Nghiên cứu cải tiến cản sau xe tải nhằm nâng cao an toàn cho các dòng xe cỡ nhỏ khi va chạm

Nghiên cứu cải tiến cản sau xe tải nhằm nâng cao an toàn cho các dòng xe cỡ nhỏ khi va chạm Nghiên cứu cải tiến cản sau xe tải nhằm nâng cao an toàn cho các dòng xe cỡ nhỏ khi va chạm Nghiên cứu cải tiến cản sau xe tải nhằm nâng cao an toàn cho các dòng xe cỡ nhỏ khi va chạm Nghiên cứu cải tiến cản sau xe tải nhằm nâng cao an toàn cho các dòng xe cỡ nhỏ khi va chạm

TỔNG QUAN

Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Ngày nay, ngành công nghiệp ô tô đang phát triển mạnh mẽ với sự chú trọng hàng đầu đến các thiết bị an toàn cho người sử dụng Các tính năng như túi khí và hệ thống phanh ABS được thiết kế nhằm bảo vệ người lái và hành khách trong trường hợp va chạm Đặc biệt, các công ty ô tô lớn trên thế giới thực hiện nghiên cứu nghiêm ngặt về khung vỏ xe nhỏ để tối ưu hóa khả năng hấp thụ năng lượng khi xảy ra va chạm Tiêu chuẩn hấp thụ năng lượng được quy định chặt chẽ, và sự đa dạng trong vật liệu và mẫu mã thiết kế giúp tạo ra một bộ khung vỏ chắc chắn Xương cản được lắp đặt phía trước và sau xe nhằm giảm sốc và hấp thụ năng lượng, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ xe nhỏ khỏi va chạm Tuy nhiên, tai nạn giao thông vẫn xảy ra liên tục, đặc biệt là va chạm trực diện giữa ô tô cỡ nhỏ và xe tải nặng, thường gây thiệt hại nghiêm trọng, đặc biệt khi xe tải không có cản bảo vệ an toàn.

Thị trường ô tô Việt Nam hiện đang phát triển mạnh mẽ với sự gia tăng đáng kể về số lượng ô tô nhập khẩu Tuy nhiên, nhiều ô tô hạng nặng chỉ nhập chassis và cản bảo vệ phía sau được lắp đặt tại các xưởng đóng thùng, gây ra lo ngại về vấn đề an toàn Hệ thống giao thông cũng chưa theo kịp sự bùng nổ của thị trường ô tô, dẫn đến tình trạng tai nạn giao thông gia tăng.

Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ

Xe cỡ nhỏ và ô tô tải nặng thường gây ra lo ngại về an toàn giao thông Những vụ tai nạn liên quan đến chúng không chỉ dẫn đến thiệt hại về tài sản mà còn có thể gây ra thương vong nghiêm trọng, thậm chí là tử vong.

1.1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới

Mục tiêu hàng đầu của các nhà sản xuất ô tô hiện nay là phát triển những chiếc xe hạng nhẹ, đồng thời đảm bảo an toàn cho hành khách Cấu trúc của xe cần được thiết kế để hấp thụ năng lượng trong trường hợp xảy ra va chạm, đây là vấn đề cốt lõi trong nghiên cứu va chạm ô tô.

J Bouchet [3] đã thử nghiệm khác biệt sự hấp thụ năng lượng giữa ống tròn bằng nhôm và ống tròn hỗn hợp nhôm và composite Kết quả ở hình 1.1 ống nhôm có lớp composite bên ngoài chịu lực hơn ống nhôm không có lớp bảo vệ bên ngoài khoảng 30% ở điều kiện tĩnh

Hình 1 1: Thử nghiệm hấp thụ năng lượng của ống nhôm và ống nhôm có lớp bọc compoxit bên ngoài

Mozafari đã tiến hành thử nghiệm về khả năng kiểm soát cản hấp thụ năng lượng của ống lượn sóng hai mặt dưới tác động của nghiền trục Trong bài báo này, các ống đã được thử nghiệm và kết quả cho thấy hiệu quả của việc sử dụng cản bằng các ống lượn sóng, như được minh họa trong hình 1.2.

Hợp kim nhôm Al 6060-T6 và vật liệu composite carbon/epoxy CF1263 cho thấy hiệu suất vượt trội so với vật liệu nhôm truyền thống trong việc chế tạo cản Ống lượn sóng hai mặt với 14 nếp gấp có khả năng hấp thụ lực cao hơn 330% so với ống một nếp gấp và 32% so với ống thẳng cổ điển Đặc biệt, vật liệu composite carbon/epoxy CF1263 có năng lượng hấp thụ riêng cao gấp 5.9 lần so với nhôm, mang lại lợi ích rõ rệt trong ứng dụng thực tế.

Hình 1 2: Ống nhôm được thử nghiệm

Tanlak và cộng sự [5] đã sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng va chạm giữa một chiếc xe và hàng rào biến dạng với độ lệch 40% ở tốc độ 64 km/h, nhằm tối đa hóa khả năng hấp thụ năng lượng của cản trước Mô hình thử nghiệm được thực hiện để tìm ra hình dạng tối ưu cho cản trước, tuân thủ tiêu chuẩn EuroNCAP Kết quả cho thấy có sự cải thiện đáng kể so với hình dạng cản hiện tại, với năng lượng hấp thụ bề mặt cản tăng hơn 16% và khả năng hấp thụ năng lượng va chạm ở tốc độ thấp cũng được cải thiện rõ rệt.

Hình 1 3: Hình dạng của cản được mô phỏng

Reddy và cộng sự [6] đã áp dụng công cụ LS-Dyna để mô phỏng khả năng hấp thụ năng lượng của các hình hộp 12 cạnh khác nhau (hình 1.4) và thực hiện các thí nghiệm thực tế Thử nghiệm CAE mô phỏng va chạm xe toàn diện nhằm đánh giá mức độ giảm thiểu các thông số liên quan đến khả năng va chạm, từ đó phản ánh mức độ an toàn cho người sử dụng (hình 1.5).

Hình 1 4: Mô phỏng hình dạng hộp 12 cạnh trên LS Dyna và thực nghiệm

Hình 1 5: Mô phỏng va chạm trực diện ô tô cỡ nhỏ trên LS Dyna

Ahameda cùng cộng sự đã nghiên cứu phuộc giảm chấn từ tính gắn trên cản trước ô tô, nhằm giảm tổn thất và biến dạng cho xe Rung động trong quá trình va chạm được kiểm soát thông qua cường độ từ trường, giúp hấp thụ một phần lực va chạm Mục tiêu của nghiên cứu là hạn chế dòng chảy chất lỏng, cho phép hấp thụ lực va chạm gấp 20 đến 50 lần so với hệ thống giảm chấn thủy lực thông thường.

Hình 1 6: Phuộc giảm chấn từ tính gắn ở cản trước

Eric M Ossiandera và cộng sự đã nghiên cứu rằng chiều cao cản trước của xe SUV và xe Pickup có thể làm giảm nguy cơ tử vong cho những người bị va chạm với các phương tiện này.

Khore và cộng sự đã áp dụng phần mềm LS-Dyna cùng với công cụ chia lưới Altair Hyper để mô hình hóa các va chạm của cản sau trên xe cỡ nhỏ, sử dụng Pro-E Phương pháp này không chỉ nâng cao độ chính xác trong việc mô phỏng mà còn giúp tiết kiệm chi phí trước khi tiến hành thử nghiệm sản phẩm.

Hình 1 7: Mô phỏng va chạm trên phần mềm LS Dyna

Min LI [10] đã nghiên cứu giải quyết các khiếm khuyết của cản sau ô tô tải và khả năng hấp thụ năng lượng Mô hình cản sau có thể tháo rời được thiết kế bằng phần mềm PRO/E và ANSYS/LS-DYNA, như mô phỏng trong hình 1.8 Kết quả cho thấy thiết bị hấp thụ năng lượng có khả năng phân hủy năng lượng va chạm một lần, giảm dần lực va chạm và từ từ hấp thụ năng lượng, giúp ngăn chặn việc khoang hành khách bị chui vào đuôi ô tô tải.

