Utafiti huu unaunganisha jaribio halisi, uigaji wa mienendo ya miili mingi inayonyumbulika, uchambuzi wa mienendo wa vipengele vyenye ukomo na uboreshaji wa kijiometri katika mtiririko mmoja wa kazi wa kihandisi ili kutathmini uimara wa ekseli ya nyuma tegemezi ya gari la abiria na kuboresha jiometri ya spindle ya gurudumu ambayo ni muhimu kwa usalama.

Watafiti kwanza walitengeneza benchi maalumu la majaribio ya uimara wa mfumo wa kusimamisha ambalo linaweza kuiweka ekseli ya nyuma chini ya mizigo ya wima inayojirudia inayofanana na hali halisi za uendeshaji. Mwendo wa karibu wa kipindi unaozalishwa kupitia mekanizimu ya crank–connecting rod–rocker husababisha tabia ya kupinda na kujipinda kwa ekseli ya nyuma na fimbo ya stabilizer.

Tabia ya mienendo ya benchi ilifanyiwa modeli ndani ya MSC ADAMS 2023. Ekseli ya nyuma na fimbo ya stabilizer hazikuchukuliwa kuwa ngumu kabisa; zilifafanuliwa kama miili inayonyumbulika. Katika uigaji, masafa ya uendeshaji ni takribani 2,47 Hz na mwitikio mkuu wa wima katika muunganisho wa spindle ya gurudumu hufikia takribani kiwango cha ±800–1000 N. Kutokana na matokeo haya, mzigo wa takribani kiwango cha 1 kN ulitumika kama mzigo sawia wa usanifu unaowakilisha hali za benchi katika uchambuzi wa baadaye wa vipengele vyenye ukomo wa ekseli ya nyuma.

Modeli ya namba ilithibitishwa kwa jaribio halisi. Strain gauge ziliwekwa katika maeneo tisa tofauti ya ekseli ya nyuma, na strain zilizotokea wakati wa mizunguko ya mzigo zilipimwa na kubadilishwa kuwa mikazo ya kimekanika. Katika mojawapo ya njia za mkazo wa majaribio zilizoonekana zaidi katika sehemu ya katikati, mkazo wa kilele wa takribani 50,74 MPa ulipimwa, huku utabiri wa FE kwa eneo hilo hilo ukiwa 54,78 MPa; tofauti ya jamaa iliyokokotolewa katika chanzo kati ya thamani hizi mbili ni %7,4.

Wakati modeli ya ANSYS Explicit Dynamics ilipoonyesha uga wa mkazo katika ekseli yote ya nyuma, ilibainika kuwa eneo muhimu zaidi halikuwa boriti ya katikati, bali mpito wa kijiometri upande wa kulia ambapo bati la pembeni lililopinda linaunganishwa na mkono wa pembeni na bracket ya spindle. Hapa, mkazo wa juu zaidi sawia wa von Mises ni takribani 104 MPa.

Kutokana na modeli hii iliyothibitishwa, spindle ya gurudumu ambayo ni muhimu kwa usalama ilifanywa kuwa ya vigezo. Kwa kutumia vigezo vitano vya kijiometri, Design of Experiments, response surface na uboreshaji wa MOGA vilitumika. Kwa Candidate Point 1 iliyochaguliwa, matokeo ya response-surface yaliripoti mkazo wa juu zaidi sawia wa 184,92 MPa na uzito wa spindle wa 0,5887 kg. Katika uthibitishaji wa mwisho wa tuli, kiwango cha juu cha jumla cha takribani 220 MPa kilionekana kwenye ukingo wa tundu la bolt katika flange ya kufungia, huku katika radius ya mpito ya flange–spindle inayozingatiwa kuwa muhimu kwa usalama, mikazo ilibaki takribani katika kiwango cha 180–185 MPa.

