(Luận văn thạc sĩ) thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu ô tô khách khi xảy ra va chạm lật nghiêng theo tiêu chuẩn châu âu

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Trong thời đại công nghiệp hóa và hiện đại hóa ngày nay, ô tô trở thành một phương tiện thiết yếu, được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề và lĩnh vực, góp phần quan trọng vào sự phát triển kinh tế - xã hội.

Ô tô không chỉ cần đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật, thẩm mỹ và tiện nghi, mà còn phải đảm bảo tính an toàn và độ tin cậy cao cho người sử dụng Trong lĩnh vực giao thông đường bộ, ô tô, đặc biệt là ô tô khách, đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển hàng hóa và con người Ô tô khách là phương tiện giao thông công cộng giúp giải quyết tình trạng ùn tắc giao thông đô thị và cải thiện lưu thông liên tỉnh.

Sự phát triển giao thông đi đôi với gia tăng tai nạn, với 30.874 vụ tai nạn đường bộ xảy ra trong năm 2013, trong đó 21% do người lái ô tô gây ra và 9,7% liên quan đến ô tô chở khách Các vụ tai nạn có thể xảy ra dưới nhiều hình thức như va chạm trực diện, từ bên hông hoặc từ phía sau, dẫn đến biến dạng cấu trúc khung xe và tổn thương cho hành khách bên trong Vì vậy, việc đảm bảo an toàn cho xe và bảo vệ hành khách là ưu tiên hàng đầu của các nhà thiết kế và sản xuất xe trên toàn cầu.

Hiện nay, hầu hết các nhà thiết kế ô tô trên thế giới tuân thủ tiêu chuẩn an toàn Châu Âu ECE-R66, được áp dụng để nghiên cứu an toàn kết cấu khung xương trong điều kiện lật nghiêng Tiêu chuẩn này, do Ủy Ban Kinh tế Châu Âu ban hành và cập nhật lần cuối vào tháng 2 năm 2006, quy định về cường độ cứng của khung xương đối với ô tô khách từ 22 chỗ ngồi trở lên, bao gồm cả tài xế và phụ xe ECE-R66 cung cấp nhiều phương pháp đánh giá an toàn và yêu cầu kỹ thuật chi tiết, giúp nhà sản xuất dễ dàng thực hiện kiểm tra mà không cần thử nghiệm nguyên chiếc ô tô lật nghiêng, cho phép lựa chọn từ bốn phương pháp sát hạch khác nhau.

GVHD: TS Nguyễn Thành Tâm Trang 2 HVTH: Dương Chí Thiện

+ Lấy một đoạn thân xe tiêu biểu đại diện cho nguyên chiếc ô tô khách tiến hành thí nghiệm lật nghiêng

+ Lấy một đoạn hoặc nhiều đoạn thân xe tiến hành thí nghiệm tải trọng tĩnh + Tính toán tải trọng tĩnh đối với kết cấu khung xương ô tô khách

Mô phỏng tính năng an toàn lật nghiêng của ô tô khách là một thí nghiệm quan trọng nhằm kiểm tra độ cứng và cường độ của khung xương xe Trong quá trình thí nghiệm, cần đảm bảo rằng cấu trúc khung xương vẫn giữ được độ bền và ổn định, đáp ứng các yêu cầu an toàn cụ thể.

+ Sự chuyển vị bất kỳ bộ phận nào của khung xương không được xâm phạm vào không gian an toàn

+ Bất kỳ bộ phận nào trong không gian an toàn đều không cho phép lồi ra bên ngoài kết cấu khung xương sau khi biến dạng

Tiêu chuẩn ECE-R66 quy định về không gian an toàn được thể hiện như Hình

Hình 1.1 Không gian an toàn theo mặt cắt ngang

Hình 1.2 Không gian an toàn theo mặt cắt dọc

Tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66 quy định rằng khoảng cách giữa mặt phẳng lật và mặt phẳng va chạm trong quá trình lật nghiêng phải đạt 800 mm, như thể hiện trong Hình 1.3.

Hình 1.3 Khoảng cách giữa mặt phẳng lật và mặt phẳng va chạm

Tổng quan về các nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1 Các nghiên cứu trong nước

Hiện nay, nghiên cứu thiết kế khung xương và chassis ô tô chủ yếu tập trung vào việc tính toán mô phỏng trạng thái bền tĩnh và ổn định Tuy nhiên, việc ứng dụng các phần mềm mô phỏng và phân tích liên quan đến tính năng an toàn ô tô, như va chạm trực diện, va chạm sau, va chạm hông, lật nghiêng và xuyên, vẫn chưa được triển khai.

Đến nay, chưa có nghiên cứu hay bài báo nào liên quan đến an toàn kết cấu ô tô khách trong nước Vì vậy, việc nghiên cứu và thiết kế tối ưu tính an toàn cho ô tô khách khi xảy ra va chạm lật nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66 là rất cần thiết để đảm bảo an toàn cho con người Đây chính là lý do mà chủ nhiệm đề tài đã lựa chọn nghiên cứu này.

1.2.2 Các nghiên cứu ngoài nước Đối với các hãng sản xuất xe trên thế giới việc đầu tiên các hãng quan tâm đó chính là tính năng an toàn (gồm có an toàn chủ động và an toàn bị động) Đối với nghiên cứu về tính năng an toàn bị động các nhà nghiên cứu thiết kế chế tạo ô tô phải dựa vào tiêu chuẩn an toàn của nhà chức trách quy định để đánh giá mức độ an toàn trước khi cho sản xuất hàng loạt Như tiêu chuẩn quy định cường độ cứng khung xương ô tô khi xảy ra va chạm lật nghiêng (Châu Âu ECE-R66 [1] , Mỹ FMVSS 216), tiêu chuẩn đánh giá tổn thương của người ngồi trong ô tô khi xảy ra tai nạn trước: (Châu Âu ECE R94.01, Mỹ FMVSS 208, Trung Quốc GB 11551-

Tiêu chuẩn đánh giá tổn thương người đi bộ được quy định theo Châu Âu 2003/102/ECE, với mức độ an toàn của ô tô được phân loại từ 1 sao đến 5 sao, tùy thuộc vào thiết kế an toàn của xe.

Dựa trên tiêu chuẩn an toàn Châu Âu ECE-R66 và sự tiến bộ trong khoa học kỹ thuật CAE (Kỹ thuật hỗ trợ bằng máy tính), các nhà nghiên cứu đã thiết kế các sản phẩm đáp ứng yêu cầu an toàn cao nhất.