Hình 1 8: Mô phỏng xe con va chạm cản sau bằng phần mềm LS Dyna

Ali Osman Atahan đã thực hiện một nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá hiệu quả của 4 mẫu cản bảo vệ sau xe hạng nặng với chiều cao 560 mm và 480 mm so với mặt đất Thí nghiệm được tiến hành trên các loại xe khác nhau với tốc độ 48, 56 và 65 km/h Kết quả cho thấy cản sau có chiều cao 560 mm không đáp ứng tiêu chuẩn FMVSS 223, trong khi cản với chiều cao 480 mm tuân thủ tiêu chuẩn nhưng vẫn không bảo vệ được khoang hành khách trong trường hợp va chạm nặng.

Hình 1 9: Các kiểu cản sau ô tô tải

(a) Cản sau có thanh chống phía trước cao 560 hoặc 480 mm, (b) Cản sau cao 480 mm có thanh chặn ngang và (c) Cản sau nghiêng cao 560 mm

Bodapati [12] đã mô phỏng và thực nghiệm cản sau sử dụng dây cáp như hình 1.10 Bằng phương pháp này hạn chế được sự xâm nhập khoang hành khách tốt

Hình 1 10: Mô phỏng và thực nghiệm

Lu Xue và Jikuang Yang đã phát triển một thiết bị cản sau tích hợp thủy lực, có khả năng điều chỉnh chiều cao từ 480 mm xuống 40 mm khi va chạm xảy ra Thiết kế mới này cho hiệu suất giảm chấn và khả năng hấp thụ năng lượng vượt trội, với khả năng hấp thụ tới 77% tổng năng lượng va chạm theo tiêu chuẩn quốc gia Trong thử nghiệm ảo, đỉnh gia tốc của mô hình mới chỉ đạt 22,8g, giảm 40% so với các thử nghiệm trước đó.

Hình 1 11: Mô hình thử nghiệm cản sau dùng giảm chấn thủy lực, cản điều chỉnh được chiều cao khi xảy ra va chạm

Tổng quan các tiêu chuẩn về cản sau

Hội nghị chuyên gia châu Á lần thứ 36 về cản bảo vệ phía sau (R58) ngày 28 tháng 8 năm 2013 Quy định về các tiêu chuẩn về cản sau [27]

Chiều rộng của thiết bị bảo vệ phía sau không được vượt quá chiều rộng của trục sau, được đo tại các điểm ngoài cùng của lốp xe, không tính độ phồng của lốp gần mặt đất Ngoài ra, cản phải có chiều dài tối thiểu 100 mm ở cả hai bên.

Hình 1 16: Tiêu chuẩn cản sau về chiều cao

Cản sau phải được lắp sao cho khoảng cách ngang giữa phía sau cản và phía sau của đuôi xe không vượt quá 400 mm hình 1.16

Hình 1 17: Tiêu chuẩn cản sau dài ra phía sau

Cản sau phải đáp ứng được các lực tại các điểm P1, P2, P3 hình 1.17 như sau:

P1 Một lực ngang 50 KN hoặc 25% lực được tạo ra bởi khối lượng tối đa của ô tô

P2 Một lực ngang 100 kN hoặc 50% lực do lực tạo ra khối lượng tối đa của trung tâm xe

P3 Cung cấp một lực ngang 50 KN hoặc 25 % lực được tạo ra bởi khối lượng tối đa của ô tô

Hình 1 18: Tiêu chuẩn lực tại các điểm trên cản sau

Hình 1.18 là kích thước tiêu chuẩn của Châu Âu, kết quả đã thực nghiệm hình 1.19

Hình 1 19: Thử nghiệm lực tại các điểm ở cản sau

Quy định tiêu chuẩn của Hoa Kỳ và Canada [28] như bảng 1.1 và hình 1.20

Bảng 1 1: Tiêu chuẩn cản sau của Hoa Kỳ và Canada

Tiêu chuẩn FMVSS No 223/224 CMVSS No 223

Xe áp dụng Trailers Trailers

Khoảng cách cản với mặt đất

Trước khi kiểm tra, số đo là 560 mm Sau khi tiến hành kiểm tra hấp thụ năng lượng hoặc kiểm tra tải phân phối đồng đều với sức mạnh vượt quá 700.000 N, số đo vẫn được duy trì ở mức 560 mm.

Khoảng cách dọc từ cực sau 305 mm 305 mm

Khoảng cách bên từ bên xe 100 mm 100 mm

Tải điểm tại P1 (bên ngoài cạnh bảo vệ) 50 kN 50 kN

(trung tâm bảo vệ ) 50 kN 50 kN

Tải điểm tại P3 (tại hỗ trợ bảo vệ)

100 kN không còn nữa hơn 125 mm chuyển vị, 5.650J hấp thụ năng lượng trong vòng 125 mm chuyển vị

Tải phân tán trên chiều rộng của bảo vệ

350 kN với không quá 125 mm chuyển vị và năng lượng 20.000J hấp thụ trong vòng 125 mm chuyển vị; hoặc 700 kN không cóc chuyển vị hơn 125 mm

Hình 1 20: Tiêu chuẩn Hoa Kỳ và Canada tại các điểm kiểm tra lực

1.2.3 So sánh các tiêu chuẩn Châu Á, Hoa Kỳ và Canada

Bảng 1 2: Bảng so sánh tiêu chuẩn Châu Á, Hoa Kỳ và Canada

Loại xe Trailers Trailers Trailers and

Chiều cao từ mặt đất đến cản 560 mm 560 mm 550 mm

Chiều dài cản 305 mm 305 mm NA

Khoảng cách đầu cản đến mép ngoài 100 mm 100 mm 100 mm

(bên ngoài cạnh bảo vệ)

(trung tâm bảo vệ) 50 kN 50 kN 25 kN

(tại bộ phận bảo vệ)

100 kN với độ dịch chuyển không quá 125 mm, hấp thụ năng lượng 5.650 J

100 kN với khoảng cách bảo vệ tác động phía sau từ cực sau của xe là

400 mm sau khi thử nghiệm

350 kN với độ dịch chuyển không quá

125 mm và hấp thụ năng lượng 20.000 J; bảo vệ cao so với mặt đất 560 mm sau khi thử nghiệm

Qua bảng 1.2 về so sánh tiêu chuẩn về cản sau ta thấy tiêu chuẩn về cản sau của Canada cao hơn so với tiêu chuẩn Hoa Kỳ và Châu Á

Khảo sát cản sau thực tế tại Việt Nam hiện nay

Tại Việt Nam, hầu hết ô tô tải nặng đều được nhập khẩu và thường là các xe tải chassis không có thùng và cản sau Cản sau thường được lắp đặt tại các xưởng đóng thùng, dẫn đến việc chiều cao của cản sau thường cao hơn tiêu chuẩn Châu Âu Theo khảo sát thực tế, cản sau của ô tô tải nặng trên 10 tấn được gắn trên đà thùng với chiều cao 560mm, vượt quá tiêu chuẩn cho phép.

Hình tổng quát Bề rộng cản sau 80mm

Chiều cao từ mặt đất đến cản sau

Chiều cao từ mặt đất đến chassis

Hình 1 21: Hình ảnh kích thước thực tế của ô tô tải 10 tấn

Chiều cao của cản trước các loại xe như Hatchback, Sedan, SUV, MPV và Pickup dao động từ 390-560 mm, trong khi cản sau của ô tô tải đạt 570 mm Khi xảy ra va chạm, xe cỡ nhỏ không tiếp xúc trực tiếp với cản ô tô tải mà chỉ có nắp cabo va chạm Chiều cao chữ A của xe cỡ nhỏ là 1030-1040 mm, so với chiều cao chassis là 920 mm, cho thấy nguy cơ va chạm trực diện với chassis rất cao, dẫn đến rủi ro cho khoang hành khách Nếu xe không được trang bị cản, khoang hành khách và người lái sẽ dễ bị tổn thương hơn.

