У Ч Р Е Ж Д Е Н И Е

ЦЕНТР НЕЗАВИСИМОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ НА АВТОМОБИЛЬНОМ  ТРАНСПОРТЕ

«ЦНЭАТ»

 

 443098  г. Самара, ул. Пугачевская 73А, (АТП-5)    тел. (846)  958-87-45  тел/факс. (846) 958-84-09,  e-mail: at-63@mail.ru

Проверка метода DyMesh 

    Метод DyMesh, основы которого рассмотрены в ранее в статье «Метод DyMesh: теория», имеет возможность дифференциации жесткости оболочки транспортного средства в тех пределах, в которых она корректна без учета вторичных деформаций элементов конструкции транспортного средства. Однако ниже, при рассмотрении и оценке результатов проверки метода, надо иметь в виду конечную цель авторов метода – добиться наименьшей ошибки отклонения симуляции столкновения транспортных средств от фактического столкновения при сохранении возможности интерактивной работы эксперта. Последнее, в частности, означает, что время расчета столкновения на компьютере должно быть небольшим, в пределах нескольких минут, а исходные данные – минимальны и доступны.

    Точность модели собственно удара транспортных средств не является единственным фактором, определяющим точность симуляции столкновения, включающего кроме удара движение транспортных средств как до, так и после удара. Тогда возникает естественный вопрос – какова должна быть точность модели удара, обеспечивающая высокую точность симуляции?

    Данная статья основана на материалах работы Т.Дэя и А.Йорка «Проверка метода DyMesh для столкновений транспортных средств с барьерами» (Terry D.Day and Allen R.York. Validation of DyMESH for Vehicle vs Barrier Collisions. SAE Paper № 2000-01-0844), и работы Т.Дэя «Проверка модели SIMON для управляющихся транспортных средств и симуляции столкновений – сравнение результатов с экспериментами и иными моделями» (Terry D.Day. Validation of the SIMON Model for Vehicle Handling and Collision Simulation – Comparison of Results with Experiments and Other Models. SAE Paper № 2004-01-1207).

Ниже обсуждается влияние вида зависимости силы сопротивления от деформации транспортного средства.

     Фактические зависимости суммарной силы сопротивления транспортного средства от деформации, как правило, носят нелинейный характер. Метод DyMesh, имеет возможность априорного определения любого вида зависимости силы от деформации. Так, например, на рисунке ниже показана фактическая зависимость силы (в фунтах) от деформации (в дюймах), полученная при краш-тестовом испытании автомобиля Ford Escort 1997 года при фронтальном столкновении с барьером. На этом же графике показаны возможные линейная и квадратичная аппроксимации фактической зависимости.

   

Д.Киргхофф и соавторы (Kerkhoff, J.F., et. al., “An Investigation into Vehicle Frontal Impact Stiffness, BEV, and Repeated Testing for Reconstruction”, SAE Paper № 930899) обнаружили, что при краш-тестах одной и той же модели автомобиля с разными скоростями удара коэффициенты А и В линейной модели жесткости существенно разные. Это показано на рисунке ниже, где первое число на легенде – скорость столкновения с барьером в милях в час, а вторая – деформация в дюймах.

       

Напряжение течения материала, из которого изготовлены автомобили, не зависит от скорости деформации. Поэтому если концы линий на рисунке выше соединить плавной кривой линией, получим зависимость силы сопротивления конструкции от деформации, которая значительно ближе может быть аппроксимирована квадратичной параболой, чем линейной зависимостью, что и использовано Т.Дэем и А.Йорком.

    Проверка 1. Фронтальное столкновение автомобиля SUBURBAN 1993 года с барьером. В расчетах методом DyMesh, несмотря на трехмерную модель автомобиля, использованы 3 степени свободы – перемещения вдоль горизонтальных осей x и y, и вращение вокруг вертикальной оси. Схема теста показана на рисунке ниже.

В трех расчетах методом DyMesh использованы три вида зависимостей силы сопротивления от деформации – линейная, квадратичная и билинейная (состоящая из двух частей, и где сила не растет более определенной величины при дальнейшей деформации). Для каждой зависимости определен и путь разгрузки – зависимость силы от деформации при упругой разгрузке модели. Зависимости силы от деформации, и соответствующие им зависимости замедления и скорости от времени вместе с фактическими зависимостями (черные линии на двух нижних графиках), показаны на рисунке ниже.

    Из рисунка видно, что результаты симуляции с квадратичной зависимостью силы от деформации (красная линия на верхнем графике и синие пунктирные линии на двух нижних графиках) лежат ближе к фактическим кривым.

Основные результаты трех симуляций – расчетное наибольшее замедление 23-40g при фактическом замедлении 25g, расчетное изменение скорости автомобиля 35-45 миль в час при фактическом изменении скорости 39.8 миль в час. При этом, как видно из нижнего графика на рисунке выше, линейная и квадратичная зависимости силы от деформации привели, в результате, к завышенному значению изменения скорости.

