Модель контактної взаємодії торсіонного вала системи підресорювання легкої броньованої машини зі спряженими деталями

Abstract

У роботі описана модель контактної взаємодії торсіонного вала системи підресорювання легкої броньованої машини зі спряженими деталями. Вона будується на основі варіаційної постановки задачі аналізу міцності та довговічності торсіонних валів систем підресорювання легких броньованих машин. При цьому враховуються два значущих чинники: контактна взаємодія торсіонного вала зі спряженими деталями, з одного боку, та пружно-пластичний напружено-деформований стан, – з іншого боку. Перший чинник важливий із причини того, що основний силовий фактор (крутний момент) створюється за рахунок тиску на робочих поверхнях шліцьової головки торсіонного вала. Другий чинник важливий тим, що саме завдяки інтенсивним пластичним деформаціям на технологічних операціях заневолення торсіонних валів у їх тілі виникає сприятливий розподіл залишкових напружень. Важливо, що ці два чинники впливають один на одного. Особливо це відчутно у головці торсіонного вала. Для того, щоби обидва зазначені чинники врахувати у єдиній математичній моделі, була залучена та адаптована теорія варіаційних нерівностей. Задача зводиться до проблеми мінімізації функціоналу повної енергії системи на множині переміщень, які задовольняють умовам непроникнення контактуючих тіл одне в одного. Таким чином, у єдиній моделі ув’язується і структурна, і фізична нелінійність. У цьому полягає перевага розробленого підходу. Можливості моделювання проілюстровані на тестових задачах.

The paper describes a model of contact interaction of a torsion shaft of a light armored vehicle suspension system with mating parts. It is built on the basis of a variational formulation of the problem of analyzing the strength and durability of torsion shafts of light armored vehicle suspension systems. In this case, two significant factors are taken into account: the contact interaction of the torsion shaft with the mating parts, on the one hand, and the elastic-plastic stress-strain state, on the other hand. The first factor is important because the main force factor (torque) is created by the pressure on the working surfaces of the splined head of the torsion shaft. The second factor is important because it is precisely due to the intense plastic deformations during the technological operations of enslaving torsion shafts that a favorable distribution of residual stresses occurs in their body. It is important that these two factors influence each other. This is especially noticeable in the torsion shaft head. In order to take both of these factors into account in a single mathematical model, the theory of variational inequalities was involved and adapted. The problem is reduced to the problem of minimizing the functional of the total energy of the system on the set of displacements that satisfy the conditions of non-penetration of contacting bodies into each other. Thus, both structural and physical nonlinearity are combined in a single model. This is the advantage of the developed approach. The modeling capabilities are illustrated in test problems.