Xe Inova Chiều cao đến tâm cản là

Chiều cao đến chữ A là

Xe Ford Ranger Chiều cao đến tâm cản là

Xe Mazda 3 Chiều cao đến tâm cản là

Xe Mazda CX5 Chiều cao đến tâm cản là

Xe Kia Morning Chiều cao đến tâm cản là

Hình 1 22: Khảo sát chiều cao của xương cản và chữ A của một số dòng xe cỡ nhỏ

Hình 1 23: Chiều cao cản trước xe Toyota và Ford Taurus

Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, kinh tế Việt Nam đã có sự phát triển mạnh mẽ, nâng cao nhu cầu sống của người dân và thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô, đặc biệt là ô tô phục vụ cho kinh doanh vận tải hàng hóa và ô tô cá nhân Theo báo cáo của Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA), thị trường ô tô Việt Nam năm 2018 tiêu thụ lên tới 288.683 xe các loại.

Trong năm 2018, các nhà sản xuất xe máy tại Việt Nam đã bán được 3.386.097 xe Theo Báo cáo Điều chỉnh quy hoạch phát triển giao thông vận tải đường bộ đến năm 2020 và định hướng đến 2030, tỷ lệ đường đạt tiêu chuẩn kỹ thuật cao chỉ chiếm 7,51%, trong khi đường đạt tiêu chuẩn cấp III và IV chiếm 77,73% Điều này cho thấy tốc độ đô thị hóa giao thông chưa theo kịp với sự gia tăng số lượng ô tô Giao thông hỗn hợp giữa ô tô và xe máy đang trở thành chính, dẫn đến nguy cơ tai nạn giao thông cao do sự xung đột giữa các phương tiện có tốc độ và kích cỡ khác nhau Hệ thống giao thông đường bộ ngày càng đông đúc, làm gia tăng khả năng xảy ra tai nạn.

Giao thông khu vực TP.HCM Giao thông cao tốc TP.HCM  Trung

Hình 1 24: Tình hình giao thông hiện nay

Theo phân tích dữ liệu va chạm từ bảng 1.1 năm 2001 và bảng 1.2 của các quốc gia khác, va chạm trực diện có tỷ lệ cao nhất, trong khi va chạm phía sau lại có tỷ lệ tương đối thấp.

Bảng 1 3: Tỉ lệ các dạng va chạm ở Việt Nam năm 2001

Dạng va chạm Số vụ tai nạn Tỉ lệ %

Bảng 1 4: Tỉ lệ các dạng va chạm ở một số nước trên thế giới [28]

Theo thống kê năm 2018, toàn quốc xảy ra 18.490 vụ tai nạn giao thông, dẫn đến 8.079 người chết và 14.732 người bị thương Trong giai đoạn từ 16/12/2017 đến 15/12/2018, tai nạn giao thông do ô tô chiếm 33,5% (tăng so với 24,3% năm 2017), trong khi tai nạn do mô tô giảm còn 60,25% so với 69,94% năm trước Việt Nam đã mất khoảng 130 tỉ USD chi phí cho tai nạn giao thông trong 15 năm, theo thông tin từ TS Trần Hữu Minh, Phó Chánh văn phòng Ủy ban ATGT Quốc gia, tại hội thảo 'Hợp tác quốc tế trong nghiên cứu nâng cao an toàn giao thông cho Việt Nam' diễn ra vào ngày 19.4.

Các vụ tai nạn giao thông giữa xe máy và ô tô tải, cũng như ô tô con với ô tô tải, thường dẫn đến tử vong Một số hình ảnh tai nạn từ phía sau ô tô tải nặng cho thấy sự thiếu hụt hoặc không đạt tiêu chuẩn bảo vệ theo quy định châu Âu, như minh họa trong hình 1.25 dưới đây.

Hiện trường vụ tai nạn giao thông ngày

Hiện trường vụ tai nạn giao thông ô tô con chui gầm ô tô tải

Hình 1 25: Hình ảnh hiện trường một số vụ tai nạn phía sau

Các vụ tai nạn giao thông đường bộ, đặc biệt là va chạm phía sau ô tô tải, đã gây ra nhiều mất mát đau thương cho gia đình và xã hội Hệ lụy từ những tai nạn này bao gồm người tàn tật, trẻ em mồ côi và gia đình rơi vào cảnh nợ nần Nguyên nhân chủ yếu là do ô tô tải lớn không được trang bị cản sau hoặc cản sau không đảm bảo an toàn.

Khảo sát tại khu vực quốc lộ 1A, gần cầu vượt ngã tư Ga, cho thấy trong số 100 ô tô tải trên 10 tấn, có khoảng 70 xe không được trang bị cản sau hoặc cản sau không đúng quy định của Cục Đăng kiểm Việt Nam.

Hình 1 26: Ô tô tải lớn không gắn cản hoặc có gắn cản sau nhưng không đảm bảo an toàn khi tham gia giao thông trên quốc lộ 1A

Các nguyên nhân khiến ô tô tải lớn không gắn hoặc có gắn cản sau không đảm bảo an toàn bao gồm thiết kế cản sau kém chất lượng, dẫn đến hư hỏng sau một thời gian sử dụng, và chiều dài đuôi xe khiến cản sau được gắn ở vị trí thấp, ảnh hưởng đến góc thoát sau khi xe di chuyển qua các dốc cao, dễ gây va chạm.

Nghiên cứu "Cải tiến cản sau ô tô tải nhằm nâng cao an toàn cho các dòng xe cỡ nhỏ khi va chạm" là một vấn đề xã hội cần thiết, nhằm đưa ra các giải pháp tích cực để cải thiện thiết kế cản sau, phù hợp với thực trạng giao thông tại Việt Nam.

Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu

Cải tiến cản sau ô tô tải nặng trên 10 tấn nhằm hạn chế tai nạn khi xảy ra va chạm phía sau

Tìm ra các kết quả mô phỏng số phù hợp để đề xuất các nhà máy sản xuất ô tô cải tiến cản sau phù hợp

Nghiên cứu cải tiến cản sau ô tô tải nặng trên 10 tấn như sau bảng 1.5 và hình 1.27

Bảng 1 5: Thông số ô tô tải

Kích thước tổng thể (DxRxC) mm 11960 x 2500 x 3610

Chiều dài cơ sở mm 6000 + 1310

Khoảng sáng gầm xe mm 260

Trọng lượng toàn bộ kg 23120

Lốp xe Trước/ sau thông số 11.00R20

Hình 1 27: Hình ảnh thông số đối tượng nghiên cứu

Nội dung và phạm vi nghiên cứu

Mô phỏng va chạm giữa các loại xe như Hatchback, Sedan, Pickup, SUV và MPV với đuôi ô tô tải nặng trên 10 tấn, cả khi có và không có cản bảo vệ phía sau, đã được thực hiện Kết quả từ các mô phỏng này sẽ được phân tích để đưa ra các giải pháp cải tiến cản sau, nhằm nâng cao mức độ an toàn cho các dòng xe nhỏ khi xảy ra va chạm.

Nghiên cứu trên dòng ô tô tải trên 10 tấn.

Phương pháp nghiên cứu

Tổng quan tài liệu và phương pháp nghiên cứu

Phương pháp phân tích lý thuyết

So sánh kết quả mô phỏng và tai nạn thực tế, đánh giá hiệu quả cản sau khi cải tiến

Ý nghĩa khoa học và tính cấp thiết của đề tài

Kết quả mô phỏng va chạm giữa các loại xe như Hatchback, Sedan, Pickup, SUV và MPV với đuôi ô tô tải cho thấy rõ điểm yếu của cản sau ô tô tải hiện tại Để giảm thiểu thiệt hại trong các vụ va chạm trực diện phía sau, cần áp dụng các phương pháp cải tiến cản sau ô tô tải.

1.8.2 Tính cấp thiết Đề xuất tiêu chuẩn cho cản sau nhằm đảm bảo an toàn cho các xe cỡ nhỏ khi xảy ra va chạm ở Việt Nam

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Quan hệ chuyển động của 2 xe trong suốt quá trình va chạm

Giả sử cho hai xe chuyển động trên trục tọa độ OX

V2 là vận tốc xe 2 p là vận tốc tương đối của hai xe trước va chạm p’ là vận tốc tương đối của hai xe sau va chạm

Hình 2 1: Khi hai xe chuyển động xảy ra va chạm thì các trường hợp xảy ra được thể hiện như bảng 2.1-2.3

Bảng 2 1 : Va chạm giữa 2 xe chuyển động cùng chiều

Bảng 2 2: Va chạm giữa 2 xe (ô tô tải đứng yên, xe cỡ nhỏ di chuyển)

Bảng 2 3: Va chạm giữa 2 xe chuyển động ngược chiều (ô tô tải đang lùi, xe cỡ nhỏ tiến tới )

Khi hai xe va chạm với nhau, năng lượng va chạm xuất hiện và phụ thuộc vào tốc độ va chạm, cấu trúc khung xương và vật liệu chế tạo của xe Ở tốc độ không đổi, năng lượng va chạm đạt tối đa khi khung xương và vật liệu của xe hoàn toàn cứng Tuy nhiên, trong thực tế, quá trình va chạm dẫn đến sự biến dạng của cấu trúc và vật liệu, từ đó hấp thụ một phần năng lượng, gọi là năng lượng hấp thụ.