Maana yake kwa Uturuki: Utafiti ulifanywa nchini Romania kwenye ekseli maalumu ya nyuma ya gari la abiria na benchi maalumu la maabara. Kwa hiyo, 104 MPa, 1 kN, 180–185 MPa au vigezo vya uboreshaji vilivyoripotiwa haviwezi kuhamishwa moja kwa moja kama thamani za usanifu kwa ekseli yoyote ya gari nchini Uturuki. Hata hivyo, kuunganisha jaribio la sehemu halisi, uthibitishaji wa strain-gauge, uigaji wa miili mingi na uboreshaji wa FE katika mnyororo mmoja wa maendeleo ni mfano thabiti wa mbinu inayoweza kutumika katika sekta ya vipuri vya magari, mfumo wa kusimamisha na maendeleo ya vipengele vya chassis nchini Uturuki. Katika matumizi halisi, jiometri husika ya ekseli, nyenzo, maelezo ya weld, sifa za bushings, wigo wa mizigo ya barabara, mizigo ya breki na kona pamoja na maisha ya uchovu lazima vithibitishwe tofauti.

Tatizo kuu la utafiti ni nini?

Ekseli ya nyuma ya gari la abiria haibebi tu uzito tuli wa gari; pia hufanya kazi chini ya mizigo ya mienendo inayobadilika kila wakati kutokana na kutokuwa sawa kwa uso wa barabara. Hasa katika miundo ya karatasi zilizounganishwa kwa weld, maeneo ya mpito wa kijiometri, viungio vya mkono–boriti na maeneo kama spindle ya gurudumu ambako njia ya mzigo hubadilika ghafla yanaweza kuwa muhimu kwa uchovu.

Kuchambua vipengele kama hivyo kwa nguvu iliyokadiriwa tu katika modeli tuli ya FE huenda kusiwakilishe vya kutosha bushings, springs, fimbo ya stabilizer na ugumu wa benchi la majaribio katika mfumo halisi.

Kwa hiyo, mbinu kuu ya utafiti inauliza swali hili: Ikiwa mwendo na nguvu zinazotokea katika benchi halisi la uimara zitafanyiwa modeli ya mienendo kwanza na kisha kuhamishwa kwenye modeli ya FE iliyothibitishwa kwa vipimo halisi vya strain-gauge, je, maeneo halisi muhimu ya ekseli ya nyuma na jiometri ya spindle yenye umuhimu kwa usalama yanaweza kuboreshwa kwa kuaminika zaidi?

Benchi la majaribio linafanyaje kazi?

Kielelezo 1 cha utafiti chanzo kinaonyesha mchoro wa kinematiki wa mekanizimu pamoja na modeli halisi ya CAD ya benchi iliyoundwa kwa SolidWorks 2024.

Mzunguko wa motor ya umeme hubadilishwa kupitia crank, connecting rod inayoweza kurekebishwa na mkono wa rocker kuwa mwendo wa wima wa kipindi unaopelekwa kwenye maeneo ya spindle ya gurudumu ya ekseli ya nyuma.

Kwenye benchi:

• viungio vya trailing arm vya ekseli ya nyuma vinaunganishwa kwenye viunga vigumu vinavyowakilisha viungio vya body,
• coil springs hufanya kazi kati ya viti halisi vya spring vya ekseli na viunga vya juu vya benchi,
• fimbo ya stabilizer ipo katika nafasi yake ya kiutendaji,
• mwendo wa wima unaojirudia hutolewa kwa ekseli kupitia rocker na mikono ya kuunganisha.

Lengo ni kuunda viwango tofauti vya mzigo kwa kubadilisha stroke ya mekanizimu, urefu wa connecting rod na eccentricity ya crank.

Je, benchi linawakilisha barabara yote halisi?

Hapana. Katika utafiti huu, kifaa cha majaribio kinazalisha hasa upakiaji wa mzunguko wa wima.

Watafiti wanaeleza wazi kwamba vipengele muhimu vya mzigo wa longitudinal na lateral vinavyotokea wakati wa kubreki na kugeuka havikuzalishwa katika kampeni ya sasa ya majaribio.

Kiwango cha mzigo kilichochaguliwa kinawakilisha hali kali ya kupinda kwa wima kwenye uso mbaya au usio sawa wa barabara; hakijafafanuliwa kama pigo baya kabisa la gurudumu.

Kwa nini modeli ya MSC ADAMS ilihitajika?

Haitoshi kubainisha moja kwa moja kutoka kwenye jiometri ni nguvu gani inayozalishwa na mwendo wa kinematiki wa benchi halisi. Ugumu wa springs, ekseli, fimbo ya stabilizer na vipengele vya kuunganisha hubadilisha nguvu za mwitikio zinazotokea katika mfumo.

