ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 8
Глава 1. Анализ состояния вопроса по созданию и особенностям колесных
амфибийных машин ...................................................................................................... 13
1.1. Классификация колесных амфибийных машин ............................................. 13
1.2. Обзор конструкций кузовов колесных амфибийных машин ....................... 17
1.2.1. Формы кузова ............................................................................................ 17
1.2.2. Материалы кузова ..................................................................................... 19
1.2.3. Виды несущих систем .............................................................................. 20
1.2.4. Типы панелей ............................................................................................ 21
1.2.5. Структура каркаса ..................................................................................... 22
1.3. Обзор условий эксплуатации и нагрузочных режимов ................................ 23
1.3.1. Условия эксплуатации .............................................................................. 24
1.3.2. Нагрузочные режимы ............................................................................... 25
1.3.2.1.Нагрузочные режимы при движении по суще ............................... 25
1.3.2.2.Нагрузочные режимы при движении по воде ................................ 26
1.3.2.3.Нагрузочные режимы при входе и выходе из воды ....................... 27
1.3.3. Расчетно-экспериментальные методы исследований ........................... 27
1.3.3.1.При движении по суше ..................................................................... 27
1.3.3.2.При движении по воде ...................................................................... 28
1.3.3.3.При входе и выходе из воды ............................................................ 29
1.4. Обзор методов оптимизации ............................................................................ 30
1.4.1. Топологическая оптимизация .................................................................. 30
1.4.2. Параметрическая оптимизация................................................................ 31
1.4.2.1.Прямой метод .................................................................................... 31
1.4.2.2.Метод поверхности отклика ............................................................ 32
1.4.2.3.Взвешенный метод TOPSIS ............................................................. 32
3
Стр.
1.5. Выбор объекта исследований .......................................................................... 34
1.6. Выводы по Главе 1 ............................................................................................ 35
Глава 2. Разработка рациональных моделей для гидродинамического анализа,
моделирования движения и КЭМ кузовов, предназначенных для определения
предельных нагрузочных режимов, исследования НДС и оптимизации ................ 37
2.1. Разработка моделей кузова амфибийной машины для
определения нагрузочных режимов ........................................................................ 37
2.1.1. Геометрические модели амфибийной машины ..................................... 37
2.1.2. Динамическая модель для расчетов нагрузочных режимов при
движении на суше ............................................................................................... 38
2.1.3. КЭМ для расчетов нагрузочных режимов при движении по воде ...... 38
2.2. Моделирование эксплуатационных нагрузочных режимов ......................... 40
2.2.1. Движение по суше .................................................................................... 40
2.2.1.1.Квазистатические режимы ............................................................... 41
2.2.1.2.Движение по синусоидальным дорогам ......................................... 43
2.2.1.3.Движение по дорогам со случайными профилями ....................... 45
2.2.2. Движение при входе и выходе из воды .................................................. 46
2.2.3. Движение по воде ..................................................................................... 49
2.2.3.1.Прямолинейное движение по спокойной воде (50 км/ч) .............. 49
2.2.3.2.Поворот на спокойной воде (50 км/ч) ............................................. 50
2.2.3.3.Движение против волны (50 км/ч) .................................................. 51
2.2.3.4.Удары волн о борт (0 км/ч) ............................................................... 52
2.3. Предварительные расчеты кузова из алюминиевого сплава для
нахождения экстремальных режимов ..................................................................... 54
2.3.1. КЭМ и граничные условия для предварительных расчетов ................ 54
2.3.2. Экстремальный режим для передней части кузова ............................... 55
2.3.3. Экстремальный режим для днища кузова .............................................. 56
2.3.4. Экстремальный режим для боковой части кузова ................................. 58
2.4. Разработка КЭМ кузова .................................................................................... 59
4
Стр.
2.4.1. КЭМ всего кузова ..................................................................................... 59
2.4.2. КЭМ передней части кузова .................................................................... 59
2.5. Верификация результатов моделирования МКЭ ........................................... 60
2.5.1. Цель и задачи ............................................................................................. 60
2.5.2. Составление моделей ................................................................................ 61
2.5.3. Анализ результатов моделирования ....................................................... 62
2.6. Верификация моделей ...................................................................................... 65
2.6.1. Цель и задачи ............................................................................................. 65
2.6.2. Составление моделей ................................................................................ 65
2.6.3. Экспериментальное оборудование и его описание ............................... 67
2.6.4. Режимы проведения эксперимента ......................................................... 70
2.6.5. Анализ результатов эксперимента .......................................................... 71
2.7. Выводы по Главе 2 ............................................................................................ 74
Глава 3. Методика поиска оптимальных параметров каркаса и панелей
кузовов скоростных колесных амфибийных машин ................................................. 76
3.1. Введение ............................................................................................................. 76
3.2. Нахождения наилучших параметров панелей кузова ................................... 76
3.2.1. Выбор типа и материала панелей кузова ................................................ 77
3.2.1.1.Постановка задачи ............................................................................ 77
3.2.1.2.Панели передней части кузова ........................................................ 79
3.2.1.3.Панели днища кузова ....................................................................... 81
3.2.1.4.Панели боковой части кузова .......................................................... 82
3.2.1.5.Заключение ........................................................................................ 84
3.2.2. Оптимизация углов и последовательности слоев обшивки
сэндвич-панелей .................................................................................................. 84
3.3. Нахождения наилучших параметров каркасов .............................................. 86
3.3.1. Структура каркаса ..................................................................................... 86
3.3.1.1.Введение ............................................................................................ 86
3.3.1.2.Структура каркаса передней части кузова ..................................... 87
5
Стр.
