Визначення впливу трикутних міжвіконних пройм боковин кузова автобуса на його структуру, міцність та пасивну безпеку

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.321663

Ключові слова:

міжвіконні пройми, кузов автобуса, структурна оптимізація, напруження Мізеса, пасивна безпека

Анотація

Об’єктом досліджень виступає просторова модель каркаса кузова міського автобуса Ukrautobusprom 4289, що піддається структурній оптимізації боковин з метою їх посилення у зв’язку зі зростанням спорядженої маси. Причина обтяження полягає у необхідності встановлення акумуляторних батарей на даху, що є єдиноможливим місцем, враховуючи низькопідлогову компоновку Low-entry. Електрифікація міських автобусів пов’язана з неминучим регламентованим скороченням викидів CO2 на 30% до 2030 (Євро 7) і повною декарбонізацією до 2050. Складаючи 30–40% від загальної вартості автобуса, кузов вимагає збереження при переоснащенні дизельних міських машин під електротягу. Електрифікація автобусів автоматично накладає умову дотримання Правил UNECE R100 щодо поглинання 5.5 та 6g прискорень блоком батарей разом з кузовом. Для вирішення проблеми запропоновано перехід з класичних прямокутних на трикутні міжвіконні пройми боковин. Пропонується аналітична методика імітації натурних випробувань наближена до реальних фізичних тестів. Завдяки вищій жорсткості трикутних структур досягнуто скорочення максимальних напружень на 2.85 та 16.75% у режимах статичного кручення та згину й збереження конструкції в межах текучості σy=252 МПа сталі. Максимальні деформації знизилися на 28.71% при згині та на 50.77% при крученні. Напруження в умовах R100 скоротилися на 18.52 та 16.07% у режимах 6.6g та 5g відповідно. Деформації в останньому випадку зменшилися на 46.09% та склали лише 10.83 мм. Завдяки запропонованому підходу до структурної модифікації боковин досягнуто уніфікації кузова під будь-який тип приводу: дизельний, гібридний або електричний. За умов достатньої технологічності виробництва кузовів автобусів дане рішення може бути  використано на практиці

Біографії авторів

Костянтин Едуардович Голенко, Хмельницький національний університет

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра трибології, автомобілів та матеріалознавства

Олександр Володимирович Диха, Хмельницький національний університет

Доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра трибології, автомобілів та матеріалознавства

Максим Олександрович Диха, Хмельницький національний університет

Кандидат технічних наук

Кафедра трибології, автомобілів та матеріалознавства

Володимир Олександрович Дитинюк, Хмельницький національний університет

Доктор філософії, викладач

Кафедра трибології, автомобілів та матеріалознавства

Орест Зенонович Горбай, Національний університет «Львівська політехніка»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра проєктування машин та автомобільного інжинірингу

Юрій Іванович Войчишин, Національний університет «Львівська політехніка»

Аспірант

Кафедра проєктування машин та автомобільного інжинірингу

Любомир Васильович Крайник, Львівський національний університет природокористування