Kwa hiyo, modeli ya SolidWorks ilihamishwa kwa umbizo la Parasolid kwenda mazingira ya MSC ADAMS/View.

Fremu kuu ya benchi ilifanyiwa modeli kama mwili mgumu, huku ekseli ya nyuma na fimbo ya stabilizer zikifanyiwa modeli kama miili inayonyumbulika.

Kwa nini ekseli ya nyuma na stabilizer zilichukuliwa kama miili inayonyumbulika?

Ikiwa ekseli itachukuliwa kuwa ngumu kabisa, mwendo wa kinematiki unaweza kupatikana, lakini kupinda, kujipinda kwa sehemu na athari za deformations hizi kwenye miitikio ya viungio hupotea.

Katika utafiti chanzo, modeli ya FE ya mkusanyiko wa ekseli ya nyuma–stabilizer iliundwa, kisha ikabadilishwa kwa modal reduction kuwa umbizo la Modal Neutral File (MNF) na kutumika ndani ya ADAMS/Flex kama mwili unaonyumbulika.

Kwa njia hii uigaji uliweza kutathmini:

• mwendo wa jumla wa mwili mgumu,
• deformation ya elastiki ya ndani,
• mwendo wa kujipinda,
• nguvu za mwitikio kwenye viungio

ndani ya modeli moja ya mienendo.

Viungio vya kinematiki vilifafanuliwaje?

Masafa ya uendeshaji wa mienendo ni yapi?

Katika utafiti chanzo, kwa matokeo ya jaribio na uigaji mkuu wa mienendo, kasi ya pembe ya crank imetolewa kama:

\[ \omega=15.5\ \mathrm{rad/s} \]

imepewa.

Thamani hii inalingana na takribani:

\[ f\approx2.47\ \mathrm{Hz} \]

ya masafa ya msisimko.

Baada ya hali fupi ya mpito mwanzoni mwa uigaji, majibu ya nguvu, displacement na deformation hufikia tabia ya kipindi iliyo thabiti.

Nguvu za mwitikio wa viungio zilionyesha nini?

Katika matokeo ya ADAMS, sehemu ya nguvu ya wima \(F_Z\) katika viungio upande wa spindle ya gurudumu inatawala wazi.

Chanzo kinaripoti kwamba sehemu hii ilifikia takribani:

\[ \pm800\text{–}\pm1000\ \mathrm{N} \]

katika wigo wa kilele, huku sehemu za \(F_X\) na \(F_Y\) zikibaki chini ya takribani ±60–70 N.

Matokeo haya yanaonyesha kwamba benchi, kama ilivyokusudiwa, lilizalisha hasa mzigo wa kupinda wa wima na halikuzalisha nguvu kubwa zisizohitajika za lateral/longitudinal.

Takribani 1 kN inamaanisha nini?

Thamani ya takribani 1 kN katika utafiti si mzigo wa juu kabisa wa gurudumu katika matumizi halisi ya gari.

Thamani hii ni mwitikio sawia wa mienendo unaozalishwa na ugumu wa ekseli ya nyuma na mfumo wa kusimamisha chini ya displacement maalumu inayotolewa na benchi la majaribio.

Watafiti baadaye walitumia thamani hii katika kubainisha mzigo sawia wa usanifu katika uchambuzi wa Explicit Dynamics wa ekseli ya nyuma.

Mwendo wa fimbo ya stabilizer

Modeli ya ADAMS/Flex inaweza kutoa kando kando mwendo wa jumla wa fimbo ya stabilizer na deformation yake ya elastiki pekee.

Kielelezo 5 cha chanzo kinaonyesha mabadiliko ya jumla ya nafasi, Kielelezo 6 kinaonyesha translation ya elastiki na Kielelezo 7 kinaonyesha deformations za pembe za elastiki.

Imetajwa kuwa translations za elastiki hasa katika mwelekeo wa Y na Z zilikuwa takribani kwa kiwango cha milimita, huku deformation katika mwelekeo wa X ikibaki ndogo sana.

Katika matokeo ya mzunguko, mzunguko mkubwa zaidi wa elastiki hutokea kuzunguka mhimili wa longitudinal X wa fimbo, jambo linaloonyesha kuwa stabilizer hupata torsion kubwa wakati wa msisimko wa benchi.

Uthibitishaji wa majaribio ulifanywaje?

