Повышение надежности и долговечности машин и механизмов 1 федеральное государственное бюджетное

Актуальные проблемы расчета и конструирования машин и механизмов. Моделирование,
управление, автоматизация проектирования механических систем 
________________________________________________________________________________ 
211 
где ζ
e
– эквивалентное напряжение по Мизесу, ζ
1
, ζ
2
, ζ
3
– главные напряжения. 
В большинстве случаев материал детали испытывает сложнонапряженное со-
стояние. В том случае, если величина одного компонента тензора напряжений суще-
ственно превосходит другие, оценку нагруженности при сложном напряженно-
деформированном состоянии (НДС) проводят аналогично, как и при случае одноос-
ного напряженного состояния. При этом за расчетное напряжение выбирается вели-
чина, которая позволяет наиболее точно охарактеризовать условия нагружения.
При производстве пожарных автоцистерн получили распространение тонко-
стенные конструкции чемоданного сечения, применение которых позволило увели-
чить полезный объем емкости цистерны. При эксплуатации таких пожарных автомо-
билей, особенно в режимах разгона и торможения, а также при движении по пересе-
ченной местности, за счет перемещения жидкости относительно резервуара цистерны 
места сварных соединений конструкционных элементов подвергаются значительным 
повторно-переменным нагрузкам. Для данных условий работы требуется обеспечить 
долговечность, безопасность и надежность конструкции, в связи с чем к металлу, как 
к основному конструкционному материалу, предъявляются повышенные требования.
Для проведения исследований выбрана пожарная автоцистерна пятитонного 
водоизмещения на базе шасси МАЗ-5337, как наиболее распространѐнная в эксплуа-
тации и уже вышедшая из гарантийного периода обслуживания. Конструкция цистер-
ны представляет собой ѐмкость прямоугольного сечения, образованного передней, 
задней, боковыми, верхней и нижней стенками. Внутри расположены рѐбра жестко-
сти, продольные и поперечные волноломы. Расчет проводился по разработанной ме-
тодике динамического моделирования НДС элементов и узлов конструкций оболо-
чечного типа, отличительной особенностью которой является учет комплексного воз-
действия геометрических и физических параметров на НДС исследуемой конструк-
ции, что позволяет прогнозировать ее прочностные характеристики [2]. В результате 
исследований было установлено, что наибольшие напряжения возникают в угловых 
сварных соединениях передней, задней и боковых стенок цистерны, а также в угло-
вых сварных соединениях стенок и дна. Для увеличения запаса прочности цистерны 
пожарного автомобиля были разработаны способы ее модернизации, позволяющие 
снизить возникающие напряжения в конструкции при эксплуатации [3].
Целью данной работы является исследование возникающих напряжений в уг-
ловых сварных соединениях стенок серийно изготавливаемой и модернизированной 
цистерн пожарного автомобиля методом 3D моделирования. 
Создание 3D моделей цистерн объемом 5м
3
пожарного автомобиля на шасси 
МАЗ-5337 в масштабе 1:1 проводилось в программном комплексе SolidWorks (рис. 1). 
Создание конечно-элементных моделей и расчет проводился в программном ком-
плексе ANSYS. Анализ полученных результатов в ходе компьютерного моделирова-
ния позволил определить области возникновения максимальных напряжений в иссле-
дуемой конструкции цистерны пожарного автомобиля. Основное внимание уделено 
наибольшим главным напряжениям (Maximum Principal); нормальным напряжениям 
(Normal Stress) и касательным напряжениям (Shear Stress) (рис. 2). 

---

НАДЕЖНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ 
________________________________________________________________________________ 
212 
а) 
 
 

 
б) 
Рис. 1.
Фрагменты 3D моделей серийно изготавливаемой 
а)
и модернизированной 
б)
цистерн пожарного автомобиля (вид изнутри углового сварного соединения передней и
боковой стенок): 1 – передняя стенка, 2 – боковая стенка, 3 – дно, 4 – поперечный волнолом, 
5 – ребро жесткости на боковой стенке, 6 – ребро жесткости на передней стенке,
7 – П-образный профиль, 8 – косынка, 9 – удлиненное ребро жесткости на боковой стенке,
10 – дополнительный П-образный профиль 
Расчетные значения характерных напряжений в угловых сварных соединениях 
серийно изготавливаемой и модернизированной цистерн пожарного автомобиля при-
ведены в таблице 1. 
Таблица 1.