GVHD TS Nguyễn Thành Tâm và HVTH Dương Chí Thiện đã tiến hành nhiều nghiên cứu về khả năng chịu va đập của khung xương ô tô khách trong điều kiện lật nghiêng Các nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá độ bền và an toàn của cấu trúc ô tô dưới tác động của lực lật, nhằm cải thiện thiết kế và bảo vệ hành khách.

Tác giả Tomas Wayhs Tech đã sử dụng phần mềm LS-DYNA để mô phỏng tính an toàn của khung xương ô tô khách trong điều kiện lật nghiêng Dựa trên kết quả mô phỏng, tác giả đã tiến hành phân tích và đề xuất phương án thiết kế cải tiến nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn quy định Kết quả nghiên cứu được thể hiện cụ thể trong Hình 1.4.

Hình 1 4 Kết quả mô phỏng biến dạng kết cấu khung xương ô tô khách

Tác giả Yu-Cheng Lin đã nghiên cứu an toàn kết cấu khung xương ô tô khách bằng cách sử dụng phần mềm HYPERMESH 7.0 để xây dựng mô hình phần tử hữu hạn cho một đoạn xe Sau đó, tác giả áp dụng phần mềm LS-DYNA 970 để phân tích kết quả mô phỏng lật nghiêng ô tô khách Để đảm bảo độ chính xác, tác giả đã so sánh kết quả thí nghiệm với kết quả mô phỏng, điều chỉnh mô hình phần tử hữu hạn và các thông số kỹ thuật cho đến khi hai kết quả gần bằng nhau, như thể hiện trong Hình 1.5.

Hình 1 5 Kết quả mô phỏng và thí nghiệm an toàn lật nghiêng cho đoạn xe

Mục đích nghiên cứu

Dựa trên bản thiết kế 2D từ nhà sản xuất, chúng tôi tiến hành xây dựng mô hình 3D chi tiết cho ô tô khách 45 chỗ ngồi, đảm bảo tính khả thi trong quá trình chế tạo.

+ Thực hiện các thí nghiệm về thông số vật liệu dùng để phục vụ mô phỏng, chế tạo khung xương và chassis

+ Ưng dụng kỹ thuật CAE để xây dựng và phân tích mô hình phần tử hữu hạn ô tô khách theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66

Sử dụng phần mềm LS-DYNA để mô phỏng tính an toàn khi lật nghiêng ô tô khách, kết hợp với phần mềm HYPERVIEW để hiển thị và phân tích kết quả Qua đó, tiến hành thiết kế tối ưu cho tính an toàn của khung xương ô tô khách theo các tiêu chuẩn hiện hành.

+ Nghiên cứu kết cấu ô tô khách khi xảy ra va chạm lật nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66

Phân tích cơ chế biến dạng của kết cấu khung xương ô tô khách trong trường hợp va chạm lật nghiêng là rất quan trọng Dựa trên kết quả mô phỏng, quá trình tối ưu hóa mô hình khung xương sẽ được thực hiện nhằm nâng cao khả năng an toàn và hiệu suất của xe.

+ Nghiên cứu thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu khung xương ô tô khách khi xảy ra va chạm lật nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66

1.6 Phương pháp nghiên cứu Đề tài đã kết hợp 2 phương pháp nghiên cứu:

+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

Đề tài không chỉ dựa vào cơ sở lý thuyết ô tô để xác định các thông số cho mô hình chuẩn, mà còn áp dụng các lý thuyết nghiên cứu khác như lý thuyết biến dạng phi tuyến của vật liệu, lý thuyết phần tử hữu hạn và lý thuyết tối ưu hóa.

+ Phương pháp nghiên cứu mô phỏng thực nghiệm:

Dựa trên kết quả mô phỏng từ phần mềm LS-DYNA và phân tích trên HYPERVIEW, chúng tôi đã tiến hành thiết kế tối ưu khung xương ô tô khách theo tiêu chuẩn.

Đề tài này tập trung vào nghiên cứu và thiết kế tối ưu tính an toàn của kết cấu khung xương ô tô khách trong trường hợp va chạm lật nghiêng Mục tiêu là ứng dụng những nghiên cứu này vào thực tiễn chế tạo ô tô, nhằm nâng cao độ an toàn cho hành khách Quá trình thực hiện đề tài sẽ được chia thành các nội dung cụ thể để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả.

1 Từ mô hình Cad 3D do nhà sản xuất cung cấp, ứng dụng kỹ thuật CAE để tiến hành xây dựng mô hình và phân tích phần tử hữu hạn

2 Dùng phần mềm LS-DYNA để mô phỏng qúa trình va chạm lật nghiêng và phần mềm HYPERVIEW để hiện thị và phân tích kết quả mô phỏng

3 Từ kết quả mô phỏng ta tiến hành thiết kế tối ưu mô hình khung xương, dùng phần mềm SPSS phân tích tối ưu hồi quy và giải thuật di truyền trong MATLAB để tìm ra giá trị tối ưu nhất

4 Mô phỏng, kiểm nghiệm và đánh giá lại kết quả đạt được sau khi thiết kế tối ưu mô hình khung xương và so sánh với tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66

1.8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài này đã thành công trong việc ứng dụng kỹ thuật CAE để thiết kế và tính toán an toàn theo tiêu chuẩn quy định Thành công này không chỉ tạo nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo mà còn hỗ trợ Nhà Trường và các Trung Tâm nghiên cứu chế tạo ô tô trong nước xây dựng phòng thí nghiệm Qua đó, các cơ sở này có thể thiết kế, tính toán và mô phỏng tính an toàn cấu trúc, khả năng chịu va đập và hấp thụ năng lượng, đồng thời đánh giá sự tổn thương con người theo tiêu chuẩn quốc tế.

Đề xuất các cơ quan có thẩm quyền thực hiện thiết kế ô tô trong nước theo tiêu chuẩn quốc tế là cần thiết, nhằm thúc đẩy ngành kỹ thuật ô tô nhanh chóng nội địa hóa sản phẩm Điều này sẽ giúp Việt Nam hòa nhập với ngành công nghiệp ô tô tiên tiến toàn cầu.