Jumla ya maeneo tisa ya kipimo cha strain yalitumika kwenye ekseli ya nyuma.

Katika eneo la katikati kuna rosette ya strain-gauge yenye vipengele vitatu:

• Sigma 1: −90°
• Sigma 2: −135°
• Sigma 3: −45°

Kwa kuongezea, strain gauge nne za moja kwa moja zilitumika katika maeneo ya kichwa cha kushoto na kulia cha ekseli na strain gauge mbili kwenye trailing arm ya kushoto na kulia.

Ni vifaa gani vya kipimo vilivyotumika?

Katika mnyororo wa majaribio wa utafiti, mifumo ya HBM MGCplus na CANHEAD, strain gauge za HBM LY6-10/350, transducers za nguvu za S9M-50 kN na U2B-50 kN pamoja na programu ya kuchakata data ya Catman 5.6.4 zilitumika.

Upinzani wa nominal wa strain gauge za LY6-10/350 umetolewa kama 350 Ω, na thamani ya gauge factor kama \(k=2\).

Kwa nyenzo:

\[ E=210\ \mathrm{GPa} \] \[ \nu=0.3 \]

imekubaliwa.

Kipimo kwenye njia za strain-gauge za mwelekeo mmoja:

\[ \sigma(t)=E\,\varepsilon(t) \]

kiligeuzwa kuwa mkazo kwa uhusiano huu.

Je, jaribio lilikuwa linarudiwa kwa uthabiti?

Katika hali thabiti, mizunguko ya mzigo ya tatu, nne na tano ilitathminiwa tofauti.

Kwa kila njia, wastani, RMS, kiwango cha juu, kiwango cha chini na amplitude ya peak-to-peak vilikokotolewa. Ukengeukaji mdogo sana wa kawaida kati ya mizunguko hii mitatu unaonyesha kwamba benchi la majaribio lilizalisha mzunguko wa mzigo kwa kurudiwa kwa juu.

Mikazo mikuu iliyopimwa katika jaribio

Kufikia kwa njia ya Sigma 3 katika sehemu ya katikati takribani 50–51 MPa kunaonyesha kwamba kupinda na torsion ni dhahiri katika mwelekeo huu wa gauge.

Modeli ya ANSYS iliundwaje?

Modeli ya vipengele vyenye ukomo iliandaliwa ndani ya ANSYS Workbench 19.2.

Sehemu zilizoweldiwa katika muundo halisi ziliunganishwa katika modeli ya namba kama miili imara inayoendelea; fillet na chamfer ndogo zilizodhaniwa kutokuwa na athari kubwa kwenye ugumu wa jumla zilirahisishwa.

Ekseli ya nyuma:

• torsion beam kuu,
• trailing arm,
• maeneo ya wheel-spindle,
• bracket za kuunganisha spring na stabilizer

ziliwekwa kwenye modeli kwa vipengele vya 3B solid.

Mesh nyembamba zaidi ilitumika katika mipito ya kijiometri na maeneo ya strain-gauge ambapo gradients kubwa za mkazo zilitarajiwa.

Kwa nini Explicit Dynamics ilitumika?

Badala ya kutatua ekseli ya nyuma kwa hatua moja ya mzigo wa quasi-static, watafiti waliichambua ndani ya ANSYS Explicit Dynamics kama mzunguko halisi wa mzigo unaotegemea wakati.

Kwa hiyo, ramani ya von Mises iliyoonyeshwa katika Kielelezo 14 cha chanzo si suluhisho la tuli, bali ni uga wa mkazo wa mienendo katika wakati maalumu unaolingana na nguvu ya juu ya mwitikio baada ya hali ya mpito kumalizika.

Eneo muhimu zaidi la ekseli ya nyuma liko wapi?

Katika uchambuzi wa FE, mkazo wa juu zaidi sawia wa von Mises ulionekana kwenye upande ambao msisimko umetumika, katika eneo la kona ambapo bati la pembeni lililopinda linaungana na mkono wa pembeni:

\[ \sigma_{vM,\max}\approx104\ \mathrm{MPa} \]

Eneo hili pia ndilo ambapo safety factor ya uchovu iko chini na stress ratio haifai.

Katika boriti ya umbo la U katika sehemu ya katikati, mkazo wa juu wa takribani 54,6 MPa ulikokotolewa, huku katika maeneo jirani ukiwa takribani 41 MPa.