Gọi t là thời điểm của hai xe bắt đầu va chạm t’là thời điểm kết thúc biến dạng của vật liệu và khung xương của hai xe

Theo định luật II Newton, lực tác động lên xe 1 và xe 2 là bằng nhau, ký hiệu là F, trong khoảng thời gian từ t đến t’ Khi đó, xung lực sẽ được sinh ra và có thể được xác định dựa trên các lực tác động này.

I- là xung lực tuyến tính Áp dụng các nguyên tắc của xung lực tuyến tính và moment động lượng đối với mỗi xe ở thời gian trước và sau va chạm

Trong đó: v1, v2 – lần lượt là vận tốc ban đầu của xe 1 và xe 2 v1’, v2’ – lần lượt là vận tốc sau va chạm của xe 1 và xe 2

Chỉ xét 2 xe chuyển động trên cùng một trục và va chạm đúng tâm trong khoảng thời gian va chạm t:

Theo định bảo toàn động năng của hai xe trước và sau va chạm:

(2.4) Phương trình có thể viết lại:

Từ phương trình (2.2), (2.3) và phương trình (2.4), ta viết lại như sau:

2.1.1 Định lý Kelvin về va chạm tổng hợp và năng lượng hấp thụ [38]

Định lý Kelvin mô tả rằng năng lượng hấp thụ trong va chạm tỉ lệ thuận với tổng xung lực sinh ra, cùng với một nửa tổng vận tốc tương đối trước và sau va chạm.

Lưu ý rằng p và p’ thì luôn luôn dương Biểu thức được viết như sau:

Với p - là vận tốc tương đối trước va chạm của 2 xe p’ - là vận tốc tương đối sau va chạm của 2 xe

Giá trị của e tiến về 1.0 đối với va chạm đàn hồi hoàn toàn, không bị mất năng lượng và e tiến về 0,0 đối va chạm mà 2 xe không tách ra

Từ phương trình (2.2) và phương trình (2.3) có thể viết lại như sau:

Ta lấy (2.10) trừ cho (2.11) theo vế, ta có:

(2.13) me – là hệ số khối lượng của hệ thống

Thay thế p’= e p và I vào phương trình 2.8 ta được

Lưu ý  E là tổng năng lượng va chạm của hai xe va chạm

 E ' là năng lượng hấp thụ va chạm bởi kết cấu và vật liệu chế tạo của hai xe

2.1.2 Tổng năng lượng hấp thụ va chạm [38]

Khi hai xe m1 và m2 va chạm với nhau, lực tác động đi qua tâm của mỗi xe và vận tốc ban đầu của chúng ngược chiều nhau Sau va chạm, cả hai xe đều đạt được tốc độ bằng nhau, ký hiệu là vc Theo định luật bảo toàn động lượng, tổng động lượng trước va chạm sẽ bằng tổng động lượng sau va chạm.

Hình 2 2: Biến thiên vận tốc

Trong đó: me – hệ số khối lượng của hệ thống

Bằng cách thay thế từ phương trình (2.20) vào ∆𝑣 1 trong hình 2.2, ta có thể xác định mối quan hệ giữa sự thay đổi vận tốc của hai xe và tốc độ khép kín 𝑣 𝑐𝑙𝑜𝑠𝑒 = 𝑣 1 + 𝑣 2 Lưu ý rằng tổng độ biến thiên tốc độ của hai xe bằng với tốc độ khép kín, tức là ∆𝑣 1 + ∆𝑣 2 = 𝑣 1 + 𝑣 2.

Triệt tiêu 𝑣 𝑐𝑙𝑜𝑠𝑒 giữa phương trình (2.21) và (2.22) Tương tự triệt tiêu 𝑣 𝑐𝑙𝑜𝑠𝑒 giữa phương trình (2.22) và (2.24) ta nhận được ∆𝑣 1 , ∆𝑣 2 ta được:

Ta có mối quan hệ giữa khối lượng và sự biến thiên vận tốc như sau:

2.1.3 Năng lượng va chạm hấp thụ [38]

Mô hình tác động giữa 2 xe được thể hiện trong hình dưới đây:

Khi xảy ra va chạm giữa hai xe, lực tác động được xác định bởi phương trình F = kx, với x là độ biến dạng và k là hệ số tỉ lệ (độ cứng) Lực F sẽ thay đổi trong quá trình biến dạng của hai xe k1 và k2 Do đó, năng lượng hấp thụ từ va chạm được xác định bởi sự biến dạng của lò xo trong hệ thống.

Trong đó: x1, x2 lần lượt là khoảng biến dạng của xe m1, m2

∆E1: Năng lượng hấp thụ của xe 1

∆E2: Năng lượng hấp thụ của xe 2

Chia theo vế (2.28) ch0 (2.29), ta được:

Dựa vào phương trình, năng lượng va chạm hấp thụ của xe 1 và xe 2 so với tổng năng lượng hấp thụ của 2 xe:

Trong một vụ va chạm trực diện giữa ô tô con và trụ điện cứng, trụ điện có thể được giả định là vô cùng lớn Khi đó, trong phương trình 2.31, lực Rk tiến về 0, dẫn đến việc ∆E1 gần bằng với ∆E Điều này có nghĩa là toàn bộ năng lượng nén được hấp thụ bởi xe, trong khi trụ điện không hấp thụ năng lượng.

Mối quan hệ giữa ∆E1 và ∆v1 chỉ ra trong phương trình (2.33) có thể hấp thụ bằng cách triệt tiêu ∆E giữa phương trình (2.25) và phương trình (2.31):

 (2.33) Đối với xe m1, mối quan hệ giữa ∆E1 và vclose thể hiện phương trình (2.34) có thể loại bỏ ∆E giữa phương trình (2.23) và phương trình (2.31) Ta nhận được:

39 Đối với xe 2, triệt tiêu ∆E giữa phương trình (2.23) và phương trình (2.32) ta được

2.1.4 Va chạm không đúng tâm [38]

Giả sử cho hai xe chuyển động và va chạm lệch tâm nhau Được thể hiện ở hình 2.4

Hình 2.4 mô tả va chạm không đúng tâm giữa hai xe, trong đó v1 là vận tốc của xe 1 và v2 là vận tốc của xe 2, di chuyển ngược chiều với v1 Xe 2, nằm bên phải, có vận tốc v2 hướng ngược lại v1 Sau va chạm, xe 2 bị biến dạng và chuyển động với vận tốc vc Hình 2.5 thể hiện các mối quan hệ về gia tốc góc của xe 1.

Hình 2 5: Gia tốc góc của xe 1

Khu vực hấp thụ năng lượng va chạm với xe 1 được xác định tại điểm P, cách đường tâm xe theo phương dọc một khoảng h1 Gia tốc tại điểm P có thể được xác định bằng công thức cụ thể, giúp phân tích tác động của va chạm.

𝜃- là góc hợp bởi vector vận tốc tại tâm P với trục x

Thay 𝑐𝑜𝑠𝜃 của phương (2.37) vào phương trình (2.36), ta có:

Gọi Fx là lực tác động lên xe 1 tại P theo phương x Ta có thể viết phương trình moment xoay tạo bởi lực Fx tại tâm C

Lực va chạm tại trọng tâm C:

Từ đó ta viết lại như sau:

Bán kính xoay của xe 1, ký hiệu là r1, đóng vai trò quan trọng trong chuyển động quay Dựa vào phương trình (2.42) và phương trình (2.38), chúng ta có thể thiết lập mối quan hệ giữa gia tốc tại tâm phá hủy P và trọng tâm C của xe 1.

𝑟 1 2 +ℎ 1 2 ta có thể viết lại:

1 1 1 c x p x F x     m (2.46) Ở đây, (𝛾 1 𝑚 1 ) được xem là “ảnh hưởng khối lượng” của xe 1 tại điểm P

Hệ số ảnh hưởng khối lượng của xe 2 tại điểm P được biểu diễn bằng công thức 𝑟 2 2 +ℎ 2 2 Trong mọi trường hợp với h1>0.0 và h2>0.0, gia tốc dọc theo trục x tại tâm C luôn lớn hơn tại tâm phá hủy P, với các hệ số 𝛾 1 và 𝛾 2 đều nhỏ hơn 1 Nguyên nhân của điều này là do các moment xoay được truyền cho thân xe bởi lực va chạm Fx.

Tổng hợp các gia tốc tại C trong suốt quá trình tác động Từ phương trình (2.45) ta có:

Tương tự đối với xe 2:

Công thức xác định vận tốc thay đổi tại tâm phá hủy: Đối với xe 1:

Công thức xác định vận tốc thay đổi tại tâm của xe: Đối với xe 1:

Bảng 2 4: Bảng thông số thử nghiệm

Test Vehicle Mass (kg) Speed

Bảng 2 5: Bảng xác định các quy trình thử nghiệm đối với mỗi loại xe

Bảng 2 6: Bảng xác định năng lượng va chạm cực đại đối với mỗi loại xe

XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG

Kết cấu và phương pháp tính

Hình 3 1: Bản vẽ thiết kế đóng thùng ô tô tải

Theo tiêu chuẩn QCVN 09: 2015/BGTVT của Việt Nam

3.1.2.1 Kích thước giới hạn cho phép của xe:

Chiều dài: Không vượt quá chiều dài xe quy định tại Bảng 3.1

Bảng 3 1: Quy định chiều dài toàn bộ đối với xe ô tô

TT Loại phương tiện Chiều dài lớn nhất (m)

Khối lượng toàn bộ không vượt quá 5 tấn 5,0

Khối lượng toàn bộ từ 5 tấn trở lên nhưng không vượt quá 10 tấn

Khối lượng toàn bộ từ 10 tấn trở lên 7,0

Có tổng số trục bằng 3 7,8

Đối với xe có trục sau đơn, đường ROH đi qua tâm trục Nếu xe có hai trục sau với số lượng lốp bằng nhau, đường ROH sẽ đi qua điểm giữa của hai trục Trong trường hợp một trục có số lốp gấp đôi so với trục còn lại, đường ROH sẽ nằm cách tâm trục ít lốp 2/3 khoảng cách đến tâm trục nhiều lốp Đối với xe có cụm trục ba, đường ROH đi qua điểm giữa của hai tâm trục phía sau cùng.

Trong trường hợp cụm trục sau bao gồm trục dẫn hướng, trục tự lựa, và trục nâng hạ kết hợp với trục không dẫn hướng, chỉ các trục không dẫn hướng được xem xét để xác định đường ROH Chiều dài cơ sở tính toán (LCS) và đường ROH cho một số trường hợp cụ thể được trình bày trong Bảng 2 và Hình 3.2 dưới đây.

Hình 3 2: Chiều cao lớn nhất cho phép của xe có khối lượng toàn bộ không lớn hơn 5,0 tấn

Hình 3 3: Hình minh họa cách xác định chiều dài cơ sở tính toán (Lcs) và chiều dài đuôi xe (ROH)

Khối lượng cho phép lớn nhất trên trục xe:

Cụm trục kép phụ thuộc vào khoảng cách hai tâm trục d: d < 1,0 m: 11 tấn;

Cụm trục ba phụ thuộc vào khoảng cách hai tâm trục liền kề nhỏ nhất d: d ≤ 1,3 m: 21 tấn; d > 1,3 m: 24 tấn

Theo TCVN 6528: 1999 (ISO 612: 1978), góc lớn nhất giữa mặt phẳng nằm ngang và mặt phẳng tiếp tuyến với lốp bánh xe sau, đi qua điểm thấp nhất của phần đuôi xe, không được có điểm nào ở phía sau xe thuộc cầu sau nằm dưới mặt phẳng này Đồng thời, không có chi tiết nào gắn cố định trên xe được phép nằm dưới mặt phẳng này Góc này được xác định khi xe ở trạng thái tĩnh và được chất đủ tải.

Theo tiêu chuẩn TCVN 4054: 2005 bảng kích thước của xe thiết kế

Bảng 3 2: Bảng kích thước xe thiết kế Đơn vị tính bằng mét

Khoảng cách giữa các trục xe

Tùy theo cấp thiết kế của đường, độ dốc dọc tối đa được quy định trong bảng 15

Khi thiết kế đường, độ dốc dọc tối đa không được vượt quá 11% trong các khu vực khó khăn Đối với đường nằm ở độ cao 200 m so với mực nước biển, độ dốc không nên vượt quá 8% Đặc biệt, ở khu dân cư, độ dốc dọc lý tưởng không nên quá 4% để đảm bảo an toàn và thuận tiện cho người sử dụng.

Dốc dọc trong hầm không lớn hơn 4% và không nhỏ hơn 0.3%

Trong đường đào độ dốc dọc tối thiểu là 0.5%, khi khó khăn làm 0.3% và đoạn dốc này không kéo dài quá 50 m

Bảng 3 3: Độ dốc dọc lớn nhất của các cấp thiết kế của đường

I II III IV V VI Địa hình Đồng bằng Đồng bằng Đồng bằng, đồi

Núi Độ dốc dọc lớn nhất (

Chiều dài đoạn dốc dọc không được vượt quá quy định trong bảng 16 Nếu chiều dài vượt quá, cần thiết phải có các đoạn chêm dốc 2,5% và đủ chiều dài để bố trí đường cong đứng.

Bảng 3 4: Chiều dài lớn nhất của dốc dọc

Kích thước tính bằng mét Độ dốc dọc, % Tốc độ thiết kế, V tk , km/h

Từ các tiêu chuẩn về góc thoát sau và độ dốc mặt đường, thì góc thoát sau ô tô tải phải cao hơn độ dốc mặt đường

Từ các số liệu trên ta có thể tính được chiều cao cản phía sau để ô tô có góc thoát sau không đụng mặt đường như sau

Bảng 3 5: Chiều cao độ dốc mặt đường

Loại xe Nhô về phía sau

Góc thoát sau đảm bảo cho ô tô lớn hơn độ dốc mặt đường

Chiều cao của cản so với mặt đường (mm)

Từ số liệu phân tích trên theo tiêu chuẩn đường bộ ta thấy cản sau ô tô tải phải có chiều cao tối thiểu so với mặt đường là 480 mm

Khi xảy ra va chạm trực diện, ô tô cỡ nhỏ với cản trước từ 390-600 mm sẽ hấp thụ lực chủ yếu tại vị trí cản trước Đặc biệt, nếu cản trước của ô tô cỡ nhỏ va chạm với cản sau của ô tô tải nặng, tình huống sẽ trở nên nguy hiểm hơn do cản trước của ô tô cỡ nhỏ thường thấp hơn cản sau của ô tô tải nặng.

Trên thực tế khảo sát thì hiện nay xe ô tô tải nặng có trang bị cản sau khoảng

600 Một số xe bỏ luôn cản sau lý do cản trang bị gắn với đà thùng, bị va quẹt nhẹ gãy nên không được trang bị lại

Để đảm bảo an toàn trong va chạm, cản sau ô tô tải cần được thiết kế theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE19, với chiều cao 550 mm Khi xảy ra va chạm, cản sẽ hạ xuống 390 mm khi vuông góc với chassis, giúp hấp thụ năng lượng va chạm hiệu quả Thiết kế này không chỉ bảo vệ ô tô tải mà còn giảm thiểu thiệt hại cho các phương tiện nhỏ hơn khi xảy ra tai nạn.

