ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТНАЯ ЭКСПЕРТИЗА

(популярно о патенте В.Н. Никонова)

Презентация в файле PDF

 Метод конечных элементов (МКЭ) уже используется в судебном процессе для реконструкции обстоятельств ДТП в виде инженерно-технической прочностной экспертизы (ИТПЭ). ИТПЭ существенно восполняет пробелы, имеющиеся в судебной автотехнической экспертизе, а ее использование в комплексе с методиками автотехнической и транспортно-трасологической экспертиз дает судебным экспертам мощный инструмент как для реконструкции обстоятельств ДТП, так и для противодействия страховым мошенничествам в области автострахования, позволяет давать ответы на вопросы, ранее ответить на которые не представлялось возможным.

Задачами, решаемыми ИТПЭ, являются установление затрат энергии на деформацию ТС и препятствий, установление зависимости величин, направлений и мест приложения сил сопротивления деформированию от некоторого монотонно растущего параметра (величины деформации, времени, и т.п.), установление величин, направлений действия и мест приложения ударных импульсов. Отсюда, предметом ИТПЭ являются установление изменений скоростей ТС в результате удара, траектории движения ТС в результате удара, место столкновения и ориентация ТС в момент столкновения. Объектами ИТПЭ являются элементы конструкций ТС и препятствий, получившие деформацию в результате столкновения, следовая информация с места ДТП, схема ДТП, данные о дорожном покрытии и уклоне дороги.

Производство ИТПЭ, как правило, состоит из следующих этапов: осмотр ТС и препятствий, производство прочностных расчетов, и расчеты движения ТС.

Для производства ИТПЭ эксперту требуются следующие инструментальные средства: средства измерений, программное обеспечение для расчетов больших пластических деформаций с использованием МКЭ, программное обеспечение для интегрирования дифференциальных уравнений движения ТС.

Нормативную базу ИТПЭ составляют процессуальное законодательство, Федеральный Закон №73-ФЗ «О государственной судебно-экспертной деятельности в Российской Федерации», ГОСТ Р 50-54-42-88 «Расчеты и испытания на прочность. Метод конечных элементов и программы расчета на ЭВМ пространственных элементов конструкций в упругопластической области деформирования», ГОСТ ИСО 10303-104:2000 «Системы промышленной автоматизации и интеграция. Представление данных о продукции и обмен данными. Часть 104. Интегрированный прикладной источник: анализ конечных элементов», постановление Президиума Уфимского научного центра РАН №22-1 от 28.11.2005г. по научному докладу «Реконструкция обстоятельств ДТП и выявление страховых мошенничеств в области автострахования методами вычислительной механики», патент № 2308078 "Способ расчета столкновения транспортных средств" с датой приоритета В.Н. Никонова начиная с 12.09.05 г.

В постановление Президиума Уфимского научного центра РАН №22-1 от 28.11.2005г. указано, что разработанная методика ИТПЭ основана на применении научно разработанного и хорошо апробированного на протяжении последних десятилетий мировой наукой и инженерной практикой метода решения физически нелинейных прочностных задач – метода конечных элементов, и базируется на двух ГОСТах РФ и нормативной базе технических параметров движения автотранспортных средств РФЦСЭ при МЮ РФ. Использование в прочностных расчетах фактических величин деформаций, полученных транспортными средствами и препятствиями при столкновениях, и возможных наименьших или наибольших механических характеристик материалов элементов их конструкций позволяет категорично установить фактические данные и обстоятельства дорожно-транспортного происшествия. Использование результатов прочностных расчетов для установления характера движения транспортных средств до и после столкновения и скоростей их движения научно обоснованы. Поэтому разработанная методика отвечает общим принципам допустимости использования средств и методов в судебно-экспертном исследовании – принципам законности и научности метода, точности и надежности результатов. ИТПЭ существенно восполняет пробел методики судебной автотехнической экспертизы в части определения затрат кинетической энергии движущихся транспортных средств на деформацию их конструкций и иных препятствий, и для этой цели может использоваться в составе комплексной судебной автотехнической, трасологической и инженерно-технической прочностной экспертизы. Ряд НИР, проведенных совместно с Башкирской лабораторией судебных экспертиз при МЮ РФ с целью апробации подобных комплексных судебных экспертиз, показал их высокую эффективность. В частности, стало возможным установление таких обстоятельств ДТП, которые раздельно указанными экспертизами ранее не устанавливались. Исследования показали, что сегодня нет иных, кроме предлагаемой методики, технических методов противодействия страховым мошенничествам, удовлетворяющих требованиям законодательства, в части установления соответствия деформаций транспортных средств друг другу и соответствия полученных деформаций обстоятельствам ДТП. Расследование ряда уголовных дел по фактам мошенничества, проведенных Прокуратурой Республики Башкортостан подтвердило достоверность результатов методики реконструкции обстоятельств ДТП методами вычислительной механики.

Осмотр ТС производится экспертом с целью установления локализации и величин деформаций как оболочки ТС, так и его внутренних силовых элементов. В ходе осмотра составляются эскизы деформированных элементов конструкций автомобиля, уточняется состояние, вид и толщина материала элементов конструкций.

На этапе прочностных расчетов эксперт строит сеточную модель недеформированных элементов конструкции ТС, производит пошаговые расчеты с целью получения расчетной формы деформированной конструкции близко совпадающей с фактически деформированной формой, фиксирует расчетные зависимости величин сил сопротивления деформированию, затрат энергии и иную информацию.

На этапе анализа движения ТС устанавливаются величины изменения скоростей ТС в результате удара, и производятся иные расчеты движения ТС, если это необходимо.

Прочностной расчет может быть проиллюстрирован простым примером расчета удара угла металлической коробки о жесткое неподвижное препятствие, что показано на слайдах. На первом этапе каждая из пяти сторон коробки разбита на четыре конечных элемента. Исходными данными задачи являются список узлов сетки конечных элементов с их координатами в пространстве, список конечных элементов с номерами образующих его узлов и типом материала, список материалов с их механическими характеристиками, граничные условия.

В результате расчета получена деформированная форма объекта и на слайдах видно, что эта форма грубо отражает реальность. Так же получены зависимости затрат энергии на деформацию коробки и величин действующих сил от величины внедрения коробки в препятствие.

Далее каждая сторона коробки была разбита на 20х20=400 конечных элементов, и расчет был произведен вновь. Сравнение полученного результата с результатом прошлого расчета показывает, что практически не деформированы правая и задняя стенки коробки, а расчетная деформация более реалистична, чем ранее. При этом расчетные затраты энергии на деформацию и величины сил сопротивления существенно ниже, что объясняется отсутствием деформаций правой и задней стенок коробки.

Далее каждая сторона коробки была разбита на 40х40=1600 конечных элементов, и расчет был произведен вновь. Сравнение полученного результата с результатом прошлого расчета показывает, что характер деформации и деформированная форма коробки практически не изменились. Однако на переднем левом ребре коробки теперь отчетливо видны зазубрины от контакта с нижним краем жесткого объекта, что ранее не наблюдалось. То есть с применением более мелкой сетки конечных элементов в результате расчета начинают «проявляться» мелкие детали деформации, которые ранее не могли быть учтены. Вследствие этого расчетные затраты энергии деформации и величины сил сопротивления несколько выше, чем в прошлом расчете. Т.е. результатов второго расчета уже было достаточно для установления возможных наименьших затрат энергии на деформацию и сил сопротивления.

Т.о., на простом примере продемонстрированы сходимость метода, воспроизводимость результата расчета, последовательность подготовки исходных данных и анализа информации.

Приведенный пример ставит вопрос о технологии проверки результата другим экспертом. Но при этом и сетка конечных элементов, и организация вычислений могут быть другими. Поэтому нет смысла требовать у эксперта, производившего первичный расчет, всех данных, так как окончательное сравнение первичного и повторного расчета может быть сделано только по интегральным результатам – затратам энергии и силам.

Следующий пример касается расчета деформации автомобиля Лексус, которые он получил в касательном столкновении с углом жесткого объекта. Затраты энергии на деформацию позволили утверждать, что этот автомобиль в результате удара получил поперечную скорость не менее 24км/ч. Деформации автомобиля сопоставимы с результатами бокового удара такого же автомобиля в краш-тесте. При этом в краш-тесте зафиксирована скорость 26км/ч, полученная автомобилем в результате удара.

Примером силового расчета является пример расчета силы сопротивления лонжерона Мерседеса при фронтальном ударе. График зависимости величины силы от деформации, полученный прочностным расчетом, хорошо совпадает с графиком зависимости величины силы от времени, полученным в краш-тесте.

Т.о., результаты численного расчета хорошо совпадают с данными натурных экспериментов (краш-тестов) как по величине энергии деформации, так и по величине силы сопротивления при совпадении условий краш-теста с условиями фактической деформации.

После прочностного расчета на основе его результатов возможны следующие экспертные исследования:

  1. Расчет скорости ТС при ударе в неподвижное препятствие.

  2. Расчет скорости ТС относительно пешехода.

  3. Расчет изменения скоростей ТС в результате удара или затрат энергии на деформацию, и дальнейшее применение методики САТЭ.

  4. Интегрирование дифференциальных уравнений движения ТС с учетом нормативной базы САТЭ по вариантам:

Скорость ТС при ударе в неподвижное препятствие может быть определена из условия равенства его кинетической энергии и энергии, затраченной на деформацию ТС и препятствия.

Скорость наезда на пешехода может быть определена из такого же равенства энергий, но с учетом массы части тела пешехода, ударом которого вызвана данная деформация элемента конструкции ТС.

Изменение скорости ТС в результате удара может быть определена с учетом вида удара – нецентральный удар, центральный или близкий к нему удар.

Приведенные далее на слайдах примеры иллюстрирую указанные выше технологии исследования эксперта.

Наибольший интерес представляет интегрирование дифференциальных уравнений движения с учетом данных прочностного расчета, так как модель движения ТС хорошо разработана и разногласий специалистов не вызывает.

Если место столкновения ТС известно, взаимное расположение ТС известно или с большой точностью не требуется, а сами ТС были не управляемы после удара, возможные наименьшие скорости ТС после разделения всегда могут быть установлены. Из прочностного расчета устанавливаются изменения скоростей ТС в результате удара, а скорости ТС в момент столкновения определяются суммированием остаточных скоростей после удара с величинами изменения их скоростей.

Несколько сложнее использование импульсов сил удара. В процессе деформации величина и направление силы сопротивления ТС деформированию меняются, а точка приложения силы мигрирует относительно ТС. Если проекция пути точки приложения силы на дорогу велика, использование мгновенного импульса удара может привести к иному результату, чем использование сил, что показано на слайдах.

При использовании импульса для обеспечения совпадения расчетных и фактических следов движения ТС после удара и его конечного положения эксперт вынужден корректировать величину и направление вектора импульса, а так же скорость и направление движения ТС в момент удара. Замена одного импульса несколькими последовательными импульсами меньшей величины в пределе равносильно использованию силы, непрерывно изменяющейся во времени и пространстве. Установить зависимость величины и направления деформирующей силы относительно ТС от величины его деформации, а, значит, и относительно неподвижной системы координат, можно только прочностным расчетом. Поэтому корректность использования импульсов должно доказываться для каждого конкретного случая.

На слайдах показана схема ДТП между грузовиком и легковым автомобилем, произошедшего в гололед. Следов на дороге не осталось. Прочностным расчетом установлено, что в результате удара скорость грузовика снизилась с 60км/ч до 37км/ч, скорость Шевроле – с 90км/ч до 20км/ч. Расчетное время удара не более 0.048с. За это время место контакта грузовика прошло не более 0.65м, место контакта Шевроле – не более 0.73м. Т.е. фактически точка приложения силы взаимодействия могла сдвинуться не более чем на 0.73-0.65=0.08м, и применение импульса оправдано.

В ДТП со столкновением двух легковых автомобилей, показанных на слайде, деформации малы. Но было основание полагать, что тормозящий автомобиль ударил в стоящий автомобиль и вытащил его на свою полосу движения. Т.е. сдвиг точки импульса велик и следует оперировать силами ограничивая решение установленным расходом энергии на деформацию. Результат решения показан на слайде.

Демонстрация точности сочетания прочностного расчета с моделью движения показана на примере столкновения пикапа с ВАЗ-2106. Пикап двигался по главной дороге, а ВАЗ-2106 выезжал на главную дорогу с поворотом налево. При трасологическом исследовании было неясно, почему труба под задней частью пикапа не оставила следа на крыле ВАЗа, хотя внедрение ВАЗа в пикап было 9см. Появилось подозрение, что пикап стоял в момент ДТП. Прочностным расчетом была установлена величина силы сопротивления кузова пикапа, а в результате расчета движения установлено, что задняя часть пикапа и передняя часть ВАЗа расходятся на 10см через 0.06сек с момента удара.

В ряде случаев с помощью ИТПЭ можно установить место столкновения, установив расчетную величину затрат энергии на деформацию и взаимное положение автомобилей в момент столкновения. Введя на дороге систему координат и делая расчет для каждой точки дороги с некоторым шагом, полагая, что место столкновения есть эта точка, можно установить необходимую величину затрат энергии на деформацию для этой точки. На слайдах показано, что величина затрат энергии 108-180КДж соответствует столкновению в точке 3 на схеме ДТП.

ИТПЭ является мощным инструментом противодействия страховым мошенничествам как в случаях, когда деформации по крайнем мере одним из ТС получены ранее, так и в случаях искажения истинных обстоятельств с целью максимизации страховой выплаты.

Одним из эффективных приемов является сравнение сил сопротивления ТС деформации. Нередко мошенники заявляют ДТП, когда сила, необходимая для деформации одного из ТС существенно, в разы, превосходит силу для деформации другого ТС. При этом, чтобы обмануть эксперта-трасолога, автомобили действительно сталкивают.

Кроме этого ИТПЭ способна проверить соответствие характера деформации ТС заявленным обстоятельствам, установить величину отброса ТС в результате удара, направление и величину импульса удара и его влияние на изменение траектории движения ТС, установить величину коэффициента восстановления скорости, траектории возможного движения ТС в результате удара.

Т.о. разработанная методика является современным эффективным инструментом экспертного исследования.

В.Н. Никонов.



   © 2008 г.,  ЦНЭАТ , г. Самара, ссылка на ЦНЭАТ и страницу обязательны (www.cneat.ru)




Главная

Назад