Jaribio na modeli ya FE zilikubaliana kwa kiwango gani?

Katika utafiti chanzo, kosa kamili lilikokotolewa kama:

\[ \Delta\sigma_{\mathrm{abs},i} = |\sigma_{\mathrm{FE,max},i} - \sigma_{\mathrm{exp,max},i}| \]

na kosa la jamaa lililofafanuliwa kwa kutegemea matokeo ya FE kama:

\[ \Delta\sigma_{\mathrm{rel},i} = \frac{\Delta\sigma_{\mathrm{abs},i}} {\sigma_{\mathrm{FE,max},i}} \times100\% \]

.

Hasa, tofauti kati ya thamani ya majaribio ya 50,74 MPa na matokeo ya FE ya 54,78 MPa katika sehemu ya Sigma 3 ni %7,4. Eneo hili linaonyesha kwamba tabia muhimu ya kubeba mzigo katika sehemu ya katikati ya ekseli ya nyuma imezalishwa upya kwa mafanikio na modeli ya FE.

Hata hivyo, si makosa ya sehemu zote yaliyo chini ya %10. Katika Jedwali 2 la chanzo kuna kosa la %21,8 kwa Sehemu 1 na %16,2 kwa Sehemu 4. Kwa kuwa mkazo kamili katika Sehemu 1 ni mdogo sana, kutathmini ubora wa modeli kwa asilimia ya kosa pekee kunaweza kupotosha.

Mbinu na Matokeo

Kwa nini spindle iliboreshwa tofauti?

Spindle ya gurudumu ni sehemu muhimu kwa usalama ambayo wheel hub na bearings huunganishwa moja kwa moja. Watafiti wanaeleza kwamba kuvunjika kwa spindle kunaweza kusababisha kupotea kwa gurudumu, hivyo uboreshaji ulilenga hasa sehemu hii badala ya ekseli nzima ya nyuma.

Hali ya mzigo wa uboreshaji hapa haipaswi kuchanganywa na mzigo wa awali wa takribani 1 kN wa benchi la uimara.

Kwa spindle, nguvu zinazowakilisha mzigo wa juu unaoruhusiwa wa wheel-bearing pia zilitumika:

• 2500 N katika eneo moja la bearing,
• 3500 N katika eneo jingine la bearing

.

Ni vigezo gani vya kijiometri viliboreshwa?

Matokeo ya response surface yalionyesha nini?

Ilionekana kwamba kadiri urefu wa blend wa mpito wa kijiometri P1 na radius ya fillet P2 zinavyoongezeka, mkazo wa juu zaidi sawia hupungua.

Kipenyo cha kati P3 kina athari kubwa zaidi kwenye mkazo, deformation na uzito:

• P3 inapoongezeka, mkazo hupungua,
• deformation ya jumla hupungua,
• uzito wa spindle huongezeka.

Kwa hiyo, usanifu bora haukuwa tu kuchagua kipenyo kikubwa zaidi au uzito mdogo zaidi, bali ulikuwa tatizo la maelewano kati ya usalama na uzito.

Uboreshaji wa MOGA

Katika hatua ya mwisho ya uboreshaji wa response-surface, Multi-Objective Genetic Algorithm (MOGA) ilitumika.

Malengo mawili makuu yalifafanuliwa kuwa:

• kupunguza uzito wa spindle,
• kupunguza mkazo wa juu zaidi sawia wa von Mises

.

Algoritimu ilitoa suluhisho tatu za wagombea zisizotawaliwa.

Kwa nini Candidate Point 1 ilichaguliwa?

Candidate Point 2 ina uzito mdogo zaidi, lakini mkazo wake wa juu sawia ni 265,38 MPa, ambao ni mkubwa kwa kiasi kikubwa kuliko wagombea wengine wawili.

Candidate Point 1 hutoa mkazo wa chini zaidi wa response-surface wa 184,92 MPa. Uzito wake ni 0,5887 kg.

Kwa kuwa spindle ya gurudumu ni muhimu kwa usalama, watafiti waliweka kipaumbele kwenye kupunguza mkazo kuliko adhabu ndogo ya uzito na wakachagua Candidate Point 1.

Jiometri ya spindle iliyochaguliwa

Kwa nini 220 MPa inaonekana katika uthibitishaji wa mwisho wa FE?

Ingawa katika jedwali la response-surface P7 = 184,92 MPa imetolewa kwa Candidate Point 1, katika suluhisho la mwisho la kina la FE kwenye Kielelezo 20 cha chanzo, mkazo wa juu wa jumla ni takribani 220 MPa.

Namba hizi mbili haziwakilishi eneo lilelile la kimwili.

Kiwango cha juu cha jumla cha takribani 220 MPa hutokea kwenye ukingo wa tundu la bolt katika flange ya kufungia.

Katika eneo la fillet la mpito wa flange–spindle ambalo ndilo lengo la uboreshaji kwa usalama, mikazo hubaki takribani:

\[ 180\text{–}185\ \mathrm{MPa} \]

.

Watafiti wanatafsiri matokeo haya kama uboreshaji mkubwa wa mkazo wa mpito muhimu ikilinganishwa na jiometri ya awali ya spindle.

Nguvu za utafiti

• Ekseli halisi ya nyuma imejaribiwa.
• Benchi maalumu la majaribio ya uimara limetengenezwa.
• Katika modeli ya multibody, ekseli ya nyuma na stabilizer zimechukuliwa kama miili inayonyumbulika.
• Vipimo halisi vya strain-gauge vimefanywa katika sehemu tisa.
• Matokeo ya FE yamelishwa moja kwa moja na thamani za mkazo wa majaribio.
• Modeli ya FE haikubaini tu sehemu za kipimo bali pia maeneo muhimu katika uso mzima wa ekseli.
• Modeli ya namba iliyothibitishwa ilitumika kama hatua ya kuanzia kwa uboreshaji wa spindle.
• Uboreshaji unatathmini uzito, mkazo, ugumu na urahisi wa utengenezaji kwa pamoja.

Matokeo makuu yanayoungwa mkono na utafiti

• Imeonyeshwa kwamba benchi la majaribio linaweza kuzalisha upakiaji wa kipindi unaorudiwa katika hali ya uendeshaji ya takribani 2,47 Hz.
• Imebainika kwamba miitikio ya ADAMS upande wa spindle ya gurudumu ni hasa ya wima na iko takribani katika kiwango cha ±800–1000 N.
• Rekodi halisi za strain-gauge zilionyesha kurudiwa kwa juu katika mizunguko mitatu thabiti.
• Katika sehemu muhimu ya kipimo kwenye katikati, utabiri wa FE wa 54,78 MPa ulipatikana dhidi ya mkazo wa majaribio wa 50,74 MPa.
• Imebainika kwamba eneo muhimu zaidi la ekseli ya nyuma ni muunganisho wa bati la pembeni–mkono wa pembeni–spindle na linafikia mkazo wa juu wa von Mises wa takribani 104 MPa.
• Imeonyeshwa kwamba urefu wa mpito, radius ya fillet na kipenyo cha kati katika jiometri ya spindle vina athari kubwa kwenye mkazo.
• MOGA Candidate Point 1 ilitoa mkazo wa chini zaidi wa response-surface kati ya suluhisho tatu zisizotawaliwa zilizochunguzwa.
• Mikazo ya mwisho ya spindle-fillet ilibaki takribani katika kiwango cha 180–185 MPa chini ya mizigo ya juu ya bearing.

Matokeo ambayo utafiti bado haujathibitisha

• Maisha ya uchovu ya ekseli ya nyuma chini ya mizigo yote halisi ya barabara hayajabainishwa.
• Mizigo ya pamoja ya lateral–longitudinal inayotokana na kubreki na kugeuka haikutumika kwenye benchi la majaribio katika utafiti huu.
• Tabia ya nyenzo imechukuliwa kuwa linear elastic.
• Jiometri za weld seam na maelezo ya weld toe yameidealishwa.
• Modeli za bushing na viungio hazijumuishi tabia zote zisizo za mstari za mfumo halisi.
• Utabiri kamili wa maisha wa namba unaotegemea S–N au ε–N haujafanywa.
• Kampeni ya majaribio ilifanywa kwenye sampuli moja tu ya uwakilishi ya ekseli ya nyuma; athari ya takwimu ya tofauti za utengenezaji na nyenzo haikupimwa.
• Hakuna jaribio halisi la uchovu lililowasilishwa kwenye prototypi ya kimwili ya jiometri ya spindle iliyoboreshwa.
• Uchambuzi kamili wa modal wa majaribio na uthibitishaji wa frequency response function si sehemu ya utafiti huu.
• Licha ya neno sustainability katika kichwa, utafiti haufanyi life-cycle analysis, carbon footprint wala ukokotozi wa kiasi wa athari za mazingira.

Kazi ya baadaye

Watafiti wanapendekeza kwamba katika hatua zijazo, hali zaidi za mzigo, modeli za kina za weld na viungio, vigezo vya moja kwa moja vya maisha ya uchovu na tathmini za uwezekano viongezwe kwenye uboreshaji.

Pia imepangwa kufanya majaribio kwenye sampuli zaidi za ekseli ya nyuma na kuthibitisha tabia ya masafa ya mienendo ya modeli ya FE kwa experimental modal analysis.

Dokezo la Chanzo na Mbinu

Jina kamili asilia la utafiti: Dynamic Finite Element and Experimental Strain Analysis of a Passenger-Car Rear Axle for Durable and Sustainable Suspension Design

Waandishi: Ionut Daniel Geonea; Ilie Dumitru; Laurentiu Racila; Cristian Copilusi.

Mpangilio wa waandishi: Mpangilio katika utafiti chanzo umehifadhiwa kama ulivyo.

Mwandishi mwenza wa kwanza/mchango sawa: Hakuna taarifa ya uandishi wa kwanza sawa au mchango sawa katika chanzo.

Mwandishi wa mawasiliano: Ionut Daniel Geonea.

Taasisi:

1. Department of Applied Mechanics and Civil Engineering, Faculty of Mechanics, University of Craiova, Craiova, Romania.
2. Department of Automotive, Transportation and Industrial Engineering, Faculty of Mechanics, University of Craiova, Craiova, Romania.

Jarida: Vehicles.

Mchapishaji: MDPI, Basel, Switzerland.

Rekodi ya bibliografia: Vehicles 2026, 8, 9.

DOI: 10.3390/vehicles8010009

Tarehe ya kuwasilishwa: 4 Desemba 2025.

Tarehe ya marekebisho: 26 Desemba 2025.

Tarehe ya kukubaliwa: 1 Januari 2026.

Tarehe ya kuchapishwa: 3 Januari 2026.

Aina ya chanzo na mapitio ya wenzao: Makala ya utafiti iliyopitiwa na wenzao. Utafiti unaunganisha modeli ya mienendo ya miili mingi iliyothibitishwa kwa benchi halisi la majaribio na majaribio ya strain-gauge, uchambuzi wa explicit dynamic FE na uboreshaji wa response-surface/MOGA.

Hali ya preprint: Hakuna taarifa ya toleo tofauti la preprint iliyotolewa katika utafiti chanzo; tathmini ya Verianla imezingatia toleo lililochapishwa na kupitiwa na wenzao.

Kiungo rasmi cha uchapishaji:https://www.mdpi.com/2624-8921/8/1/9

Kiungo cha DOI:https://doi.org/10.3390/vehicles8010009

Leseni: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0). Utafiti ni wa ufikiaji wazi.

Ufadhili: Utafiti haukupokea ufadhili wa nje.

Upatikanaji wa data: Imeelezwa kwamba data za utafiti zinaweza kupatikana kutoka kwa mwandishi wa mawasiliano kwa ombi linalofaa.

Mgongano wa maslahi: Waandishi wametangaza kutokuwa na mgongano wa maslahi.

Nyenzo za ziada: Utafiti ulichapisha video tatu zinazosaidia kuhusu uigaji wa ekseli ya nyuma ya multibody inayonyumbulika, jaribio la benchi la majaribio na mchakato wa ukusanyaji wa data za majaribio.

Michango ya waandishi: Uundaji wa dhana I.D.G. na I.D.; mbinu I.D.G. na I.D.; programu I.D.G.; uthibitishaji L.R. na C.C.; uchambuzi rasmi na utafiti I.D.G.; rasilimali I.D.; uratibu wa data C.C.; rasimu ya kwanza I.D.G.; mapitio na uhariri I.D.G.; uoneshaji L.R.; usimamizi, usimamizi wa mradi na upatikanaji wa ufadhili I.D.

Kiwango cha uthibitishaji wa kisayansi: Usambazaji wa mkazo wa modeli ya FE ya ekseli ya nyuma ulilinganishwa na vipimo halisi vya strain-gauge. Jiometri ya mwisho ya uboreshaji wa spindle ilitathminiwa kwa uchambuzi wa vipengele vyenye ukomo, lakini jaribio jipya la uchovu halikufanywa kwenye prototypi ya kimwili ya spindle.

Hoja muhimu za kiufundi na kiharakati ndani ya chanzo

• Katika Sehemu 3.1, mwendo wa crank unaelezwa kwa sheria ya nafasi ya pembe ya harmonic \( \phi(t)=\phi_0+\Delta\phi\sin(2\pi ft) \). Kwa upande mwingine, katika Sehemu 3.3 na 3.4 inaelezwa kwamba kwa uigaji na jaribio crank huzunguka kwa kasi ya pembe isiyobadilika ya \(15,5\ \mathrm{rad/s}\). Maelezo haya mawili ya mwendo si sawa kihisabati.
• Katika ufafanuzi wa kinematiki, E na F ni viungio vya spherical kati ya rocker na mikono ya wima, huku G na H zikiwa viungio vya cylindrical upande wa wheel-spindle. Kwa kuwa maelezo ya Kielelezo 3 yanafafanua kiungio E kama kiungio cha cylindrical upande wa wheel-spindle, kuna kutolingana kwa lebo/maelezo ya kiungio ndani ya chanzo.
• Maandishi ya chanzo yanaeleza kwamba makosa ya FE–jaribio kwa ujumla yako takribani chini ya %10–15. Hata hivyo, Jedwali 2 lina %21,8 kwa Sehemu 1 na %16,2 kwa Sehemu 4. Kwa kuwa mkazo kamili katika Sehemu 1 ni mdogo sana, tofauti ndogo kamili huzalisha asilimia kubwa ya jamaa.
• Matokeo ya mkazo muhimu wa 104 MPa ya ekseli ya nyuma yanapatikana kwa mzigo sawia wa benchi la uimara wa takribani kiwango cha 1 kN. Matokeo ya 180–185 MPa katika uboreshaji wa spindle yanapatikana katika hali tofauti na nzito zaidi ya mzigo wa juu wa wheel-bearing kwa kutumia nguvu za 2500 N na 3500 N. Matokeo haya mawili ya mkazo si hali moja ya mzigo.
• Katika jedwali la uboreshaji wa response-surface, mkazo wa juu sawia kwa Candidate Point 1 ni 184,92 MPa. Katika suluhisho la mwisho la kina la FE, kiwango cha juu cha jumla cha takribani 220 MPa kinaonekana kwenye ukingo wa tundu la bolt la flange, huku eneo la flange–spindle fillet linalolengwa na uboreshaji likibaki takribani 180–185 MPa.
• Chanzo kimeunda ramani ya fatigue safety factor kwa kutumia uhusiano wa nominal S–N; hata hivyo, waandishi wanaeleza wazi katika sehemu ya majadiliano kwamba utabiri kamili wa maisha ya uchovu bado haujafanywa. Kwa hiyo, utafiti hautoi matokeo ya maisha ya kilomita au mzunguko maalumu.

Dokezo la maudhui ya kisayansi: Thamani za majaribio, taarifa za vifaa, vigezo vya ADAMS, matokeo ya strain-gauge, mikazo ya FE, uwiano wa makosa, vigezo vya kijiometri vya spindle na matokeo ya uboreshaji katika makala hii ya Verianla yanategemea tu utafiti chanzo uliochunguzwa. Vyanzo vya nje havikutumika kuongeza matokeo ya kisayansi, bali kuthibitisha tu utambulisho wa bibliografia na hali ya uchapishaji.

Dokezo la Verianla Live: Kipengele cha mchakato kimeundwa kutoka kwenye mnyororo wa uthibitishaji wa majaribio–namba katika Sehemu 2–6 za utafiti chanzo. Thamani za 184,92, 265,38 na 187,72 MPa katika ulinganisho wa Candidate Point zimechukuliwa moja kwa moja kutoka Jedwali 4 la chanzo. Hakuna data ya majaribio, interpolation au matokeo ya uboreshaji yasiyopatikana katika chanzo yaliyotengenezwa.