Hiện nay, ô tô khách đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết giao thông liên tỉnh tại Việt Nam Tuy nhiên, ngành kỹ thuật ô tô trong nước còn hạn chế về công nghệ, dẫn đến việc nhiều phương tiện như xe khách và xe buýt chủ yếu được nhập khẩu nguyên chiếc hoặc lắp ráp từ linh kiện nước ngoài Các công ty như Trường Hải, Tracomesco và Samco đang hoạt động trong lĩnh vực này Để đáp ứng nhu cầu của doanh nghiệp, các hãng lắp ráp ô tô trong nước đã thực hiện việc hoán đổi kết cấu xe, như tăng kích thước thùng xe hoặc chuyển từ ghế ngồi sang giường nằm Tuy nhiên, quá trình cải tiến này thường không tính toán đến tính năng an toàn theo tiêu chuẩn, làm giảm khả năng an toàn của xe trong trường hợp xảy ra tai nạn.

Sự thành công của đề tài có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong việc thiết kế và tính toán tính năng an toàn kết cấu của xe, đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn quy định nhằm bảo vệ tính mạng và tài sản của con người.

Phạm vi nghiên cứu

+ Nghiên cứu thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu khung xương ô tô khách khi xảy ra va chạm lật nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66.

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài đã kết hợp 2 phương pháp nghiên cứu:

+ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

Đề tài không chỉ áp dụng cơ sở lý thuyết ô tô để xác định các thông số cho mô hình theo tiêu chuẩn, mà còn tích hợp các lý thuyết nghiên cứu khác như biến dạng phi tuyến của vật liệu, phần tử hữu hạn và tối ưu hóa.

+ Phương pháp nghiên cứu mô phỏng thực nghiệm:

Dựa trên kết quả mô phỏng từ phần mềm LS-DYNA và phân tích trên phần mềm HYPERVIEW, chúng tôi tiến hành thiết kế tối ưu kết cấu khung xương cho ô tô khách theo tiêu chuẩn.

Nội dung nghiên cứu

Đề tài này tập trung vào nghiên cứu và thiết kế tối ưu tính an toàn cho kết cấu khung xương ô tô khách trong trường hợp xảy ra va chạm lật nghiêng Mục tiêu là ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn chế tạo ô tô, nhằm nâng cao độ an toàn cho hành khách Quá trình thực hiện đề tài được chia thành nhiều nội dung cụ thể, từ việc phân tích thiết kế đến thử nghiệm và đánh giá hiệu quả.

1 Từ mô hình Cad 3D do nhà sản xuất cung cấp, ứng dụng kỹ thuật CAE để tiến hành xây dựng mô hình và phân tích phần tử hữu hạn

2 Dùng phần mềm LS-DYNA để mô phỏng qúa trình va chạm lật nghiêng và phần mềm HYPERVIEW để hiện thị và phân tích kết quả mô phỏng

3 Từ kết quả mô phỏng ta tiến hành thiết kế tối ưu mô hình khung xương, dùng phần mềm SPSS phân tích tối ưu hồi quy và giải thuật di truyền trong MATLAB để tìm ra giá trị tối ưu nhất

4 Mô phỏng, kiểm nghiệm và đánh giá lại kết quả đạt được sau khi thiết kế tối ưu mô hình khung xương và so sánh với tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài này đã thành công trong việc ứng dụng kỹ thuật CAE để thiết kế và tính toán an toàn theo tiêu chuẩn quy định, tạo nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo Đồng thời, nó cũng là cơ sở để Nhà Trường và các Trung Tâm nghiên cứu thiết kế chế tạo ô tô trong nước xây dựng phòng thí nghiệm, thực hiện thiết kế, tính toán và mô phỏng an toàn kết cấu, khả năng chịu va đập, hấp thụ năng lượng, cũng như đánh giá tổn thương con người theo tiêu chuẩn quốc tế.

Đề xuất với cơ quan có thẩm quyền thực hiện thiết kế ô tô trong nước theo tiêu chuẩn quốc tế là cần thiết để thúc đẩy ngành kỹ thuật ô tô Việt Nam Việc này không chỉ giúp nhanh chóng hiện thực hóa chiến lược nội địa hóa sản phẩm mà còn tạo điều kiện cho ngành ô tô trong nước hòa nhập với các công nghệ tiên tiến trên thế giới.

Hiện nay, ô tô khách đóng vai trò quan trọng trong giao thông liên tỉnh tại Việt Nam Tuy nhiên, ngành kỹ thuật ô tô trong nước còn hạn chế về công nghệ, dẫn đến việc phần lớn xe khách và xe buýt đều được nhập khẩu nguyên chiếc hoặc nhập linh kiện để lắp ráp Các công ty như Trường Hải, Tracomesco, và Samco là những đơn vị chủ yếu thực hiện việc này Để đáp ứng nhu cầu của doanh nghiệp, các hãng lắp ráp trong nước thường điều chỉnh cấu trúc xe, như tăng kích thước thùng xe hoặc chuyển đổi ghế ngồi thành giường nằm Tuy nhiên, quá trình cải tiến này không chú trọng đến tính năng an toàn theo tiêu chuẩn, gây ra nguy cơ mất an toàn khi xảy ra tai nạn.

Sự thành công của đề tài có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong việc thiết kế và tính toán tính năng an toàn kết cấu của xe, đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn quy định, từ đó bảo vệ tính mạng và tài sản của con người.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG

Giới thiệu

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng phần mềm trong nghiên cứu khoa học, đặc biệt trong thiết kế chế tạo ô tô, ngày càng phổ biến Hiện nay, cả trong nước và trên thế giới, các nghiên cứu thiết kế ô tô đều sử dụng kỹ thuật CAE để xây dựng mô hình và phân tích phần tử hữu hạn, từ đó tìm ra hướng thiết kế cải tiến hiệu quả nhất.

Trong nghiên cứu này, tác giả đã áp dụng năm phần mềm để tối ưu hóa tính an toàn của kết cấu ô tô khách trong trường hợp va chạm lật nghiêng, tuân thủ tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66 Các phần mềm được sử dụng bao gồm HYPERMESH, HYPERVIEW, LS-DYNA, SPSS và MATLAB.

