Схема организации исследований при разработке нового изделия




 

Работа над новым изделием начинается с определения его целевой функции (или функционала) R, который может быть выбран в виде (5.4.1). Показателями Bi (i = 1,…, M), от которых зависит R, являются выходные характеристики - масса шины, габариты, жесткостные характеристики, значения максимальной нагрузки на шину и максимальной скорости, сцепные свойства, потери на качение, гарантийный пробег, показатели шума, силовой и геометрической однородности, комфортности и проч. Сюда же входит и цена шины.

Показатели Bi зависят от переменных Aj (j = 1,…, N), которыми являются варьируемые параметры, характеризующие конструкцию шины и свойства ее материалов.

На основе целевой функции производится выбор исходного варианта в виде хорошо зарекомендовавшего себя аналога. Для построения нового изделия следует применить метод планирования компьютерного эксперимента. Изложим смысл этого этапа.

Будем исходить из того, что в нашем распоряжении имеется совершенная компьютерная программа (или пакет программ), которая, используя параметры конструкции шины и свойства составляющих ее материалов, а также условия работы шины, выдает интересующие конструктора характеристики (жесткость, потери на качение, пробег до разрушения, сцепные свойства, и проч.). Другими словами, заложив в программу исходные данные Aj (j = 1,…, N), на выходе получают значения выходных показателей Bi (i = 1,…, M) и другие требуемые характеристики готового изделия. Имеющиеся пакеты, их возможности и ограничения проанализированы в обзоре. Ниже будут указаны пути их усовершенствования с учетом результатов, полученных в данной диссертационной работе.

Используя известные методы планирования эксперимента, получим с помощью этого пакета требуемое число «экспериментальных» точек (слово «экспериментальных» мы взяли в кавычки, потому что это не реальный, а компьютерный эксперимент). Под точкой понимается один вариант шины, для которого определены (рассчитаны) Bi по заданным Aj. Далее применим методы регрессионного анализа и рассчитаем коэффициенты для выбранной модели связи Bi с Aj (например, в виде (5.3.1)). Задача состоит в нахождении величин Aj, обеспечивающих оптимальные значения величин Bi. В качестве критерия оптимизации выберем функционал следующего вида:

(5.4.1)

Здесь:

m3 – общее число показателей оптимизации,

m1 – число показателей, входящих в m3 и ограниченных сверху и снизу,

m2 - m1 – число показателей, входящих в m3 и ограниченных снизу,

m3 - m2 – число показателей, входящих в m3 и ограниченных сверху,

Biтpеб - середина интервала требуемых значений i -го показателя,

Bimax – максимальное значение i -го показателя,

Bi min – минимальное значение i -го показателя

DBi - полуширина интервала требуемых значений i -го показателя,

n1, n2, n3 – степени, определяющие форму области допустимых значений показателей Bi (n1 – четное число).

 

Первый член выражения (5.4.1) описывает показатели, ограниченные и сверху, и снизу. Например, длина заготовки протектора, ширина брекера и другие геометрические размеры.

Второй член описывает показатели, ограниченные снизу. К ним относятся: число километров до разрушения каждой детали (это могут быть разные величины с учетом, например, многократного восстановления протектора); сцепные свойства.

Третий член описывает показатели, ограниченные сверху. Например: потери на качение; силовая и геометрическая неоднородность; масса; шумообразование; вибрация.

Кроме указанных, могут быть показатели, не имеющие количественного выражения. Например: внешний вид, комфортность при езде, экологическая безопасность, способность к утилизации. Для них может быть использована балльная оценка, сводящая данные показатели к описанным трем типам.

Однако условия (5.4.1) недостаточно. Задача оптимизации будет решенной, если будут выполнены неравенства

(5.4.2)

Вид целевого функционала (5.4.1) при его минимизации с соблюдением условий (5.4.2) позволяет отобрать множество вариантов, показатели Bi которых находятся в заданных областях значений, характеризующих конструкцию шины и свойства ее материалов. Чем больше n, тем ближе R к нулю внутри области допустимых значений и тем быстрее возрастает за границами этой области.

Для небольших значений m3 минимум R находится простым перебором всех возможных вариантов с определенным шагом, не превышающим точность измерения соответствующих показателей. Для числа факторов m3 > 5 используют различные алгоритмы нахождения минимума функции многих переменных (см. раздел 2.7, а также [[8]]).

Описанная процедура выбора и минимизации функционала R может быть положена в основу процесса оптимизации конструкции и материалов шины, с учетом того, что связь выходных показателей Bi с параметрами технологического процесса Aj задана уравнениями (1 – 4).

Рассмотрим более детально введенное выше понятие «совершенного пакета программ».

Реально имеющиеся расчетные средства не могут в полной мере решить задачу прогнозирования выходных характеристик шины. Мы не будем останавливаться на том, что в настоящее время не решена динамическая задача расчета катящейся шины, нет адекватного метода расчета шумообразования, и проч. В данной работе акцент сделан на резинокордных деталях. Но и здесь, даже если бы позволяли вычислительные возможности компьютеров, имеющиеся программные средства не дали бы результатов, адекватных реальности, по причине неточного задания свойств материалов шины – резины и корда. В начале раздела перечислены четыре задачи, которые решены в данной работе для частичного преодоления указанных недостатков. Исходя из этого, совершенным мы будем называть пакет, основанный на МКЭ и использующий достаточно близкие к реальным вязкоупругие свойства резины и корда.

Но если основным, наиболее информативным признается МКЭ, то нужны ли другие расчетные методы? Безусловно, нужны. Они, с одной стороны, часто оказываются достаточными при решении задач геометрии шины при воздействии статических нагрузок (внутреннее давление, осевая и боковая нагрузки, и др.), с другой – поставляют исходные данные при использовании программных средств более высокого уровня. К таким программным средствам относится, например, пакет АПР (Автоматизированный поверочный расчет).

Итак, совершенный пакет программ предназначен для расчета выходных характеристик с учетом всех допустимых их значений. Важнейшими выходными характеристиками являются НДС и температура. Их значения требуется знать с максимальной степенью детализации только в критических зонах – там, где происходит разрушение. Например, по кромкам брекера, между резинокордными слоями, в зоне борта. В этих областях требуется особая прецизионность вычислений. Повторим, что это может быть достигнуто на современном этапе только с использованием МКЭ, при условии, что заложены адекватные свойства материалов.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-12-07 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: