Журнал "Системы Безопасности" № 3‘2020

Н аиболее распространенные конструкции ПТУ обеспечивают защиту за счет собст- венной способности рассеивать полностью или значительную долю кинетической энергии транспортного средства (ТС). При этом боль- шая часть (по габаритам) силовой системы либо вся конструкция ПТУ рассчитаны на одно- кратное применение, что, естественно, вызы- вает вопросы у заказчиков: "Почему ПТУ при столкновении получает повреждения визуаль- но более значительные, чем ударяющее ТС?" Однако такой подход позволяет останавливать транспортное средство любой жесткости с не превышающими заявленные значения скоро- стью и массой, а также существенно снизить материалоемкость конструкции ПТУ. Кроме того, для подтверждения заявленных характе- ристик достаточно единичного испытания мак- симально жестким транспортным средством. Непростая задача Основой для расчета характеристик ПТУ являет- ся закон сохранения энергии. Для случая столк- новения объекта с неподвижным противотаран- ным устройством математическое выражение имеет вид: E T 1 + E R1 = E‘ T 1 + E‘ T 2 + E‘ R1 + E‘ R2 + E D1 + E D2 + E Rest , где E T 1 и E R 1 – составляющие поступательного и вращательного движения перед столкновени- ем ТС с ПТУ; E‘ T 1 , E‘ T 2 и E‘ R 1 , E‘ R 2 – составляю- щие поступательного и вращательного движе- ния после столкновения для каждого из тел; E D1 , E D2 – энергия, затраченная на пластиче- скую деформацию каждого из тел; E Rest – энер- гия, рассеянная в результате трения между взаимодействующими объектами, резания металла, вертикального перемещения авто- транспортного средства в процессе удара, поте- ри энергии на вращение в трансмиссии и коле- сах, а также другие энергетические затраты. Проектирование противотаранного устрой- ства, обеспечивающего остановку транспорт- ного средства без собственных значительных деформаций, представляет собой сложную задачу ввиду того, что упругие деформации ПТУ относительно малы и перемещение ТС (рассеивание энергии) при остановке про- исходит за счет его собственных деформаций. Как следствие, силовое воздействие на кон- струкцию ПТУ зависит от степени деформации транспортного средства. При этом жесткость ТС во фронтальном направлении их произво- дителями не указывается. Соотношение усилия и возникающей деформа- ции транспортного средства достаточно под- робно изучается при расследовании дорожно- транспортных происшествий в практике судеб- ных экспертиз, а также при подтверждении без- опасности легковых ТС. Энергия деформации в цифрах В настоящее время для определения энергети- ческого эквивалента деформации широко при- меняется метод сравнительного анализа с использованием предназначенных для этого баз данных (программных модулей). При этом по известной величине деформации выявляется начальная скорость. Оценивать степень интенсивности столкновения на основе энергии деформации поврежденных ТС предложено еще в начале 1970-х гг. 1 Энер- гия деформации ТС при соударении эквива- лентна соответствующему изменению кинетиче- ской энергии. При соударении с бетонным барьером при 100%-ном перекрытии либо при столкновениях, после которых ТС обладает незначительным запасом кинетической энер- гии, можно принять, что кинетическая энергия, которой обладало транспортное средство перед столкновением, равна энергии деформации: M х V 2 /2=F m х s m , где F m – средняя деформирующая сила, s m – среднее значение остаточной деформации. Зависимость удельной силы f от величины деформации выглядит соответствующим обра- зом 2 : f = a 0 + a 1 х s m , где a 0 – сила, при превышении которой насту- пает остаточная деформация; a 1 – относитель- ная (по ширине) жесткость структуры кузова. Параметры a 0 и a 1 определяются на основе анализа проводимых краш-тестов, результаты которых находятся в общедоступных специа- лизированных базах данных. На их базе существуют программы для определения энергии деформации по величине поврежде- ний, например Crash 3 – EBS Calculation про- граммного комплекса PC-CRASH. При этом характеристики жесткости ТС существенно разнятся в зависимости от производителя, конкретной марки, года выпуска и типа транс- портного средства (рис. 1). Энергия деформации для легкового автомоби- ля определяется по величине деформированно- го объема: E d = 0,5 х w х h х C 2 ∙х k*, где w – ширина деформированной части кузо- ва, м; h – высота деформированной части кузо- ва, м; C – глубина деформации, м; k* – коэф- фициент сопротивления деформации, Н/м∙х м 2 . Нагрузки на ПТУ Применение указанной формулы и коэффи- циента сопротивления деформации позво- ляет рассчитывать нагрузки на противота- ранное устройство в зависимости от его гео- метрии, а также параметров транспортного средства. Наиболее полные данные представлены на легковые автомобили, легкие грузовики и внедорожники. Параметры жесткости легко- вых автомобилей во фронтальном направле- нии по результатам краш-тестов приводятся в литературных источниках и имеют значения в диапазоне от 650 000 до 2 100 000 Н/м∙х м 2 . Результаты расчета скорости столкновения и энергии деформации по величине деформации на основе данных краш-теста легкого грузовика Ford F250 Pickup в программе PC-CRASH о плос- кое препятствие представлены на рис. 2. www.secuteck.ru июнь – июль 2020 К О М П Л Е К С Н А Я Б Е З О П А С Н О С Т Ь , П Е Р И М Е Т Р О В Ы Е С И С Т Е М Ы 107 СПЕЦПРОЕКТ ЗАЩИТА ПЕРИмЕТРА Денис Тарасов Начальник отдела инженерного анализа конструкций ЗАО "ЦеСИС НИКИР-ЭТ", к.т.н. Герман Большаков Доцент кафедры компьютерного проектирования технологического оборудования политехнического института Пензенского государственного университета, к.т.н. Гася энергию удара К противотаранным устройствам (ПТУ) предъявляются все более жесткие требования по сохранению работоспособности (отсутствию пластических деформаций) после таранного удара транспортным средством на малой скорости или расчетной ско- рости взаимодействия. В статье рассмотрены вопросы разработки ПТУ, которые сохраняют работоспособность после такого таранного удара 1 Митунявичус В. Оценка энергии деформации при анализе столкновений. http://pc-crash.sudexa.ru/publikacii/teoreticheskoe-obosnovanie.php.

RkJQdWJsaXNoZXIy Mzk4NzYw