Lý thuyết biến dạng phi tuyến tính

Bài toán phi tuyến về vật liệu chủ yếu tập trung vào trạng thái làm việc khác nhau của vật liệu trong các giai đoạn khác nhau, thể hiện qua mối quan hệ ứng suất – biến dạng Trong giai đoạn đàn hồi, quy luật ứng suất và biến dạng có sự tương đồng ở mọi thời điểm Tuy nhiên, thực tế cho thấy rằng trạng thái ứng suất và biến dạng có mối liên hệ chặt chẽ, với sự thay đổi của một đại lượng ảnh hưởng đến đại lượng kia Nghiên cứu sẽ tập trung vào phương trình cơ bản của phương pháp Phần tử hữu hạn cho bài toán phi tuyến vật liệu và cách tính toán các thành phần của nó Đồng thời, cần làm rõ các quan hệ cơ học của vật liệu để có được ứng xử chính xác trong việc phân tích ứng suất và biến dạng trên khung xương.

Nhiều loại mô hình vật liệu được áp dụng trong phân tích ứng suất và biến dạng của kết cấu thép Các nghiên cứu về các mô hình vật liệu này đã giúp xác định và lựa chọn mô hình vật liệu thép phù hợp cho các tính toán kỹ thuật.

Hình 2.1 Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng

Khi mô phỏng vật liệu trong giai đoạn phi đàn hồi với tính cơ học thay đổi theo thời gian, mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng trở thành phi tuyến, được biểu diễn bằng công thức s = s(e).

Khi đó quan hệ giữa véc tơ ứng suất {s} và véc tơ biến dạng {e} có thể viết dưới dạng: {s} = [Eep(e)]{e}

Ma trận đàn dẻo [Eep(e)] thể hiện mối quan hệ với trạng thái biến dạng {e}, trong đó trạng thái biến dạng này phụ thuộc vào các chuyển vị nút {U} Cụ thể, trạng thái biến dạng được xác định qua công thức {e} = [Dep(U)]{U}.

Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng có thể được biểu diễn dưới dạng mối quan hệ giữa trạng thái ứng suất {s} và chuyển vị nút {U}.

Các hệ thức (1) và (2) cho phép xác định chính xác biến dạng và ứng suất tại bất kỳ điểm nào bên trong phần tử, dựa trên vec tơ chuyển vị {U} tại các nút của phần tử.

Hình 2.2 Quan hệ ứng suất – biến dạng : (a) vật liệu đàn hồi (b) vật liệu đàn – dẻo

Khi thực hiện thí nghiệm kéo nén đúng tâm trên một mẫu vật liệu, nếu lực tác dụng chưa vượt quá ngưỡng nhất định, mẫu vật vẫn hoạt động trong miền đàn hồi tuyến tính Điều này liên quan đến mô đun đàn hồi và mô đun đàn hồi trượt của vật liệu.

Hình 2.3 Thí nghiệm thực tế và miền giới hạn đàn hồi

Định luật Hooke mô tả mối quan hệ giữa ứng suất kéo theo phương (x1) và độ biến dạng, thể hiện qua đồ thị tuyến tính Đồ thị này có dạng một đoạn thẳng với độ dốc là tanα, tương ứng với hằng số tỷ lệ E.

Trong đó: E: mô đun đàn hồi Young

Khi vật liệu trải qua giãn đơn trục, sự giãn dài ε1 sẽ đi kèm với biến dạng ngang trái dấu, tỉ lệ với giãn dài theo định luật Poisson, cụ thể là ε2 = ε3 = -ν.ε1, trong đó ν là hệ số Poisson không có thứ nguyên, thường có giá trị thực nghiệm khoảng 0.5.

Thử nghiệm vật liệu trong miền đàn hồi cho phép xác định mối quan hệ giữa các ứng suất tiếp tại bề mặt bên của phân tố hình hộp và biến dạng trượt của các bề mặt này.

Hình 2.4 Mô tả quá trình biến dạng trượt của vật liệu

Xác định các giá trị, thiết lập mô hình lật nghiêng theo tiêu chuẩn ECE - R66

2.3.1 Xác định trọng tâm của xe

2.3.1.1 Xác định trọng tâm theo chiều dọc Đặt xe lên bàn cân như Hình 2.5

Hình 2.5 Sơ đồ khối lượng phân bố trên xe theo chiều dọc

G: Trọng lượng toàn bộ của xe

G 1 : Trọng lượng phân bố cầu trước

G 2 : Trọng lượng phân bố cầu sau

Theo sơ đồ phân bố ta có: G = G1 + G 2

Lập phương trình cân bằng moment tại điểm tiếp xúc :

2.3.1.2 Xác định trọng tâm theo chiều cao Đặt xe lên bàn cân, nâng cao bánh trước khoảng H = 0,5 – 1(m)như Hình 2.6

Hình 2.6.Cân xe lên bàn cân

G: Trọng lượng toàn bộ của xe

G 2 : Trọng lượng phân bố theo phương thẳng đứng ở cầu sau

: Góc nghiêng đặt xe với α

G.cos, G 2 cos: Vuông góc mặt phẳng tiếp xúc

G.sin, G 2 sin: Song song với mặt phẳng tiếp xúc

Lập phương trình cân bằng moment tại tâm bánh xe trước

2.3.1.3 Xác định độ lệch trọng tâm theo chiều ngang Đặt bánh xe bên trái lên bàn cân như Hình 2.7

Hình 2.7 Cân bánh xe bên trái lên bàn cân

G: Trọng lượng tập trung của xe

G  : Trọng lượng tập trung bánh xe bên trái

Theo sơ đồ phân bố ta có: G = G  + G 

Lập phương trình cân bằng moment tại điểm tiếp xúc :

Trong đó: c: là chiều rộng cơ sở, e là độ lệch trọng tâm theo phương ngang

Phân tích tính toán trọng tâm yêu cầu đầy đủ số liệu về khối lượng phân bố tại các bánh xe, nhưng phần mềm được sử dụng trong đề tài này giúp công việc trở nên dễ dàng hơn.

2.3.2 Xác định góc giới hạn lật đỗ của xe

Giả thiết đặt ra là xe đang nằm trên mặt phẳng nghiêng, bỏ qua trượt,

GVHD: TS Nguyễn Thành Tâm và HVTH: Dương Chí Thiện chỉ ra rằng khi mặt phẳng nghiêng đến một góc nhất định, xe sẽ tự động lật đổ xoay quanh điểm A, như minh họa trong Hình 2.8.

Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên xe [4]

Hình 2.8 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên xe

Z  : Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe bên trong

Z  : Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe bên ngoài

Theo sơ đồ ta có: Z  + Z  = G.cos và Y  + Y  = G.sin

Phương trình cân bằng moment tại điểm A:

Xe bắt đầu lật khiZ  = 0: ta có:

Góc giới hạn lật đổ:

: Góc nghiêng giới hạn c = 1710 (mm): Chiều rộng cơ sở 2 bánh sau của xe h g = 1208 (mm): Chiều cao trọng tâm xe

2.3.3 Vận tốc góc khi lật

Theo tiêu chuẩn ECE-R66, ta có thể giả định rằng trong trường hợp chưa xảy ra va chạm lật, xe sẽ đứng yên trên mặt phẳng lật, với khoảng cách giữa mặt phẳng lật và mặt phẳng va chạm là 800 mm Trong tình huống này, xe có trọng tâm G và không chịu tác động của bất kỳ lực bên ngoài nào.

Hình 2.9 Xe đang đứng yên trên mặt phẳng lật

Khi mặt phẳng lật xoay quanh trục lật với vận tốc nhỏ hơn 5 0/s (0,087 rad/s), nó sẽ tiếp tục cho đến khi đạt góc nghiêng giới hạn 35,3 độ, lúc này xe bắt đầu lật nghiêng với vận tốc ban đầu Đồng thời, trọng tâm G cũng chuyển đổi đến vị trí G’ như thể hiện trong Hình 2.10.

Hình 2.10 Xe bắt đầu lật

Vận tốc góc của xe khi lật tăng dần từ vị trí G’ đến G’’ như thể hiện trong Hình 2.11 Vận tốc góc tại thời điểm xe va chạm với mặt lật có thể được tính theo công thức 2.5.

Hình 2.11 Xe bắt đầu va chạm với mặt phẳng lật

Trong quá trình lật trọng tâm tạo ra quỹ đạo chuyển động như Hình 2.12

Hình 2.12 Qũy đạo thay đổi trọng tâm khi lật

Chiều cao trọng tâm của xe được xác định qua ba mức độ: khi xe đứng yên, chiều cao trọng tâm là 1208 mm; khi xe bắt đầu lật, chiều cao trọng tâm giảm xuống còn 1661 mm; và khi xảy ra va chạm, chiều cao trọng tâm còn lại là 796 mm.

B = 2485 (mm): Chiều rộng xe d = 800 (mm): Khoảng cách giữa mặt phẳng lật và mặt đường t: Khoảng cách giữa trọng tâm so với mặt phẳng dọc của xe

G, G  , G: Lần lượt là các vị trí trọng tâm khách nhau của xe khi lật

Vận tốc góc ban đầu sẽ được thiết lập như sau:

Khi bắt đầu lật xe, chỉ có gia tốc trọng trường tác động mà không có vận tốc góc ban đầu Năng lượng tại thời điểm trọng tâm ở vị trí G’ chỉ bao gồm thế năng.

Khi xảy ra va chạm với mặt đường lúc này ngoài tác động của gia tốc trọng

GVHD: TS Nguyễn Thành Tâm, HVTH: Dương Chí Thiện, nghiên cứu cho thấy rằng trường xe chịu ảnh hưởng của vận tốc góc ban đầu Năng lượng phát sinh khi trọng tâm ở vị trí G’’ bao gồm cả thế năng và động năng Bằng cách áp dụng định luật bảo toàn năng lượng từ trạng thái bắt đầu lật đến khi xảy ra va chạm, chúng ta có thể thiết lập các phương trình (2.3) và (2.4).

M = 9622 (kg): Khối lượng toàn tải của xe (được tính ở mục 2.4.4) g = 0.00981 (mm/ms 2 ): Gia tốc trọng trường

h = h 1 – h 2 = 1661 – 796 = 865 (mm): Độ thay đổi trọng tâm lớn nhất

J: Moment quán tính chuyển động quay

Do tính phức tạp của mô hình, moment quán tính không thể được tính toán bằng lý thuyết Để xác định giá trị của nó, ta giả định vận tốc góc ban đầu và dựa vào dữ liệu từ phần mềm LS-DYNA, ta có thể tính toán động năng ban đầu của quá trình lật.

Giá trị moment quán tính của toàn bộ mô hình:

Thay số liệu vào phương trình (2.5) ta tính được:

Phần mềm nghiên cứu

Mô phỏng: (HyperMesh, Hyperview, Hyperview player, Hypergraph,

Phân tích: (Radioss, Optistruct, Hyperstudy, Hypersolve, Hypershape/catia,

Kinh doanh: (Altair data manager: (ADM), Altair process manager)

Trong phần mềm HyperWorks ta chỉ sử dụng 2 phần mềm để phục vụ cho việc nghiên cứu luận văn là HyperMesh và Hyperview

Hiện nay, phần mềm CAE đã có những bước tiến quan trọng trong thiết kế, mang lại khả năng phân tích với độ chính xác ngày càng cao Sự phát triển không ngừng của các phần mềm này góp phần nâng cao hiệu quả trong quá trình thiết kế.

Trong quá trình mô phỏng, bước chia lưới mô hình 3D là yếu tố quyết định ảnh hưởng đến kết quả phân tích Chia lưới mô hình 3D chính xác không chỉ giúp giảm thời gian mô phỏng mà còn nâng cao độ tin cậy của kết quả.

HYPERMESH là phần mềm chuyên dụng cho việc chia lưới trong mô phỏng, thuộc bộ 17 module của HYPERWORKS Đây là một trong những phần mềm hàng đầu trong lĩnh vực tính toán và phân tích cơ tính, nhiệt học, cùng với tần số dao động.

2.4.2.2 Cách khởi động và giao diện phần mềm

To access HYPERMESH, go to the Start Menu, select All Programs, then navigate to Altair HYPERWORKS and click on HYPERMESH Alternatively, you can create a HYPERMESH shortcut on your Desktop and double-click the icon to launch the software interface.

Hình 2.13.Giao diện phần mềm HYPERMESH

Khi khởi động phần mềm thì hộp thoại xuất hiện cho phép ta lựa chọn môi trường làm việc sau đó nhấn OK để hoàn tất

Hình 2.14 Chọn môi trường làm việc

 Mở và lưu file trong HYPERMESH

New.hm file – Tạo một file làm việc mới

Open hm file – Mở một file có sẵn

Save hm file – Lưu file

Import – Nhập một file bên ngoài vào môi trường HYPERMESH

Nhập một file hình học (iges, Step, )

Export – Xuất file ra các định dạng file khác

Load User Profile – Mở cửa sổ User Profile

 Các chế độ hiển thị

Thanh công cụ StandardViews và ViewControls

Trở lại hướng nhìn trước Hiển thị chi tiết đầy màn hình Refresh màn hình đồ họa Hướng nhìn phía trên

Hướng nhìn phía dưới Hướng nhìn bên trái Hướng nhìn bên phải Hướng nhìn 3 chiều Đảo chiều hướng nhìn Định hướng nhìn mới

Phóng to, thu nhỏ bằng cách vẽ đường tròn bao quanh

Phóng to và thu nhỏ Xoay hướng nhìn

 Chức năng của phím nhấn chuột

Ctrl và di chuyển chuột để xoay chi tiết

Ctrl và click chuột trên mô hình để thay đổi tâm xoay

Ctrl và click chuột trên màng hình đồ họa, ngoài mô hình để thay đổi tâm xoay trùng với tâm màn hình đồ họa

+ Phím giữa chuột (con lăn)

Ctrl và xoay để Zoom

Ctrl và click để zoom mô hình đầy màn hình

Ctrl và di chuyển chuột để di chuyển màn hình đồ họa

HYPERVIEW là phần mềm chuyên dụng để hiển thị và mô tả kết quả từ quá trình mô phỏng, giúp người dùng phân tích và xuất dữ liệu dưới dạng đồ thị, hình ảnh hoặc video.

2.4.3.2 Cách khởi động và giao diện phần mềm

To access HYPERVIEW, navigate from the Start Menu to All Programs, then select Altair HYPERWORKS and click on HYPERVIEW Alternatively, you can create a HYPERVIEW shortcut on your Desktop and double-click the icon to launch the software.

Hình 2.15 Giao diện phần mềm HYPERVIEW

Phần mềm mô phỏng tai nạn ô tô được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong việc mô phỏng các tình huống tai nạn Nó cho phép tái hiện một cách chính xác những biến dạng của ô tô khi xảy ra va chạm, giúp nâng cao khả năng phân tích và nghiên cứu an toàn giao thông.

Phần mềm này cho phép phân tích và đề xuất các phương án thiết kế ô tô hiệu quả, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí nghiên cứu.

2.4.4.2.Cách khởi động và giao diện phần mềm

Để mở phần mềm LS-DYNA, bạn có thể truy cập từ trang Start Menu hoặc tạo một biểu tượng trên màn hình Sau đó, chỉ cần nhấp đúp vào biểu tượng LS-DYNA trên màn hình Desktop để hiển thị giao diện phần mềm như trong Hình 2.16.

Hình 2.16 Giao diện phần mềm LS-DYNA

2.4.4.3 Nhập một file vào môi trường LS-DYNA

Hình 2.17 Nhập một file vào môi trường LS-DYNA

Xuất hiện cửa sổ Star Input and Output như Hình 2.18:

Hình 2.18 Cửa sổ start input và Output

SPSS (Viết tắt của Statistical Package for the Social Sciences) là một phần mềm máy tính phục vụ công tác phân tích thống kê

SPSS là phần mềm thống kê phổ biến trong nghiên cứu xã hội học và kinh tế lượng, nổi bật với giao diện thân thiện và dễ sử dụng thông qua các thao tác click chuột Phần mềm này mạnh mẽ trong nhiều phân tích thống kê, bao gồm kiểm định phi tham số như Chi-square và Phi, thống kê mô tả, kiểm định độ tin cậy thang đo bằng Cronbach Alpha, phân tích tương quan, hồi quy tuyến tính đơn và bội, kiểm định trung bình (T-test), và phân tích phương sai (ANOVA) để so sánh biến phân loại Ngoài ra, SPSS còn hỗ trợ vẽ bản đồ nhận thức trong marketing, hồi quy với biến phân loại, và hồi quy nhị thức (logistic).

SPSS và AMOS cung cấp cho các nhà nghiên cứu khả năng áp dụng các kỹ thuật phân tích định lượng nâng cao, bao gồm phân tích bằng phương trình cấu trúc (SEM).

GVHD: TS Nguyễn Thành Tâm Trang 29 HVTH: Dương Chí Thiện phép đo lường và kiểm định nhiều mô hình lý thuyết

Phần mềm SPSS hiện nay được sử dụng phổ biến trong thống kê và phân tích dữ liệu, đặc biệt là trong các trường đại học, nơi nó trở thành công cụ nghiên cứu quan trọng.

 Chức năng chính của SPSS:

Nhập và làm sạch dữ liệu;

Xử lý biến đổi và quản lý dữ liệu;

Tóm tắt và tổng hợp dữ liệu dưới dạng biểu bảng, đồ thị và bản đồ; phân tích dữ liệu, tính toán các tham số thống kê và diễn giải kết quả.

 Nội dung chủ yếu của SPSS:

SPSS là một phần mềm thống kê mạnh mẽ, cung cấp nội dung phong phú và đa dạng, bao gồm thiết kế bảng biểu và sơ đồ thống kê, tính toán các đặc trưng mẫu trong thống kê mô tả, cũng như các phương pháp thống kê phân tích toàn diện.

So sánh các mẫu bằng nhiều tiêu chuẩn tham số và phi tham số, bao gồm các bài kiểm tra phi tham số, giúp phân tích chính xác hơn trong các tình huống không tuân theo giả định phân phối chuẩn Các mô hình phân tích phương sai theo dạng tuyến tính tổng quát (General Linear Models) cho phép nghiên cứu mối quan hệ giữa các biến độc lập và biến phụ thuộc Hơn nữa, các mô hình hồi quy đơn biến và đa biến cung cấp cái nhìn sâu sắc về các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả, trong khi hồi quy phi tuyến tính (Nonlinear) và hồi quy Logistic giúp phân tích các mối quan hệ phức tạp hơn giữa các biến.

Phân tích theo nhóm (Cluster Analysis);

Phân tích tách biệt (Discriminatory Analysis);

Và nhiều chuyên sâu khác (Advanced Statistics)

 Cấu trúc, tổ chức dữ liệu trong SPSS:

Kết luận

Dựa trên lý thuyết, chúng tôi đã xác định trọng tâm xe, góc giới hạn lật đổ và vận tốc góc khi lật, nhằm phục vụ cho việc xây dựng mô hình theo tiêu chuẩn ECE-R6, chuẩn bị cho quá trình phân tích sau này.

Trong nghiên cứu, việc ứng dụng phần mềm phân tích và mô phỏng đóng vai trò quan trọng, giúp các nhà thiết kế ô tô tiết kiệm chi phí và thời gian Sự thành công của các phần mềm này không chỉ tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn nâng cao hiệu quả quản lý trong sản xuất hàng loạt.

XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG LẬT NGHIÊNG THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU

Giới thiệu

Trong chương này, chúng tôi phát triển phương pháp tính toán và kiểm tra mức độ an toàn của hành khách trong xe, cũng như độ bền của khung xương ô tô khách, thông qua phương pháp phần tử hữu hạn Nghiên cứu tập trung vào việc xác định ứng suất và biến dạng của khung xương ô tô khách trong quá trình lật nghiêng, tuân theo tiêu chuẩn Châu Âu Sử dụng phần mềm HYPERWORKS và LS-DYNA, chúng tôi tiến hành mô phỏng và phân tích để đề xuất phương pháp thiết kế cải tiến tối ưu cho mô hình.

Sơ đồ xây dựng mô hình nghiên cứu theo tiêu chuẩn ECE-R66

3.2.1 Mô hình Cad 2D xe UNIVERSAL HUYNDAI

Bản vẽ Cad 2D là do nhà sản xuất Tracomeco cung cấp với các thông số và kích thước tổng thể ô tô khách như sau:

Chiều dài tổng thể của xe L = 10150 (mm)

Chiều rộng tổng thể của xe B = 2485 (mm)

Chiều rộng cơ sở bánh trước 2020 (mm)

Chiều rộng cơ sở bánh sau 1710 (mm)

Chiều cao khi có bánh xe là H = 3515 (mm)

Xe có tất cả là 42 chế không kể ghế phụ xe

Hình 3.1 Mô hình Cad 2D thiết kế bên trong xe nhìn từ bên trên

Hình 3.2 Mô hình Cad 2D thiết kế bên ngoài xe nhìn từ bên hông

Hình 3.3 Mô hình Cad 2D thiết kế phần trước và sau xe

3.2.2 Sử dụng phần mềm Catia để thiết kế mô hình Cad 3D

3.2.2.1 Thiết kế khung xương đầu xe

Bảng 3.1 Các loại thép khung xương đầu xe

Tiết diện ngang của các thanh khung xương đầu xe

Kích thước (mm) Loại thép

3 2 đà ngang bắt kính chắn gió 40x40x2 Q235B (MATL24)

3.2.2.2 Thiết kế khung xương đuôi xe

Bảng 3.2 Các loại thép khung xương đuôi xe

Tiết diện ngang của các thanh khung xương đuôi xe

6 4 đà lớn gia cố 20x40x2 Q235B(MATL24)

3.2.2.3 Thiết kế khung xương hông bên trái

Hình 3.6 Hông bên trái Bảng 3.3 Các loại thép khung xương hông bên trái

Tiết diện ngang của các thanh khung xương hông bên trái

1 2 thanh giữ khung chính 50x70x2 Q235B (MATL24)

3 7 trụ chia khoang hành lý

4 5 đà chéo gia cố 30x40x2 Q235B (MATL24)

3.2.2.4 Thiết kế khung xương hông bên phải

Hình 3.7 Hông bên phải Bảng 3.4 Các loại thép khung xương hông bên phải

Tiết diện ngang của các thanh khung xương hông phải

1 2 thanh giữ khung chính 50x70x2 Q235B (MATL24)

3 7 trụ chia khoang hành lý

3.2.2.5 Thiết kế khung xương trần xe

Hình 3.8 Khung xương trần xe Bảng 3.5 Các loại thép khung xương trần xe

Tiết diện ngang của các thanh khung xương trần xe

3.2.2.6 Thiết kế khung xương sườn giữa

Hình 3.9 Khung xương sườn giữa Bảng 3.6 Các loại thép khung xương sườn giữa

Tiết diện ngang của các thanh khung xương sườn giữa

4 2 đà dọc lớn phía sau 70x220x12 Q345B (MATL24)

5 6 thanh kết nối gia cố 30x150x2 Q345B (MATL24)

6 2 đà dọc chính phía trước 70x200x12 Q345B (MATL24)

Hình 3.10 Mô hình 3D sau khi được thiết kế hoàn chỉnh

3.2.3 Sử dụng phần mềm HYPERMESH xuất mặt giữa và chỉnh sửa mô hình

3.2.3.1 Xuất mặt giữa cho mô hình

Xuất mặt giữa cho mô hình là một bước quan trọng, giúp tối ưu hóa việc chia lưới và đảm bảo các nút lưới tại các điểm giao nhau liên kết chặt chẽ Điều này không chỉ đảm bảo tính liên tục của lưới mà còn nâng cao độ chính xác trong quá trình mô phỏng và đánh giá Để thực hiện xuất mặt giữa của mô hình, cần tuân theo các bước cụ thể.

Để xuất mặt giữa trong phần mềm, từ trang Menu, chọn Geom, sau đó chọn Midsurface Giao diện sẽ hiển thị như Hình 3.11 Tiếp theo, bạn cần chọn toàn bộ các mặt cần xuất, hoặc có thể nhấp vào Surfs và chọn All để chọn tất cả các mặt Cuối cùng, nhấn Extract để hoàn tất quá trình.

Hình 3.11 Chọn các đối tượng cần xuất mặt giữa

Hình 3.12 Trước và sau khi xuất mặt giữa

Chú ý: Sau khi xuất mặt giữa phần mềm sẽ tự động xuất ra một companent mới của mô hình đã xuất mặt giữa

3.2.3.2 Chỉnh sửa lỗi mô hình

Xóa các lỗ cho mô hình

HYPERMESH cho phép mở trực tiếp các file CAD từ phần mềm thiết kế 3D khác hoặc các định dạng trung gian như IGES, STEP, nhưng có thể gặp lỗi trên mô hình Để khắc phục, sau khi xuất mặt giữa cho mô hình, người dùng cần sử dụng các công cụ để xóa các lỗ nhỏ, giúp đơn giản hóa mô hình và thuận tiện cho việc chia lưới Các lỗ được đánh dấu bằng chữ “xP” sẽ được xóa và thay thế bằng mặt phẳng, như minh họa trong Hình 3.13.

