PRZEGLĄD MECHANICZNY 5/2015

Numeryczna analiza stanu napr´˝enia
nadbudowy pod∏ogi kompozytowej
do zastosowania w pojazdach dostawczych *)
Numerical analysis of the stress state of the composite
floor structure assigned to an application in vans
LESZEK CZECHOWSKI
MARIA KOTE¸KO
MARCIN JANKOWSKI
Streszczenie: Prezentowana praca zawiera modele trójwymiarowe oraz wyniki analizy stanu napr´˝enia w nadbudowie
pod∏ogi kompozytowej-aluminiowej, mocowanej do konstrukcji samochodu dostawczego za pomocà Êrub. Nadbudowana
konstrukcja w zale˝noÊci od przeznaczenia jest tak projektowana, aby by∏a mo˝liwoÊç zamocowania siedzeƒ do przewozu
osób z ∏atwà regulacjà, a jednoczeÊnie zosta∏ spe∏niony warunek wytrzyma∏oÊciowy i przemieszczeniowy, wynikajàcy
z wymogów normatywnych dla tego typu pojazdów. Materia∏y zastosowane w symulacji cz´Êci podzespo∏ów sà
kompozytami wzmocnionymi w∏óknem szklanym z matrycà ˝ywicznà, a w symulacji elementów prowadzàcych i suwajàcych
sà stopem aluminium, natomiast stela˝ siedzenia wykonany zosta∏ ze stali o podwy˝szonej wytrzyma∏oÊci. W analizie
numerycznej wykorzystano elementy bry∏owe, belkowe oraz elementy wià˝àce RBE3. Celem symulacji by∏o odwzorowanie
rzeczywistych warunków wyrywania siedzenia z prowadnic pod obcià˝eniem statycznym. Problem rozwiàzano, stosujàc
oprogramowanie MSC Patran/Nastran.
S∏owa kluczowe: metoda elementów skoƒczonych, konstrukcje kompozytowe, analiza wytrzyma∏oÊciowa, modelowanie 3D
Abstract: The present work includes tree-dimensional models and analysis results of the stress state in the compositealuminum
floor superstructure, fixed to the vehicle structure by means of bolts. The superstructure, depending on its
purpose, was designed to make mounting of easy regulation passenger seats possible and with fulfiling the strength and
displacement terms concerning, normative requirements. The materials used in the simulation are composite reinforced
with glass fibers in the epoxy matrix and aluminum for sliding parts. The structure of the seat is made of a high-strength
steel. In numerical simulation, the solid elements, the beam elements and the connection elements RBE3 were implemented.
The main purpose of the simulation was to conduct numerical calculation of pulling seats from the floor structure under
the static loading close to real conditions. The problem by means of MSC FEA software was solved.
Keywords: superstructure in vehicles, glass fibers composite, 3-dimensional modelling, strength analysis
W wyniku rosnàcych potrzeb poprawy jakoÊci
projektowanych konstrukcji, zarówno producenci, jak
i konstruktorzy szukajà lepszych materia∏ów. Zwykle
stosujà ró˝nego rodzaju kompozyty o lepszych w∏asnoÊciach
fizyczno-mechanicznych, które od stali czy
aluminium lepiej t∏umià ha∏as oraz drgania, a przy
tym dorównujà lub przewy˝szajà pod wzgl´dem
wytrzyma∏oÊciowym materia∏y klasyczne. Kolejnym
aspektem faworyzujàcym kompozyty jest fakt, i˝ ceny
* ) Praca zosta∏a wykonana w ramach projektu 182458/NCBR/
2013, finansowanego przez Narodowe Centrum Badaƒ i Rozwoju.
Dr in˝. Leszek Czechowski – Katedra Wytrzyma∏oÊci
Materia∏ów i Konstrukcji, Politechnika ¸ódzka, 90-924 ¸ódê,
ul. Stefanowskiego 1/15, e-mail: leszek.czechowski@p.lodz.pl;
prof. dr hab. in˝. Maria Kote∏ko – Katedra Wytrzyma∏oÊci
Materia∏ów i Konstrukcji, Politechnika ¸ódzka, 90-924 ¸ódê,
ul. Stefanowskiego 1/15, e-mail: maria.kotelko@p.lodz.pl,
dr in˝. Marcin Jankowski – OÊrodek Konstrukcyjno-Badawczy,
ul. Rokiciƒska 108/110 Bukowiec, 95-006 Brójce,
e-mail: m.jankowski@okb1.com.pl.
gotowych wyrobów sà porównywalne z dotychczasowymi
rozwiàzaniami i obecnie wykonanie dowolnych
kszta∏tów nie powinno stanowiç wi´kszego
problemu. Dodatkowo, bardzo istotnym parametrem
materia∏ów kompozytowych jest ich g´stoÊç, która
waha si´ w zale˝noÊci od typu kompozytu od 1,3
do 2,3 g/cm 3 . G∏ównym celem prezentowanej pracy
jest wykonanie konstrukcji nadpod∏ogowej z lekkiego
kompozytowego materia∏u, której zasadniczymi
zaletami by∏y korzystna cena oraz ma∏y ci´˝ar w∏aÊciwy
materia∏u. Odnoszàc si´ do dost´pnej literatury,
mo˝na przytoczyç prac´ [1], w której badano kompozytowà
p∏yt´ umieszczonà w pod∏odze pojazdu
na obcià˝enia balistyczne. Jednak analiza tu prezentowana
odbiega zdecydowanie od przedmiotu
pracy [1].
Od kilkudziesi´ciu lat firmy zachodnie wprowadzajà
na rynek konstrukcje aluminiowe mocowane
do pojazdu, najcz´Êciej dostawczego lub minibusa,
s∏u˝àce do przytwierdzenia gotowych siedzeƒ do
przewozu osób. Wymogi stawiane tego typu konstrukcjom
przez ca∏y okres ewoluowa∏y, majàc na celu
ROK WYD. LXXIV ZESZYT 5/2015
21