3.3.1.3.Структура каркаса днища и боковой части кузова ........................ 90
3.3.2. Сечения каркаса ........................................................................................ 92
3.3.2.1.Введение ............................................................................................ 92
3.3.2.2.Сечения каркаса передней части кузова ......................................... 94
3.3.2.3.Сечения каркаса днища кузова ........................................................ 95
3.3.2.4.Сечения каркаса боковой части кузова ........................................... 95
3.3.2.5.Заключение ........................................................................................ 96
3.3.3. Материалы каркаса ................................................................................... 96
3.3.3.1.Введение ............................................................................................ 96
3.3.3.2.Материалы каркаса днища кузова ................................................... 98
3.3.3.3.Материалы каркаса боковой части кузова ...................................... 99
3.3.3.4.Заключение ........................................................................................ 99
3.3.4. Наполнитель каркаса .............................................................................. 100
3.3.4.1.Введение .......................................................................................... 100
3.3.4.2.Применение наполнителя каркаса в днище кузова ..................... 101
3.3.4.3.Применение наполнителя каркаса в боковой части кузова ........ 103
3.3.5. Соединение каркаса с панелями ............................................................ 104
3.3.5.1.Введение .......................................................................................... 104
3.3.5.2.Соединение каркаса днища кузова с панелями ........................... 105
3.3.5.3.Соединение каркаса боковой части кузова с панелями .............. 106
3.3.5.4.Заключение ...................................................................................... 107
3.4. Методика нахождения оптимальной топологии каркаса
кузовов амфибийных машин на основе взвешенного метода TOPSIS .............. 107
3.4.1. Введение .................................................................................................. 107
3.4.2. Основные положения разработанной методики .................................. 108
3.4.3. Каркас передней части кузова ............................................................... 110
3.4.4. Каркас днища кузова .............................................................................. 115
3.4.5. Каркас боковой части кузова ................................................................. 124
3.4.6. Сравнительное исследование ................................................................ 127
6
Стр.
3.4.7. Заключение .............................................................................................. 131
3.5. Метод многокритериальной параметрической оптимизации на
основе усовершенствованного взвешенного метода TOPSIS ............................ 132
3.5.1. Введение .................................................................................................. 132
3.5.2. Основные положения разработанного метода ..................................... 133
3.5.3. Особенность предлагаемого метода ..................................................... 135
3.5.4. Параметрическая оптимизация панели днища кузова ........................ 138
3.5.5. Сравнительное исследование ................................................................ 143
3.5.6. Заключение .............................................................................................. 144
3.6. Оптимизация кузова с учетом международных требований правил
прочности и жесткости конструкций из полимерных композиционных
материалов ............................................................................................................... 144
3.6.1. Введение .................................................................................................. 144
3.6.2. Оптимизация днища и боковой части кузова ...................................... 147
3.6.3. Оптимизация передней части кузова .................................................... 149
3.6.4. Результат оптимизации .......................................................................... 152
3.7. Сравнительное исследование прочности и жесткости кузова на базе
высокоточных КЭМ ................................................................................................ 153
3.7.1. Разработка высокоточной КЭМ кузова ................................................ 153
3.7.2. Сравнение НДС передней части кузова ............................................... 154
3.7.3. Сравнение НДС днища кузова............................................................... 155
3.7.4. Сравнение НДС боковой части кузова ................................................. 162
3.7.5. Заключение .............................................................................................. 164
3.8. Выводы по Главе 3 .......................................................................................... 164
Глава 4. Методика совершенствования конструкций корпусов амфибийных
колесных машин на стадии проектирования ............................................................ 167
4.1. Основные положения методики совершенствования конструкций
корпусов амфибийных колесных машин .............................................................. 167
7
Стр.
4.2. Применение разработанной методики к исследованию кузова
скоростной амфибийной машины Quadski ........................................................... 169
4.2.1. Выбор объекта исследований для иллюстрации эффективности
разработанной методики .................................................................................. 169
4.2.2. Разработка моделей кузова скоростной амфибийной машины
Quadski ................................................................................................................ 170
4.2.3. Расчет экстремальных нагрузочных режимов ..................................... 172
4.2.4. Предварительный расчет кузова из SMC стекловолокна ................... 174
4.2.5. Нахождение оптимальной топологии каркаса средней и задней
частей днища кузова ......................................................................................... 179
4.2.6. Нахождение оптимальной топологии каркаса передней части
днища кузова ..................................................................................................... 182
4.2.7. Параметрическая оптимизация панелей с учетом стандартов ........... 185
4.2.8. Результат оптимизации .......................................................................... 190
4.3. Выводы по Главе 4 .......................................................................................... 192
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ..................................................................... 194
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ........................................................................................... 196
ПРИЛОЖЕНИЯ ........................................................................................................... 206
