Maastoajoneuvon korin teräsrakenteiden värähtelyominaisuuksien FEM-analysointimenetelmien kehittäminen

Abstract

Tämä diplomityö on tehty Patria Vehicles Oy:n toimeksiannosta. Patria Vehicles Oy:n tuotantoon kuuluvat vaativiin maasto-olosuhteisiin soveltuvat sotilasajoneuvot. Tutkimuksen tarkoituksena oli kehittää menetelmäohjeet, kuinka FEM-analyysillä voidaan tutkia tuotekehitysvaiheessa ajoneuvon korin teräsrakenteiden värähtelyominaisuuksia ja dynaamista käyttäytymistä. Tutkimuksessa on käytetty Ideas-FEM-ohjelmistoa. Dynaamisten ongelmien ratkaisemiseksi on ymmärrettävä rakenteiden dynaamista käyttäytymistä. Rakenteiden käyttäytymistä ja muodonmuutoksia on tutkittava kriittisillä ominaistaajuuksilla. Tutkimuksessa on selvitetty, kuinka ajoneuvon elementtimallilla voidaan tehdä ominaisvärähtely- ja vastelaskentaa. Ominaisvärähtelylaskennalla selvitetään rakenteen ominaismuodot ja -taajuudet. Vastelaskennalla tutkitaan erilaisten herätteiden vaikutuksia ajoneuvon dynaamiseen käyttäytymiseen ja määritetään herätteistä rakenteeseen aiheutuvat vasteet ja herätteiden siirtyvyys rakenteessa. Lisäksi tutkitaan herätteiden aiheuttamia todellisia jännityksiä ja siirtymiä, jotta saadaan selville rakenteen todelliset rasitukset. Analyyseillä voidaan tutkia, kuinka ajoneuvon korirakennetta on jäykistettävä ja vaimennettava, jotta siinä ei esiinny haitallista melua ja värähtelyä.

This master’s thesis has been done under assignment of Patria Vehicles Ltd., which produces armoured cross-country vehicles for extreme environments. The purpose of the thesis was to develop instructions how to explore with FEM-analysis mechanical vibration qualities and dynamic behaviour of the steel structure in the body of the vehicle at the product research and development. The Ideas-FEM-software was used in the examination. To solve dynamic problems it is necessary to understand the behaviour of the structures. The behaviour and deformations of the structure have to be examined in critical natural frequencies. In the thesis it has been researched how to calculate natural vibrations and responses with the element model. Natural modes and frequencies are solved in the modal analysis. Responses and the dynamic behaviour of the vehicle with different excitations can be examined in the response calculations. It can be researched how excitations shift in the structure. Also real stresses and displacements can be examined to realise what the structure actually sustains. With these analyses it can be concluded how to make the steel structure of the vehicle stronger and how to damp it so that there will not be disturbing noise and vibrations.