Одной из основных характеристик, по которой оценивается безопасность устройства защиты оператора, является величина поглощенной потенциальной энергии деформирования при боковом нагружении [1–4]. ИСО 8082 предписывает проводить стендовые испытания кабин для оценки их энергопоглощающих свойств, что, при всех преимуществах экспериментального метода, является трудоемким, дорогостоящим и зачастую трудноосуществимым при проектировании, когда инженером рассматривается большое количество возможных конструктивных вариантов ROPS.
В связи с этим необходимо получить возможность теоретической оценки поглощенной энергии деформирования устройств защиты при опрокидывании лесной машины, что на стадии проектирования позволит проводить оценку эффективности различных вариантов их конструкций.
Метод конечных элементов, находящий все более широкое применение при решении инженерных задач [5–8], позволяет производить оценку напряженно-деформированного состояния сложных пространственных конструкций. В нашем случае метод конечных элементов будет использоваться для моделирования напряженно-деформированного состояния защитного устройства при нагружении его боковой силой с учетом возможного появления остаточных деформаций.
Сформулируем основные ограничения для разрабатываемой математической модели:
6) по объему ограничения деформации: ни один элемент ROPS под действием боковой нагрузки не должен входить в зону жизненного пространства оператора (объем ограничения деформации DLV по ИСО 3164);
7) по величине боковой нагрузки: величина нагрузки при боковом нагружении ROPS не должна быть ниже минимального уровня Fmin, регламентированного ИСО 8082;
8) по величине поглощенной энергии: при боковом нагружении ROPS должно поглотить энергию не менее величины Umin, регламентированной ИСО 8082.
При моделировании примем следующие допущения:
1) боковая нагрузка Fmin, действующая на кабину, приложена к верхнему продольному элементу защитного устройства, ее начальное направление — горизонтальное;