Збірник наукових праць

DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.12(43).2.258-265

Deformed-Stressed State of Semi-Trailer Bearing Frame

Andrii Papinko, Valerii Mospan, Mykhailo Bashutsky, Vitaly Biryuchinsky, Oleksandr Popovych

About the Authors

Andrii Papinko, PhD (Candidate of Economic Sciences), lecturer of the department of transport and logistics, Western Ukrainian National University, Ternopil, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0001- 8515-9376, e-mail: a.papinko@wunu.edu.ua

Valerii Mospan, PhD (Engineering Sciences), senior lecturer, department of transport systems and technical service, Kherson National Technical University, Kherson, Ukraine, e-mail: kaf_tl@wunu.edu.ua.

Mykhailo Bashutsky, PhD student in Road Transport, Western Ukrainian National University, Ternopil, Ukraine, e-mail: kaf_tl@wunu.edu.ua

Vitaly Biryuchinsky, PhD student in Road Transport, Western Ukrainian National University, Ternopil, Ukraine, e-mail: kaf_tl@wunu.edu.ua

Oleksandr Popovych, - PhD Student in Road transport, Western Ukrainian National University, Ternopil, Ukraine, e-mail: kaf_tl@wunu.edu.ua

Abstract

This research delves into the intricate stress-strain state of semi-trailer bearing frames, a critical aspect given the escalating demands on structural integrity and longevity within contemporary transport infrastructure and intensified freight logistics. Conventional analytical design methodologies for such complex load-bearing systems frequently incorporate simplifying assumptions, which, while expediting preliminary calculations, often culminate in considerable design inaccuracies. These discrepancies are typically offset by an over-reliance on material consumption, leading to the fabrication of heavier and more costly structures than optimally necessary. This prevailing challenge underscores the imperative for advanced analytical tools that can provide a more precise and comprehensive understanding of structural behavior under real-world operating conditions, thereby mitigating the need for over-engineering and enhancing overall design efficiency. The study employs a sophisticated methodological framework centered on a modified minimum potential energy method, meticulously tailored to analyze the intricate interplay of forces within the semi-trailer frame. A pivotal enhancement to this approach involves the explicit consideration of both bending and torsional energies, which are fundamental to accurately capturing the complex response of the frame to dynamic and static loads. Furthermore, the innovative application of Heaviside's function within the computational model significantly refines the ability to effectively process and account for abrupt changes in the structural stiffness of various frame components. This allows for a more nuanced and accurate representation of the frame's behavior, particularly in areas characterized by varying cross-sections or material properties, which are often prone to stress concentrations. Through the rigorous application of this advanced computer modeling approach, the research aims to achieve a multifaceted optimization of the semi-trailer's frame structure and its critical nodal connections. By precisely mapping the stress and deformation distribution, the model facilitates the identification of areas requiring reinforcement or, conversely, opportunities for material reduction without compromising structural integrity. The overarching objective is to bolster the reliability and inherent durability of semi-trailers, concurrently achieving a substantial reduction in their material intensity. Ultimately, this leads to an extended service life and enhanced operational safety of semi-trailers, contributing to more sustainable and economically efficient freight transportation systems.

Keywords

semi-trailers, bearing frame, stress-strain state, strain potential energy

Full Text:

PDF

References

1. Kovalevskyi, S. H., & Rohovyi, A. S. (2020). Use of computer computational methods for calculating the stress- strain state on the example of a towing frame of a semi-trailer scraper. In Komp'yuterni tekhnolohiyi i mekhatronika: materialy mizhnarodnoyi naukovo-praktychnoyi konferentsiyi (pp. 63–67). Kharkiv: KhNADU [in Ukrainian].

2. Dzhérdzh, S., & Stashkiv, M. Ya. (2017). Analysis of the stress-strain state of the KS-6B-10 "TERNOPIL" beet harvester frame using LIRA PC. In Aktual'ni zadachi suchasnykh tekhnolohiy: tezy dopovidey VI mizhnarodnoyi naukovo-tekhnichnoyi konferentsiyi molodykh uchenykh ta studentiv (pp. 30–31). Ternopil: TNTU [in Ukrainian].

3. Nesterenko, M. M. (2021). Computer modeling of the stress-strain state of vibrating machine frames with spatial vibrations. Academic Journal. Industrial Machine Building, Civil Engineering, 2(57), 111–116. https://doi.org/10.26906/znp.2021.57.2593

4. Lehetska, I. P. (2025). Assessment of the stress-strain state of port transshipment machines. Visnyk Odes'koho natsional'noho mors'koho universytetu, 75, 30–41 [in Ukrainian].

5. Fomin, A., & Stetsko, A. (2017). Analysis of structural components of freight wagons to create a directed stress- strain state. Transport Systems and Technologies, 31, 148–159.

6. Byvalkevych, L. M., & Liulka, V. S. (2019). Fundamentals of reliability and durability of transport machines. Chernihiv [in Ukrainian].