3.1.3 Phương pháp tính lực tác dụng và gia tốc [40]

Lực trung bình F trên rào cản có thể được ước tính bằng cách sử dụng như sau: Phương trình 3.1

Gia tốc trung bình của ô tô (m1) Đây là được cho bởi phương trình 3.2

2(𝑚 1 + 𝑚 2 )𝑠 (3.2) Độ giảm tốc trung bình của xe nặng (m1) Điều này được đưa ra trong công thức 3.3:

Thời gian tác động Thời gian của tác động được cho bởi phương trình 3.4

Bằng cách áp dụng các phương trình đã nêu, chúng ta có thể xác định tác động trung bình của lực và các thông số va chạm khác, được tóm tắt trong Bảng 3.6 Trong tình huống này, xe 1 đứng yên trong khi xe 2 di chuyển và va chạm vào phía sau xe 1, với giả định rằng xe 1 được trang bị khung xương cản bảo vệ cứng.

Bảng 3 6: Bảng chi tiết tính sơ bộ lực, quãng đường, vận tốc, gia tốc xe khi va chạm theo khối lượng

Lực tác dụng (KN) Gia tốc

3.1.4 Cơ sở tính toán độ cứng lò xo giảm chấn

Hình 3 4: Sơ đồ mô hình hóa hệ thống

Khi xe cỡ nhỏ chịu tác động của lực F vào cản sau, giả sử cản sau là một thanh cứng, ta có thể xác định các yếu tố như k1 là độ cứng của lò xo, k2 là độ cứng của thanh chống, x1 là độ dịch chuyển của lò xo và x2 là độ biến dịch chuyển của thanh chống Lực tác dụng lên m1 được phân tách thành hai phương lực F1 và F2.

Hình 3 5: Lực F khi tác dụng lên thanh chống được phân tích thanh F 1 và F 2

Lực tác dụng vào thanh chống ngang được vẽ lại như sau

Hình 3 6: Mô hình hóa lực tác dụng lên thanh chống Theo định luật 2 Newton:

Nguyên lý dịch chuyển khả dĩ:

⇒ mẍ + k 1 x + k 2 x = 0 (3.10) Định luật bảo toàn năng lượng:

Thay T, U1, U2 vào phương trình 4.1 ta được:

3.1.5 Lực tác dụng trực diện

Theo bảng số liệu 3.6, khi xe va chạm với khối lượng 1000kg và vận tốc 65 km/h, lực tác dụng đạt 263 KN Quá trình này diễn ra khi xe quay một góc 90 độ với các góc α = 34 độ và β = 67 độ như mô tả trong hình 3.4.

= 57805 KN (3.19) Để lò xo hấp thụ nhanh lực va chạm, quay 1 góc 90 0 trong thời gian nhanh nhất khi đó lò xo dịch chuyển 1 đoạn x1 được tính như sau:

𝑥 1 = 427 sin(34 0 ) = 239 𝑚𝑚 (3.20) Theo định luật Hooke lực đàn hồi của lò xo được tính như sau:

Giả sử k1 có độ cứng tuyệt đối, khi xe ô tô cỡ nhỏ va chạm, cản phải quay 90 độ trong 0,02 giây đầu tiên với vận tốc 30 km/h Đoạn dịch chuyển nhanh nhất của cản lúc này đạt 239 mm Theo công thức 3.1, lực đàn hồi được tính là 4000N, và độ cứng của lò xo cũng được xác định từ đó.

0.239 = 12552 𝑁/𝑚 Như vậy ta chọn lò xo có độ cứng 15 KN/m

Thiết kế cản sau

3.2.1 Cản sau có giảm chấn hấp thụ lực (Bầu hơi)

Sử dụng phần mềm Catia thiết kế các chi tiết sau:

Hình 3 7: Bảng vẽ lắp cản sau có giảm chấn hấp thụ bầu hơi

Hình 3 8: Bảng vẽ lắp 3D cản sau có giảm chấn hấp thụ bầu hơi

Hình 3 11: Thanh chịu lực bầu hơi phía trước

Hình 3 12: Bầu hơi giảm chấn

Hình 3 13: Thanh trượt ngang ép bầu hơi

Hình 3 17: Bát quay phía trên

Hình 3 19: Thanh chống chịu lực

Bảng 3 7: Chi tiết các phần cản sau được thiết kế giảm chấn bầu hơi

Stt Tên chi tiết Vật liệu Số lượng

2 Thanh trượt dọc Mat 24 2 ± 0.5 Hình 3.10

3 Thanh chịu lực bầu hơi phía sau Mat 24 1 ± 0.5 Hình 3.11

5 Thanh trượt ngang ép bầu hơi Mat 24 1 ± 0.5 Hình 3.13

6 Chốt chịu lực Mat 24 2 ± 0.5 Hình 3.14

9 Bát quay phía trên Mat 24 1 ± 0.5 Hình 3.17

11 Thanh chống chịu lực Mat 24 2 ± 0.5 Hình 3.19

12 Bát chịu lực Mat 24 4 ± 0.5 Hình 3.20

3.2.2 Cản sau có giảm chấn hấp thụ lực (Lò xo)

Sử dụng phần mềm Catia thiết kế các chi tiết sau:

Hình 3 21: Bảng vẽ lắp cản sau có giảm chấn bằng lò xo

Hình 3 22: Bảng vẽ lắp 3D cản sau có giảm chấn bằng lò xo

Hình 3 24: Bát chịu lực trên chassis

Hình 3 25: Thanh chống phía trên

Hình 3 26: Thanh chống chịu lực phía dưới

Hình 3 30: Bát quay phía trên

Hình 3 32: Bát chịu lực phía dưới cản Bảng 3 8: Chi tiết các phần cản sau được thiết kế giảm chấn lò xo

2 Bát chịu lực trên Mat 24 2 ± 0.5 Hình 3 24

3 Thanh chống chịu lực phía trên Mat 24 2 ± 0.5

4 Thanh chống chịu lực phía dưới Mat 24 2 ± 0.5

5 Chốt chịu lực Mat 24 2 ± 0.5 Hình 3 27

8 Bát quay phía trên Mat 24 2 ± 0.5 Hình 3 30

10 Bát chịu lực phía dưới Mat 24 2 ± 0.5 Hình 3 32

3.2.3 Cản sau chưa cải tiến

Hình 3 33: Bảng vẽ lắp cản sau chưa cải tiến

Hình 3 34: Bảng vẽ lắp cản sau chưa cải tiến 3D

Hình 3 38: Xương cản phía trước

Hình 3 39: Ốp xương cản trên

Hình 3 41: Gia cố xương cản phía sau

Bảng 3 9: Chi tiết các phần cản sau chưa cải tiến

4 Xương cản phía trước Mat 24 2 ± 0.5 Hình 3 38

5 Ốp xương cản trên Mat 24 2 ± 0.5 Hình 3 39

7 Ốp xương cản dưới Mat 24 2 ± 0.5 Hình 3 41

Mô phỏng va chạm trên phần mềm

3.3.1 Sơ lược về phần mềm HyperWorks

HyperWorks là phần mềm CAE (Kỹ thuật hỗ trợ máy tính) nổi tiếng, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ vào khả năng phân tích chính xác dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn.

Phần mềm HyperWorks bao gồm các Modul chính sau: Hypermesh, HyperView, HyperGrapth, HyperCrash, Radioss, Optistruct, MotionView, MotionSolve

HyperWorks là phần mềm trực quan mạnh mẽ, chuyên phân tích và tối ưu hóa cấu trúc, lưu chất, hệ đa vật thể và điện từ Việc ứng dụng HyperWorks trong thiết kế giúp rút ngắn chu trình thiết kế, tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu suất công việc.

3.3.2 Các kiểu phần tử hữu hạn trong Hypermesh

Phần tử 1D: Là kiểu phần tử có một thành phần kích thước lớn hơn rất nhiều so với các kích thước còn lại

Phần tử 2D: Là kiểu phần tử có 2 thành phần kích thước lớn hơn rất nhiều so với kích thước còn lại

Phần tử 3D: Là kiểu phần tử có các kích thước tương đương nhau

Ngoài các phần tử 1D, 2D và 3D, còn tồn tại một số phần tử quan trọng khác trong mô hình hóa, bao gồm phần tử khối lượng (mass), phần tử lò xo (spring), phần tử giảm chấn (damper), phần tử tiếp xúc (Gap), phần tử liên kết cứng (Rigid) và phần tử hàn.

