Моделируя удар: как белорусские инженеры считают столкновения до миллиметра

❋ 4.5

Одна из важных составляющих системы пассивной безопасности рельсовых беспилотников (юнимобилей) — деформационная труба. Она поглощает энергию удара и замедляет скорость транспортного средства в случае аварийного столкновения. В рамках научно-исследовательской деятельности специалисты UST Inc. разработали и протестировали методику, позволяющую приблизить компьютерное моделирование поглощения энергии удара к реальным промышленным испытаниям.

Unitsky String Technologies Inc.

# деформационные трубы

# модели

# столкновения

# юнимобиль

Юнимобиль uBus U4-212-01 на испытаниях / © UST Inc.

Разработка численных моделей

Исследование началось с разработки численных моделей, имитирующих поведение деформационных труб при различных сценариях столкновения. Эти элементы конструкции играют ключевую роль в системах пассивной безопасности: при аварии берут на себя основную ударную нагрузку и деформируются определенным образом, чтобы поглотить как можно больше энергии и тем самым защитить пассажиров и оборудование.

После построения моделей исследователи перешли к их верификации — сравнению компьютерных расчетов с данными реальных экспериментов. В испытательном центре UST Inc. были проведены натурные испытания, в ходе которых замерялись усилия сопротивления труб при деформации. Было отмечено, что результаты, полученные в симуляциях, практически совпадают с экспериментальными.

Моделируя удар: как белорусские инженеры считают столкновения до миллиметра – иллюстрация к материалу на Naked Science — Испытания деформационных труб на сжатие / © UST Inc.

Это дало уверенность в корректности выбранного подхода к моделированию и подтвердило точность заданных граничных условий и параметров материалов.

Определение зависимостей

Следующим этапом стал анализ влияния конструктивных параметров труб на их способность поглощать энергию. В серии вычислительных экспериментов исследовалось влияние таких параметров, как:

● толщина стенки трубы;

● коэффициент трения между взаимодействующими деталями;

● угол расширения конуса ползуна, задающий геометрию взаимодействия элементов при сжатии трубы.

Эксперимент показал, что:

● увеличение толщины стенки и коэффициента трения ведет к почти линейному росту силы сопротивления;

● угол наклона конуса оказывает нелинейное влияние на силы в системе. Изменение угла меняет одновременно и контактную площадь, и вектор действия сил, что сильно сказывается на результате. Это усложняет расчеты, но дает новые возможности для тонкой настройки конструкции.

Полученные массивы данных результатов расчетов различных зависимостей стали значимым вкладом в инженерную базу. Теперь проектирование новых труб будет требовать меньше физических испытаний, а конструкторы смогут предсказывать поведение изделий с высокой точностью.

Методика, которая меняет правила

Создание методики компьютерного моделирования поглощения энергии, представляющей собой поэтапную инструкцию по проведению численного анализа, стало одним из ключевых достижений. Сама методика включает:

● создания конечно-элементных моделей (КЭМ);

● задание параметров материалов и характеристик конечных элементов;

● формирование граничных условий, выбор и настройку контактных взаимодействий;

● настройку управляющих параметров расчета и отображения полученных результатов расчетов.

Эта методика не просто позволяет заменять физические тесты виртуальными, но и приближает моделирование к реальным промышленным испытаниям. Экономятся ресурсы, снижаются сроки разработки и повышается безопасность конечного продукта.

От виртуального к реальному

Разработанная белорусскими инженерами методика расчета уже показала свою эффективность на практике. Ее применили при разработке конструкций для транспортных модулей нового поколения — uCont U4-192-21 и uBus U4-212-01. Эти деформационные трубы спроектированы так, чтобы обеспечивать максимальную безопасность при минимальной массе, что особенно важно для рельсового транспорта с повышенными требованиями к энергоэффективности.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Международная инжиниринговая компания, которая разрабатывает, проектирует, тестирует и эксплуатирует транспортно-инфраструктурные комплексы в эстакадном исполнении. Головной офис компании находится в Минске. UST Inc. располагает двумя демонстрационно-испытательными центрами – в Беларуси и Объединённых Арабских Эмиратах, производственным комплексом и конструкторскими бюро. Компания аккредитована в качестве научной организации в Национальной академии наук Беларуси и Государственном комитете по науке и технологиям, получила более 200 международных патентов на изобретения, промышленные образцы, товарные знаки.