7. Novytskyi, A. V., et al. (2023). Reliability of machines and equipment. Part 1. Assessment and ensuring reliability of machines and equipment. Kyiv: Vydavnychyy tsentr NUBiP Ukrayiny [in Ukrainian].

8. Lebedev, A. T. (Ed.), Myhal, V. D., Shevchenko, I. O., Shuliak, M. L., & others. (2021). Cargo motor vehicle. Modern designs: Textbook for higher education. Kharkiv: TOV "Planeta-Print", KhNTUSH [in Ukrainian].

9. Halushko, M. O. (2022). Didactic design of the textbook "Automobile chassis": Master's qualification work (015.38 Professional education. Transport). Khmelnytskyi: Khmelnytskyi National University [in Ukrainian].

10. Panchenko, A. I., Voloshyna, A. A., Boltianskyi, O. V., et al. (2021). Vehicle structure: Textbook. Melitopol: VPTs "Liuks" [in Ukrainian].

11. Rybak, T. I., Sikorskyi, S. P., Koval, I. V., & Tselyuk, S. H. (2011). Analytical dependences of the stress-strain state of single-axle frame structures of agricultural machines. Visnyk KhNTUSH, 112, 45–50 [in Ukrainian].

12. Rybak, T. I. (2003). Search design based on optimization of the resource of mobile agricultural machines: Textbook. Ternopil: Zbruch [in Ukrainian].

13. Rozum, R. I., Buriak, M. V., & Zakharchuk, O. P. (2021). Innovative engines in the history of automobile building. Modern Engineering and Innovative Technologies, 18(2), 64–67.

Citations

1. Ковалевський С. Г., Роговий А. С. Використання комп’ютерних обчислювальних методів розрахунку напружено-деформованого стану на прикладі тягової рами напівпричіпного скрепера. Комп’ютерні технології і мехатроніка: матеріали міжнародної науково-практичної конференції (Харків, 12 грудня 2019 р.). Харків: ХНАДУ, 2020. С. 63–67.

2. Джердж С., Сташків М. Я. Аналіз напружено-деформованого стану рами бурякозбирального комбайна КС- 6Б-10 «ТЕРНОПІЛЬ» за допомогою ПК «ЛІРА». Актуальні задачі сучасних технологій: тези доповідей VI Міжнародної науково-технічної конференції молодих учених та студентів (Тернопіль, 16–17 листопада 2017 р.). Тернопіль: ТНТУ, 2017. С. 30–31.

3. Nesterenko M. M. Computer modeling of the stress-strain state of vibrating machine frames with spatial vibrations. Academic Journal. Industrial Machine Building, Civil Engineering. Полтава: НУ ім. Ю. Кондратюка, 2021. Вип. 2(57). С. 111–116. https://doi.org/10.26906/znp.2021.57.2593.

4. Легецька І. П. Оцінка напружено-деформованого стану портових перевантажувальних машин. Вісник Одеського національного морського університету. 2025. № 75. С. 30–41.

5. Fomin A., Stetsko A. Аналіз конструктивних складових вантажних вагонів для створення спрямованого напружено-деформованого стану. Transport systems and technologies. 2017. № 31. С. 148–159.

6. Бивалькевич Л. М., Люлька В. С. Основи надійності і довговічності транспортних машин. Чернігів, 2019. 120 с.

7. Надійність машин та обладнання: навчальний посібник. Ч. 1. Оцінка та забезпечення надійності машин та обладнання / А. В. Новицький та ін. Київ: Видавничий центр НУБіП України, 2023. 209 с.

8. Автомобіль вантажний. Сучасні конструкції: підручник для здобувачів ступеня вищої освіти; авт. колектив: А. Т. Лебедєв, В. Д. Мигаль, І. О. Шевченко, М. Л. Шуляк; за ред. проф. А. Т. Лебедєва. ХНТУСГ. Харків: ТОВ «Планета-Прінт», 2021. 369 с.

9. Галушко М. О. Дидактичне проєктування навчального посібника «Ходова частина автомобіля»: кваліфікаційна робота магістра (015.38 Професійна освіта. Транспорт). Хмельницький: Хмельницький нац. ун-т, 2022. 121 с.

10. Будова автомобіля: навчальний посібник / А. І. Панченко, А. А. Волошина, О. В. Болтянський та ін. Мелітополь: ВПЦ «Люкс», 2021. 247 с.

11. Рибак Т. І., Сікорський С. П., Коваль І. В., Целюк С. Г. Аналітичні залежності напружено-деформованого стану одновісних рамних конструкцій сільськогосподарських машин. Вісник ХНТУСГ. 2011. Вип. 112. С. 45–50.

12. Рибак Т. І. Пошукове конструювання на базі оптимізації ресурсу мобільних сільськогосподарських машин: навчальний посібник. Тернопіль: Збруч, 2003. 332 с.

13. Rozum R. I., Buriak M. V., Zakharchuk O. P. Innovative engines in the history of automobile building. Modern engineering and innovative technologies. 2021. Issue 18, Part 2. С. 64–67.