  Проверка 2. Фронтальное столкновение автомобиля DELTA-88 1990 года с барьером под углом 300. В расчетах так же использованы 3 степени свободы, а схема теста показана на рисунке ниже.

Аналогичные прошлому тесту зависимости силы от деформации, и соответствующие им зависимости замедления и скорости от времени вместе с фактическими зависимостями, показаны на рисунке ниже.

Основные результаты трех симуляций – расчетное наибольшее замедление 14-18g при фактическом замедлении 21g, расчетное изменение скорости автомобиля 24-25 миль в час при фактическом изменении скорости 29 миль в час. При этом интересно отметить, что значение коэффициента трения между автомобилем и барьером существенно влияет на расчетную величину изменения скорости автомобиля в результате столкновения. Так, показанные выше результаты получены при значении коэффициента трения 0.4. При значении коэффициента трения 0.2 и квадратичной зависимости силы от деформации расчетное значение изменения скорости автомобиля близко к фактическому значению, что видно из рисунка ниже.

На следующем рисунке показана зависимость расчетной траектории движения автомобиля от времени. При коэффициенте трения 0.2 между автомобилем и барьером разворот автомобиля начинается практически после окончания деформации в его передней правой части, что и в действительности наблюдается в эксперименте.

  

     Проверка 3. Фронтальное столкновение автомобиля Ford Escort 1993 года с барьером.  Для этого и следующего теста в расчетах методом DyMesh использованы все 6 степеней свободы – перемещения и вращения относительно всех осей координат.

Для этого теста расчетные данные для линейной и квадратичной зависимостей силы от деформации практически совпадают, что видно из рисунка ниже.

Основные результаты трех симуляций – расчетное наибольшее замедление 20-43.5g при фактическом замедлении 40.5g, расчетное изменение скорости автомобиля 38-45 миль в час при фактическом изменении скорости 39 миль в час, наибольшая расчетная деформация 23.7-36 дюймов при фактической деформации 19.8 дюймов.

    Проверка 4. Фронтальное столкновение автомобиля Ford Explorer 1996 года с деформируемым фигурным барьером с перекрытием 40%. Механические свойства и форма деформируемого барьера были таковы, что барьер имитировал бампер другого автомобиля.

Расчетные данные, аналогичные предыдущим, показаны на рисунке ниже.

    Как и ранее, расчетные данные для линейной и квадратичной зависимостей силы от деформации практически совпадают. Основные результаты трех симуляций – расчетное наибольшее замедление 24-32.5g при фактическом замедлении 31.5g, расчетное изменение скорости автомобиля 43.1-43.4 миль в час при фактическом изменении скорости 45 миль в час, наибольшая расчетная деформация 26.4-27.6 дюймов при фактической деформации 28.3 дюймов.

    Интересно отметить, что во всех тестах билинейная зависимость силы от деформации всегда дает меньшее, чем фактическое, расчетное значение уменьшения скорости. Этот важный факт будет использован в дальнейшем при анализе методов, дающих возможность дифференцировать жесткость кузовов транспортных средств.

    На рисунке ниже показано сравнение результатов расчета методом DyMesh и скоростной съемки краш-теста этого автомобиля. Видно, что характер изменения во времени и значения расчетного и фактического движения (разворота) автомобиля хорошо совпадают.

 

    Итак, симуляция столкновений с барьерами показала, что расчетное значение изменения скорости в результате удара и характер расчетного замедления при ударе могут существенно зависеть от вида зависимости силы от деформации.

    Проверки метода на инсценированных столкновениях. Расчеты проводились компьютерной программой SIMON (Simulation Model Nonlinear) – новой трехмерной динамической моделью симуляции столкновений транспортных средств, разработанной Engineering Dynamics Corporation в 2001 году. Возможности этой модели включают как моделирование нелинейных управляемых маневров транспортных средств, так и симуляцию столкновений одного или нескольких транспортных средств методом DyMesh. Для проверки программы были использованы следующие пять инсценированных столкновения легковых автомобилей.

1. Ford Explorer 1992г., скорость 45.9 миль в час, и Ford F-150 Pickup 1984г., скорость 46.1 миль в час, угол между продольными осями в момент столкновения 550 (Two-Moving Vehicle Crash Test, 1984 Ford F-150 Pickup into a 1992 Ford Explorer, June 23, 1999, Exponent Failure Analysis Test and Engineering Center, ReportPH06015/C0F0/0699/R256, Phoenix, 1999).

 

2. Ford Torino 1974г., скорость 21.2 миль в час, и стоящий Ford Printo 1974г., попутное столкновение с перекрытием и углом между продольными осями автомобилей 100 (Shoemaker, N.E., Research Input for Computer Simulation of Automobile Collisions - Volumes II and III - Staged Collision Reconstructions, Calspan Corporation, DOT HS-805 037 and DOT HS-805-038, Buffalo, 1978).