Доктор технічних наук, професор

Кафедра автомобілів і тракторів

Посилання

  1. Holenko, K., Dykha, O., Koda, E., Kernytskyy, I., Royko, Y., Horbay, O. et al. (2024). Validation of Frontal Crashworthiness Simulation for Low-Entry Type Bus Body According to UNECE R29 Requirements. Applied Sciences, 14 (13), 5595. https://doi.org/10.3390/app14135595
  2. Holenko, K., Dykha, O., Koda, E., Kernytskyy, I., Horbay, O., Royko, Y. et al. (2024). Structure and Strength Optimization of the Bogdan ERCV27 Electric Garbage Truck Spatial Frame Under Static Loading. Applied Sciences, 14 (23), 11012. https://doi.org/10.3390/app142311012
  3. Holenko, K., Koda, E., Kernytskyy, I., Babak, O., Horbay, O., Popovych, V. et al. (2023). Evaluation of Accelerator Pedal Strength under Critical Loads Using the Finite Element Method. Applied Sciences, 13 (11), 6684. https://doi.org/10.3390/app13116684
  4. Kehoe, P., Jafroudi, N., Oubahou, R. A., Toma, E. (2024). Experimental Testing for the Validation of a Multi-body Dynamics Model for a Novel Electric Bus. Advances in Dynamics of Vehicles on Roads and Tracks III, 664–670. https://doi.org/10.1007/978-3-031-66968-2_65
  5. Yang, X., Tian, D. (2024). Design Optimization of a Lightweight Electric Bus Body Frame Orienting the Static Performance and Side-Impact Safety. SAE Technical Paper Series. https://doi.org/10.4271/2024-01-2461
  6. Wang, D., Xie, C., Liu, Y., Xu, W., Chen, Q. (2020). Multi-objective Collaborative Optimization for the Lightweight Design of an Electric Bus Body Frame. Automotive Innovation, 3 (3), 250–259. https://doi.org/10.1007/s42154-020-00105-1
  7. Hong, H. C., Hong, J. Y., D’Apolito, L., Xin, Q. F. (2024). Optimizing Lightweight and Rollover Safety of Bus Superstructure with Multi-Objective Evolutionary Algorithm. International Journal of Automotive Technology, 25 (4), 731–743. https://doi.org/10.1007/s12239-024-00072-0
  8. Teng, T.-L., Liang, C.-C., Chu, H.-M. (2022). Development and Analysis of Bus with Composite-Material-Reinforced Frames. International Journal of Automotive Technology, 23 (5), 1229–1237. https://doi.org/10.1007/s12239-022-0108-9
  9. Yang, X., Liu, B. (2024). Frontal Crash Oriented Robust Optimization of the Electric Bus Body Frame Considering Tolerance Design. SAE Technical Paper Series. https://doi.org/10.4271/2024-01-2459
  10. Jiang, W., Zhang, Y., Liu, J., Zhang, D., Yan, Y., Song, C. (2023). Multi-objective optimization design for steel-aluminum lightweight body of pure electric bus based on RBF model and genetic algorithm. Electronic Research Archive, 31 (4), 1982–1997. https://doi.org/10.3934/era.2023102
  11. Fu, C. L., Bai, Y. C., Lin, C., Wang, W. W. (2019). Design optimization of a newly developed aluminum-steel multi-material electric bus body structure. Structural and Multidisciplinary Optimization, 60 (5), 2177–2187. https://doi.org/10.1007/s00158-019-02292-w
  12. Gan, J., Zou, L., Yang, X., Liu, J. (2023). Optimization of the Bolted T-Joint of an Electric Bus Body Frame Considering the Fatigue Performance. SAE Technical Paper Series. https://doi.org/10.4271/2023-01-0028
  13. Wang, D., Mao, A., Niu, Y., Wei, J., Shi, X. (2017). Lightweight Multi-objective Optimization Design for Body Frame of Pure Electric Large Bus Based on Topology Optimization. China Journal of Highway and Transport, 30 (2), 136–143. https://zgglxb.chd.edu.cn/EN/Y2017/V30/I2/136
  14. Fan, D., Yang, X., Song, Y., Zhang, S. (2023). Robust Optimization of an Electric Bus Body Frame Based on the Mesh Morphing Technology. SAE Technical Paper Series. https://doi.org/10.4271/2023-01-0033
  15. Schmauder, N., Malzacher, G., Fritsche, M., Burkat, M., König, J., Boese, B. (2024). High potential: lightweight optimised structural design of car bodies for railway vehicles with alternative drive systems. Discover Mechanical Engineering, 3 (1). https://doi.org/10.1007/s44245-024-00040-z
  16. Yang, R., Zhang, W., Li, S., Xu, M., Huang, W., Qin, Z. (2023). Finite Element Analysis and Optimization of Hydrogen Fuel Cell City Bus Body Frame Structure. Applied Sciences, 13 (19), 10964. https://doi.org/10.3390/app131910964
  17. Liu, Y., Liu, C., Tan, J., He, Y., Li, F., Zhang, T. (2024). Optimization and Structural Analysis of Automotive Battery Packs Using ANSYS. Symmetry, 16 (11), 1464. https://doi.org/10.3390/sym16111464
  18. Liu, F., Xu, Y., Li, M., Guo, J., Han, B. (2022). Optimization of automotive battery pack casing based on equilibrium response surface model and multi-objective particle swarm algorithm. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 237 (6), 1183–1194. https://doi.org/10.1177/09544070221104858
  19. Wang, K., Shi, P., Zhang, Z. (2023). Finite element modeling of electric vehicle power battery pack and its influence analysis and test research at body-in-white stage. Journal of Vibroengineering, 25 (7), 1353–1368. https://doi.org/10.21595/jve.2023.23260
  20. Bijwe, V. B., Mahajan, R., Vaidya, R., Patel, K., Hiwale, D., Walke, A. A. (2024). Simulation Methodology Development for Vibration Test of Bus Body Structure Code AIS-153:2018. SAE Technical Paper Series. https://doi.org/10.4271/2024-26-0249
  21. Pravilonis, T., Sokolovskij, E., Kilikevičius, A., Matijošius, J., Kilikevičienė, K. (2020). The Usage of Alternative Materials to Optimize Bus Frame Structure. Symmetry, 12 (6), 1010. https://doi.org/10.3390/sym12061010
Визначення впливу трикутних міжвіконних пройм боковин кузова автобуса на його структуру, міцність та пасивну безпеку

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-02-26

Як цитувати

Голенко, К. Е., Диха, О. В., Диха, М. О., Дитинюк, В. О., Горбай, О. З., Войчишин, Ю. І., & Крайник, Л. В. (2025). Визначення впливу трикутних міжвіконних пройм боковин кузова автобуса на його структуру, міцність та пасивну безпеку. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(7 (133), 50–63. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.321663

Номер

Том 1 № 7 (133) (2025): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Kostyantyn Holenko, Oleksandr Dykha, Maksym Dykha, Volodymyr Dytyniuk, Orest Horbay, Yurii Voichyshyn, Lybomyr Krainyk

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.