségk mghatározása, különös tkintttl a fszültséggyűjtő krsztmtsztk (csomópontok) gyng pontjaira. - Az ajánlott dinamikai szintézis, ami a lináris- és a nmlináris anyagmodll használatán alapul, a fszültséggyűjtő krsztmtsztk gyng pontjában maradó és számbavétlükkl adódó valódi alakváltozások és fszültségk számítására használható lőnyösn. A bmutatott numrikus ljárás az ddigiknél pontosabb és mgbízhatóbb rdménykt szolgáltat. Ezk flhasználásával a járműszrkzt szilárdsági, mrvségi, fáradási lmzés és értéklés kis idő- és költségráfordítással lvégzhtő. - A valóságot mind jobban mgközlítő, a trhlés-, szrkzt- és anyagmodllkt intgráló, kidolgozott és javasolt módszr mgbízhatóságát és gyakorlati alkalmazhatóságát a valós szrkztn végztt kísérlti mérésk és a numrikus ljárás során adódó rdményk összvtés, közlbbről a rfrnciapontokban mért és számított gyorsulás- és nyúlásértékk jó gyzési igazolják. 14

17 4.1. Az értkzés rdményink hasznosítása A dolgozatban olyan számítási módszr kidolgozását ismrtttm, amly alkalmas alacsony számítási- és tárhlykapacitás, valamint kis modllalkotási időigény mlltt is a járművk vázszrkztébn ébrdő fszültségk mghatározására. Az értkzésbn a számítási ljárás mntét, alkalmazhatóságát és mgbízhatóságát gy konkrét autóbusz stén mutattam b, azonban a módszr nm csak autóbusz, d más, lsősorban prizmatikus szlvénykből flépülő vázszrkztű járművk, pl. kötöttpályás járművk (vonat, villamos, stb.), vagy thrautó stébn is alkalmazható. Az értkzés modllrészltsségr, tömgmodllzésr vonatkozó mgállapításait autóbuszok trvzés során lht flhasználni. Az gys stkr (lináris és nmlináris hatások) mgállapított modllpontosságok támpontot adhatnak a trvzőknk, hogy a számítási modllkn végztt stlgs lhanyagolások és gyszrűsítésk a számítások rdményit milyn mértékbn bfolyásolják, mkkora hibát okoznak. A dolgozat mgállapításait flhasználva a modllalkotási és a számítási idő csökknés révén a jármű fjlsztési költségi is csökknthtők. 5. A szrző tudományos közlményi Külföldön mgjlnt idgn nylvű folyóiratcikk [GB-1] Gombor B.: Dynamic analysis of a bus body fram; dtrmination of th loads and strsss, Vhicl Systm Dynamics, Vol. 43, No. 11, pp , 2005 (IF=0.340) [GB-2] Gombor B.: Applicabl rduction of dynamic modls of vhicls, Intrnational Journal of Vhicl Dsign (bírálat alatt) Nmztközi Konfrncia-kiadványban mgjlnt idgn nylvű lőadás [GB-3] Szász A., Koksch S., Turkvi-Nagy N., Gombor B.: Opportunity of dynamic simulation of buss dmonstratd on IK405, 30th Mting of Bus and Coach Exprts, Győr, 1999 [GB-4] Gombor B.: Dynamic modlling of vhicls, 3rd Intrnational Confrnc of PhD Studnts, Vol. I. pp , Miskolc, 2001 [GB-5] Gombor B., Varga L.: Dynamic modling of vhicl with flxibl body fram, Gépészt 2002 konfrncia, Vol. II. pp , Budapst, 2002 [GB-6] Gombor B.: Validation of Vhicl s Dynamic Modls, MicroCAD2003, Applid Mchanics, Modrn Numrical Mthod, pp. 7-12, Miskolc, 2003 [GB-7] Gombor B.: Nonlinar Dynamic Analysis of Coachs, MicroCAD 2004, Applid Mchanics, Modrn Numrical Mthod, pp , Miskolc,

18 [GB-8] Gombor B.: Dtrmination th finit lmnt modl for dynamical simulation of vhicls with asy dformabl fram, Gépészt 2004 konfrncia, Vol. II. pp , Budapst, 2004 [GB-9] Gombor B.: Nonlinar dynamic analysis of body fram of buss, 36th. Mting of Bus and Coach Exprts 21. Congrss on Commrcial Vhicls, Budapst, 2005, CD mlléklt Magyar nylvű folyóiratcikk [GB-10] Varga L., Gombor B.: Acélszrkztk trvzésénk oktatása a BME Gépészmérnöki karán, MAGÉSZ Hírlvél, Különszám, oldal, Budapst, [GB-11] Gombor B.: Járműmodllk dinamikai vislkdés, Műszaki Szml Mlléklt 2002, pp , Széklyudvarhly, Románia, 2002 [GB-12] Gombor B.: Járművk dinamikai modllzés, Gép, LIV évf., sz old., 2003 [GB-13] Gombor B.: A ragasztott oldalüvg járművázra gyakorolt mrvítő hatása, Gép, LVI évf., sz old., 2005 Magyar nylvű konfrncia-lőadás [GB-14] Gombor B.: Járművázakban ébrdő dinamikus fszültségk számítása, MicroCAD2002 Machin and Construction Dsign, Vol. I. pp , Miskolc, 2002 [GB-15] Gombor B.: Autóbuszok nmlináris dinamikai vizsgálata, Műszaki Szml, old., Csíksomlyó, Románia, 2004 Csak kivonatban mgjlnt konfrncia-lőadás [GB-16] Gombor B.: Járművk dinamikai modllzés, Vörös Imr mlékülés, BME GSZI, Budapst, 2003 Csak szóban lhangzott lőadás [GB-17] Gombor B.: Th application of th coupld FEM-MBS dynamic modl of vhicls, Robrt Bosch Gmbh. Waiblingn, Némtország, 2005 [GB-18] Gombor B.: Járművázak számítógéppl sgíttt trvzés a dinamikus igénybvétlk figylmbvétlévl, MTA GAB ülés, BME GSZI, Budapst,