Hình 3 42: Giao diện phần mềm Hypermesh

3.3.3 Công cụ chia lưới trên Hypermesh

Sử dụng công cụ Hypermesh để chia lưới

Trên thanh công cụ chọn biểu tượng Import solver deck để import mô hình từ Catia vào để chia lưới

Sau khi chia lưới xong import xe cần mô phỏng vào để chỉnh sửa vị trí

Hình 3 43: Sử dụng phần mềm Hypermesh chia lưới cho cản sau

Thiết lập vật liệu: Vật liệu có tính đàn hồi như thép được thiết lập MAT 24 là

Bảng 3 10: Bảng chi tiết vật liệu cho cản

Khối luợng riêng ρ (kg/mm3) [Rho] Ứng dụng MATL trong HperMesh Ứng suất giới hạn σb (MPa) [SIGY]

Hình 3 44: Mô hình xe MPV được import vào để cân chỉnh trước khi mô phỏng

3.3.4 Mô phỏng va chạm bằng phần mềm LS-Dyna

Phần mềm Ls-Dyna, do Livermore Software Technology Corporation (LSTC) phát triển, là công cụ mô phỏng các bài toán vật lý cơ bản với khả năng giải quyết các vấn đề động lực học phi tuyến Được phát triển từ năm 1976 từ phần mềm DYNA3D của Dr John O Hallquist tại phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore, Ls-Dyna ban đầu phục vụ cho mục đích quân sự, đặc biệt trong mô phỏng nổ và va chạm mà các phần mềm 2D không đáp ứng được Từ năm 1978, DYNA3D đã mở rộng ứng dụng sang các lĩnh vực dân sự, và đến năm 1979, phiên bản mới được tối ưu hóa cho siêu máy tính với nhiều cải tiến trong giải quyết bài toán tiếp xúc giữa các vật thể Ls-Dyna hiện nay được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô, tàu thủy, xây dựng và quân sự.

Năm 1982, phần mềm DYNA3D đã được cập nhật với 9 mô hình vật liệu mới, cho phép mô phỏng tương tác giữa nổ bom, mìn với kết cấu và tương tác đất đá với kết cấu, đồng thời tốc độ tính toán nhanh hơn 10% so với phiên bản trước Đến năm 1986, nhiều loại phần tử như dầm, vỏ, khối vật rắn và các tính năng mô phỏng mới như tiếp xúc bề mặt, giảm chấn đã được bổ sung Đến năm 1988, Dr Hallquist đã tư vấn cho gần 60 công ty và tổ chức về việc sử dụng DYNA3D, và cuối năm đó, Livermore Software Technology Corporation (LSTC) được thành lập để phát triển phần mềm này Kết quả là LS-Dyna3D, hay còn gọi là LS-Dyna, ra đời với khả năng mở rộng tính năng, trở thành công cụ mạnh mẽ cho các bài toán mô phỏng động lực học, đặc biệt trong lĩnh vực kết cấu công trình cầu và hầm.

Mô phỏng tương tác giữa chuyển động của ô tô và kết cấu cầu (vehicle – bridge interaction)

Mô phỏng bài toán về va chạm giữa ô tô, tàu hỏa, xà lan với lan can, trụ cầu (impact analysis)

Bài viết này mô phỏng tác động của vụ nổ đến kết cấu môi trường đá, tập trung vào dao động của đá do khoan nổ mìn gây ra Những nghiên cứu này giúp hiểu rõ hơn về cách thức mà các vụ nổ ảnh hưởng đến cấu trúc địa chất xung quanh.

Hình 3 45: Giao diện phần mềm LS Dyna

Hình 3 46: Thanh công cụ chính trên phần mềm LS Dyna

Để bắt đầu phân tích LS Dyna, hãy nhấp vào biểu tượng số 1 trên thanh công cụ chính Để chỉnh sửa và nhập các thông số cần thiết, bạn chọn biểu tượng số 2 là Start LS Preport.

Hình 3 47: Giao diện chạy chương trình mô phỏng

Chọn Browse để chọn file cần chạy Chọn Run để bắt đầu chạy chương trình

Hình 3 48: Giao diện chính LS Prepost

Kết luận trên mô phỏng

Hình 3 49: Giao diện sau khi chạy xong chương trình

Sau khi chạy xong chương trình ra kết quả sử dụng LS Prepost để xem kết quả mô phỏng

Vào Heat để xuất biểu đồ Xuất biểu đồ lực tác dụng

Hình 3 50: Giao diện xuất biểu đồ

Vào heat để vào thư mục History để xuất các biểu đồ lực

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

Kết quả mô phỏng cản sau có giảm chấn hấp thụ lực (Bầu hơi)

Mô phỏng giảm chấn bầu hơi trường hợp 1 ( áp suất bầu hơi 4 kg/cm 2 )

Mô phỏng giảm chấn bầu hơi trường hợp 2 ( áp suất bầu hơi 8 kg/cm 2 )

Kết quả mô phỏng tại 0.02s Kết quả mô phỏng tại 0.02s

Hình 4 1: Kết quả mô phỏng va chạm cản sau có gắn bầu hơi giảm chấn

Kết quả mô phỏng cho thấy bầu hơi giảm chấn gắn trên cản sau có khả năng hấp thụ năng lượng va chạm hiệu quả Tại thời điểm 0.02 giây, bầu hơi đã hấp thụ năng lượng va chạm mà không gây biến dạng cho xe ô tô và cản sau Đến 0.05 giây, trong trường hợp cản sau quay 90 độ so với chassis, có sự thay đổi rõ rệt về góc lệch của cản sau.

Tại thời điểm 0.08 giây, xe con đã va chạm với đuôi ô tô tải, trong khi khoang hành khách đã sát vào chassis Đến 0.95 giây, khoang hành khách xe con tiếp tục sát vào chassis ô tô tải, và khoang hành khách đã bị xâm phạm, khiến cản không còn tác dụng bảo vệ Tại thời điểm 0.15 giây, cả hai trường hợp cho thấy khoang hành khách đã bị xâm phạm, trong đó xe con bị phá hủy hoàn toàn cabin.

Hinh 4 1: Biểu đồ vận tốc 2 trường hợp mô phỏng bầu hơi

Biểu đồ vận tốc cho thấy rằng cả hai trường hợp cản sau gắn giảm chấn bầu hơi không làm cho xe giảm tốc độ về 0 trong 0.15 giây, trong khi khoang hành khách và người lái xe con đã bị xâm hại.

Kết luận: Thử nghiệm mô phỏng cho thấy khả năng hấp thụ năng lượng va chạm của cản sau gắn bầu hơi chỉ hiệu quả trong giây đầu tiên, nhưng đến 0.05 giây, cản sau bắt đầu có dấu hiệu hư hỏng Do đó, cản sau gắn bầu hơi không đảm bảo an toàn trong trường hợp va chạm phía sau ô tô tải.

Kết quả mô phỏng cản sau có giảm chấn hấp thụ lực lò xo

Hình 4 2: Biểu đồ ngoại lực

Biểu đồ ngoại lực của 5 dòng xe cho thấy rằng xe không trang bị cản vẫn phải chịu lực hấp thụ lớn đến 0.14 giây, với thời gian lực hấp thụ về bằng 0 kéo dài Trong khi đó, xe có cản sau cải tiến cho thấy khả năng hấp thụ năng lượng tốt hơn, với ngoại lực trên xe giảm nhanh chóng tại thời điểm 0.25 giây và gần như đạt mức 0 tại 0.1 giây.

Hình 4 3: Biểu đồ nội lực tác dụng lên xe

Biểu đồ nội lực của năm dòng xe cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong khả năng hấp thụ năng lượng Ở thời điểm 0.14 giây, xe không trang bị cản có khả năng hấp thụ nội lực thấp, trong khi xe có cản sau cải tiến bắt đầu tăng nhanh nội lực từ 0.25 giây Đặc biệt, xe SUV có khả năng hấp thụ nội lực thấp hơn so với các mẫu xe chưa được cải tiến.