3. Chev Chevelle 1974г., скорость 31.5 миль в час, и Ford Printo 1974г., скорость 31.5 миль в час, угол между продольными осями автомобилей 600 (Отчет тот же).

 

4. Chevrolet Chevelle Malibu 1974г., скорость 21.5 миль в час, и Volkswagen Rabbit 1975г, скорость 21.5 миль в час, угол между продольными осями автомобилей 600 (Отчет тот же).

 

5. Honda Civic CVCC, скорость 31.4 миль в час, и Ford Torino, скорость 31.4 миль в час, угол между продольными осями автомобилей 900 (Отчет тот же).

    Результаты моделирования столкновения в программе SIMON и их сравнение с фактическими данными приведено в следующей таблице (фут равен 0.3м, миля в час равна 1.6 км/ч). 

№ теста

Ошибка вычисления положения после столкновения

Ошибка вычисления изменения скорости в результате удара

Автомобиль №1

Автомобиль №2

Автомобиль №1

Автомобиль №2

Расстояние, фт

(%)

Угол ориентации, град,

(%)

Расстояние, фт,

(%)

Угол ориентации, град,

(%)

DV,

миль в час,

(%)

DV,

миль в час,

(%)

1

1.9

(2.1)

-13.5

(-3.8)

13.7

(49.8)

-46.1

(-12.8)

9.6

(32.0)

10.6

(25.2)

2

0.9

(0.9)

-3.9

(-1.1)

2.0

(1.3)

-21.0

(-5.8)

-1.4

(-14.9)

-3.6

(-23.4)

3

4.6

(21.9)

-6.6

(-1.8)

1.4

(5.0)

14.8

(4.1)

3.5

(17.9)

0.9

(3.5)

4

0.1

(0.2)

-1.8

(-0.5)

5.9

(27.4)

-6.7

(-1.9)

0.3

(3.3)

-1.5

(-10.3)

5

2.6

(6.0)

12.8

(3.6)

-0.8

(-9.5)

-26.2

(-7.3)

-0.3

(-1.0)

-0.4

(-3.1)

    На рисунках ниже показаны фотографии 1-го и 2-го автомобилей и их расчетные деформированные оболочки для тестов 1,2 и 4. Похожесть расчетных деформаций на фактические читатель может оценить сам.

 


     Итак, только в тесте №5 ошибка определения изменения скорости достаточно мала, в первых трех тестах эта ошибка достаточна велика. И как и для любого метода, построенного на гипотезе,  величина ошибки, и ее знак - непрогнозируемые.

    Ну а теперь главный вопрос, с которого началась интрига в прошлой статье «Метод DyMesh: теория» - где же дифференциация жесткости автомобиля, где определение своей зависимости силы от деформации для каждого узла сеточной модели, почему авторы метода DyMesh про это молчат?

А им это надо?

    Ответа на вопрос о дифференциации жесткости нет, и читатель может убедиться, побывав на сайте Engineering Dynamics Corporation по адресу http://www.edccorp.com и просмотрев библиотеку публикаций. Авторы метода DyMesh используя данные линейной гипотезы, пересчитывают силу на единицу площади и задавая каждому узлу сетки жесткость, пропорциональную площади поверхности, ассоциированной с этим узлом. Сеточная модель поверхности автомобиля решает другие проблемы – трехмерная симуляция, увеличение степеней свободы системы, отказ от нулевого времени удара и гипотезы Кудлиха-Слибара, и т.д.

    Западные исследователи мыслят в другом направлении, несколько непривычном Российскому эксперту – они совершенствуют модели, позволяющие быстро производить исследование обстоятельств ДТП, не заботясь о категоричности результата исследования и удовлетворяясь достаточной, по их мнению, точностью. Это надо понять и принять – такова сложившаяся у них судебная практика и идеология научных исследований.

    Можно ли дифференцировать жесткость в DyMesh, можно ли сделать эту модель способной давать категоричные выводы? На эти вопросы мы попытаемся ответить в следующей статье.

   

Ведущий научный сотрудник Института

механики Уфимского научного центра РАН,

кандидат технических наук

В.Н.Никонов,

 

    В связи со вступлением России во Всемирную Торговую Организацию (ВТО), экспертам  необходимо быть готовыми к попыткам применения на территории России стандартов западных стран. Что это такое? Чем они  хуже и почему не могут применяться в судебной практике? Комментирует ведущий научный сотрудник института механики Уфимского научного центра РАН  Никонов Владимир Николаевич. ЦНЭАТ публикует статьи и оставляет оппонентам возможность высылать в наш адрес для публикации свои доводы. Если таковые поступят, то мы обязательно их  опубликуем на данной странице, чтобы читатель мог сопоставить позиции сторон. Материалы вы можете высылать ЦНЭАТ, тема: Ответ на статью Никонова В.Н.  

© 2006,  ЦНЭАТ , г. Самара, ссылка на ЦНЭАТ и страницу обязательны      



 

Главная

Назад