Hình 4 4: Khoảng cách dừng xe

Biểu đồ cho thấy rằng xe gắn cản chưa cải tiến và xe không có cản dừng ở khoảng cách xa khoảng 1,5 m, trong khi xe gắn cản cải tiến có khả năng dừng ở khoảng cách ngắn hơn, từ 0.8 đến 1 m, với thời gian dừng chỉ 0.9 giây.

Hình 4 5: Biểu đồ vận tốc

Biểu đồ cho thấy rằng xe không có cản và xe có cản chưa cải tiến đều mất thời gian hơn 0.14 giây để dừng lại hoàn toàn Trong khi đó, xe được trang bị cản sau đã cải thiện tốc độ dừng, đạt 0 ở khoảng thời gian từ 0.11 đến 0.12 giây.

Hình 4 6: Biểu đồ gia tốc

Biểu đồ gia tốc cho thấy xe chưa gắn cản hoặc gắn cản sau chưa cải tiến có gia tốc giảm sâu trong thời gian dài, dẫn đến nguy cơ dồn khi xảy ra va chạm và khoang người lái dễ bị xâm nhập, gây nguy hiểm cho tài xế Ngược lại, xe gắn cản sau cải tiến có khả năng giảm tốc nhanh chóng, đặc biệt là trong khoảng thời gian từ 0.06 đến 0.08 giây.

So sánh đánh giá kết quả mô phỏng 65 km/h 93 1 Hình ảnh kết quả mô phỏng xe Sedan va chạm vào đuôi ô tô tải vận tốc 65 km/h 93

4.3.1 Hình ảnh kết quả mô phỏng xe Sedan va chạm vào đuôi ô tô tải vận tốc 65 km/h

Hình 4 7: Hình ảnh va chạm xe Sedan vào đuôi ô tô tải ở giây 0.03s

Tại thời điểm 0.03 giây, ô tô tải không có cản bảo vệ đã chui lọt đầu xe vào gầm của xe Sedan Trong khi đó, xe Sedan có gắn cản bảo vệ chưa cải tiến đã đẩy cản bảo vệ về phía trước Đối với xe có cản bảo vệ đã cải tiến, cản có thể xoay 90 độ, khiến vị trí của cản sau và cản trước gần như tiếp xúc với nhau.

Hình 4 8: Hình ảnh va chạm xe Sedan vào đuôi ô tô tải ở giây 0.045

Tại thời điểm 0.045 giây, ô tô tải không có cản bảo vệ phía sau đã để xe Sedan chui vào gầm Xe Sedan này đã đẩy cản bảo vệ về phía trước do không được cải tiến Trong trường hợp xe có cản bảo vệ đã cải tiến, cản sẽ được giữ ở góc 90 độ, với vị trí cản sau và cản trước gần như tiếp xúc nhau.

Tại thời điểm 0.07 giây, ô tô tải không có cản bảo vệ phía sau, trong khi xe Sedan đã gần tiếp xúc với chassis ô tô tải Xe Sedan đã đẩy cản bảo vệ về phía trước, làm mất tác dụng bảo vệ của cản Tuy nhiên, trong trường hợp xe có cản bảo vệ đã được cải tiến, cản vẫn giữ ở góc 90 độ, giúp ngăn xe Sedan không chui vào gầm ô tô tải.

Tại thời điểm 0.12 giây, khoang hành khách của xe không có cản bảo vệ và cản bảo vệ chưa được cải tiến đã bị chassis xâm nhập, gây nguy hiểm cho người lái và hành khách phía trước Ngược lại, trong trường hợp xe tải có cản bảo vệ đã cải tiến, khoang hành khách của xe con vẫn được giữ an toàn và chưa bị tấn công.

Tại thời điểm 0.15 giây, nếu không có cản bảo vệ hoặc cản bảo vệ chưa được cải tiến, khoang hành khách sẽ bị chassis xâm nhập, gây nguy hiểm cho người lái và hành khách phía trước Ngược lại, với ô tô tải trang bị cản bảo vệ cải tiến, khoang hành khách của xe con vẫn được giữ an toàn và không bị tấn công.

4.3.2 Hình ảnh kết quả mô phỏng xe MPV va chạm vào đuôi ô tô tải vận tốc 65 km/h

Hình 4 12: Hình ảnh va chạm xe MPV vào đuôi ô tô tải ở giây 0.02

Tại thời điểm 0.02 giây, xe SUV va chạm với chassis ô tô tải không có cản bảo vệ, trong khi xe MPV có gắn cản bảo vệ tác động lực lên cản sau, khiến cản này bị cong Đồng thời, cản sau của xe có gắn cản bảo vệ đang bắt đầu quay xuống góc 90, dẫn đến việc bề mặt cản trước xe MPV và cản sau ô tô tải tiếp xúc với nhau.

Tại thời điểm 0.035 giây, xe MPV đã tiếp cận gần ô tô tải không có cản và ô tô tải có cản chưa cải tiến, với phần đầu xe chui vào gần nắp cabo của ô tô tải.

100 chassis Trường hợp ô tô tải có gắn cản bảo vệ đã cải tiến vẫn ở vị trí 90 0 giúp cho xe không chui vào gầm ô tô tải

Tại thời điểm 0.05 giây, ô tô tải không gắn cản xe MPV đã chui vào gầm ô tô tải, trong khi xe có gắn cản chưa cải tiến không còn hiệu quả Mặc dù ô tô tải có gắn cản bảo vệ đã được cải tiến vẫn ở vị trí 90 độ, nhưng khoang hành khách vẫn còn cách xa xe chassis.

Tại thời điểm 0.065 giây, ô tô tải không có cản bảo vệ hoặc có cản chưa cải tiến gặp nguy hiểm khi khoang hành khách có nguy cơ bị xâm nhập, đe dọa đến sự an toàn của người lái và hành khách Ngược lại, xe có cản sau đã được cải tiến vẫn đảm bảo an toàn cho khoang hành khách.

Tại thời điểm 0.08 giây, khoang hành khách của xe không được trang bị cản hoặc cản chưa được cải tiến đã bị tấn công Ngược lại, xe có cản cải tiến vẫn giữ được an toàn, cho thấy khoang hành khách được bảo vệ hiệu quả.

Tại thời điểm 0.1 giây, xe không có gắn cản và gắn cản chưa được cải tiến vẫn cho thấy sự khác biệt Xe có gắn cản cải tiến không bị xâm nhập, đảm bảo an toàn cho khoang hành khách.

Tại thời điểm 0.15 giây, khoang hành khách bị tấn công trong trường hợp xe không có gắn cản hoặc gắn cản chưa được cải tiến Trong khi đó, xe có gắn cản cải tiến vẫn giữ được an toàn và không bị xâm nhập, đảm bảo an toàn cho khoang hành khách.

4.3.3 Hình ảnh kết quả mô phỏng xe PICKUP va chạm vào đuôi ô tô tải vận tốc

Hình 4 19: Hình ảnh va chạm xe Pickup vào đuôi ô tô tải ở giây 0.01

Tại thời điểm 0.01 giây, ô tô tải không có cản bảo vệ đã bắt đầu tiếp xúc với đuôi xe Pickup ở vị trí nắp cabo Trong khi đó, trường hợp có cản bảo vệ chưa được cải tiến, xe Pickup cũng bắt đầu tiếp xúc tại vị trí nắp cabo Do cản sau của ô tô tải cao hơn cản trước của xe Pickup, nên hai cản không tiếp xúc với nhau; cản sau chỉ tiếp xúc tại vị trí ca.

Khi xe có gắn cản bảo vệ và đã cải tiến cản sau, quá trình quay xuống góc 90 sẽ khiến bề mặt cản trước của xe Pickup và cản sau của ô tô tải dần tiếp xúc với nhau.

Tại thời điểm 0.025 giây, cả ba trường hợp bắt đầu tiếp xúc với đuôi ô tô tải Trường hợp có gắn cản cải tiến đã quay một góc 90 độ và tiếp xúc với cản trước của xe Pickup.

km/h

Tiêu đề	Nghiên Cứu Cải Tiến Cản Sau Xe Tải Nhằm Nâng Cao An Toàn Cho Các Dòng Xe Cỡ Nhỏ Khi Va Chạm
Trường học	Trường Đại Học
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	Luận Văn Tốt Nghiệp

Định dạng
Số trang	174
Dung lượng	16,37 MB