Hình 3.13 Trước và sau khi xóa lỗi mô hình

Để đảm bảo quá trình mô phỏng không gặp lỗi do chia lưới, cần tìm và xóa các mặt bo tròn trong mô hình Để thực hiện việc này, bạn vào Menu, chọn Geom, sau đó chọn Defeature, tiếp theo là Surf filest và cuối cùng là Surf Tại đây, bạn chỉ cần bấm vào mặt bo tròn cần xóa.

Hình 3.14 Hộp thoại chọn khoảng dung sai mặt bo tròn cần tìm

Hình 3.15 Trước và sau khi xóa mặt bo tròn

Chú ý rằng bán kính tối thiểu (Min radius) và bán kính tối đa (Max radius) là các giá trị cần thiết để xác định khoảng bán kính của cung tròn Nếu các mặt bo tròn có bán kính nằm trong khoảng này, chúng sẽ hiển thị Sau đó, bạn chỉ cần nhấn nút Remel để làm cho mặt bo tròn biến mất.

Sau khi hoàn tất việc xuất mặt giữa và xóa lỗi mô hình, bước tiếp theo là chia lưới cho mô hình Việc lựa chọn kiểu lưới trong quá trình này rất quan trọng vì nó ảnh hưởng lớn đến kết quả mô phỏng Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã quyết định chọn kiểu lưới vuông.

GVHD: TS Nguyễn Thành Tâm, HVTH: Dương Chí Thiện, với kích thước lưới 10x10mm, áp dụng chia lưới cho toàn bộ khung xương và chassis ô tô khách Để thực hiện việc chia lưới một cách thuận tiện, cần thực hiện các thao tác cơ bản sau đây.

 Kẽ các đường vuông góc trên mô hình

Từ trang Menu >> Geom >> Quik edit >> Node >> Nhấp chuột vào vị trí cần kẽ đường vuông góc thể hiện cụ thể như Hình 3.16

Hình 3.16 Hộp thoại chọn đối tượng kẽ đường vuông góc

+ Chọn node và line (Kẽ đường vuông góc từ nút tới đường)

+ Chọn node và node (Kẽ đường vuông góc từ nút tới nút)

Hình 3.17 Trước và sau khi kẽ đường vuông góc

Sau khi kẽ tất cả các đường vuông góc cho mô hình, chúng ta tiến hành chia lưới cho từng bộ phận của mô hình để tạo sự thuận tiện trong quá trình này.

 Có 3 cách tiến hành chia lưới:

Hình 3.18 Hộp thoại chọn kích thước và hình dạng lưới

Việc lựa chọn kích thước và hình dạng của lưới là rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả mô phỏng Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã chọn cách chia lưới mặt phẳng.

(Surfs), lưới hình vuông (Quads) va kích thước lưới là 10x10mm

Nhấpchuột trái để chọn mặt cần chia lưới (Chuột phải là bỏ chọn) sau đó chọn

Mesh để tiến hành chia lưới, cụ thể như Hình 3.19

Hình 3.19 Trước và sau khi chia lưới đối tượng

Trong quá trình chia lưới, bạn có thể điều chỉnh số lượng nút lưới bằng cách nhấp chuột vào nút lưới; nhấn chuột trái để tăng số nút và chuột phải để giảm Khi đã chọn được nút lưới phù hợp, bạn nhấn vào nút Mesh, như được minh họa trong Hình 3.20.

Hình 3.20 Điều chỉnh số nút lưới

Để đảm bảo lưới được liên tục và các nút lưới liên kết với nhau, cần kiểm tra và xóa khoảng dung sai giữa các lưới Để thực hiện việc này, nhấn Shift F3 trên bàn phím để tìm và liên kết các nút lưới lại với nhau.

Hình 3.21 Hộp thoại chọn khoảng dung sai cần tìm

Chọn khoảng dung sai 1.0 và quét toàn bộ lưới cần xác định dung sai, sau đó nhấn "Find edges" để hiển thị khoảng dung sai bằng đường màu đỏ Khi đã tìm thấy khoảng dung sai, chỉ cần nhấp vào "Preview equiv" để xóa khoảng dung sai và liên kết các nút lưới lại với nhau.

Khi chọn khoảng dung sai là 1.0, chỉ những dung sai có khoảng cách nhỏ hơn 1.0 mới được hiển thị Tránh chọn khoảng dung sai lớn hơn hoặc bằng 0.5 lần kích thước lưới, vì điều này có thể làm lưới bị kéo lộn xộn và không đạt tiêu chuẩn.

Hình 3.22 Trước và sau khi xóa khoảng dung sai

 Gộp lưới và chia nhỏ lưới

+ Gộp lưới: Nhấn F6 trên bàn phím >> Combine >> Chọn số phần tử gộp là

Hình 3.23 Hộp thoại chọn số phần tử lưới cần gộp

Hình 3.24 Trước và sau khi gộp lưới

+ Chia nhỏ lưới: Nhấn Shift F6 trên bàn phím >> Plate elements >> Chọn lưới cần chia nhỏ >> Split, cụ thể như Hình 3.26

Hình 3.25 Hộp thoại điều khiển chia nhỏ lưới

Hình 3.26 Trước và sau khi chia nhỏ lưới

3.2.5 Kiểm tra và chỉnh sửa lưới mô hình

Sau khi hoàn thành việc chia lưới cho tất cả các phần của mô hình, chúng ta cần kiểm tra chất lượng lưới để đảm bảo nó đạt tiêu chuẩn theo bảng quy định Việc này rất quan trọng, vì nếu tỷ lệ lưới bị lỗi vượt quá mức cho phép, kết quả mô phỏng sẽ không chính xác.

Bảng 3.7 Bảng tiêu chuẩn chất lượng lưới

Thứ tự Thông số Giới hạn

1 Chiều dày mặt tối thiểu 4

2 Chiều dày mặt tối đa 110

3 Tỉ lệ cạnh tối đa 5

5 Góc vuông bên trong tối thiểu 40

6 Góc vuông bên trong tối đa 140

7 Góc tam giác bên trong tối thiểu 15

8 Góc tam giác bên trong tối đa 120

11 Phần trăm của phần tử hình tam giác 15

+ Để kiểm tra chất lượng lưới ta làm tiến hành như sau: Từ trang Menu >> 2D

Hình 3.27 Lỗi của lưới đã được tìm thấy

+ Điều chỉnh tiêu chuẩn lưới: Chọn Edit Criteria để thay đổi tiêu chuẩn chất lượng lưới bằng cách thay đổi các thông số tiêu chuẩn, cụ thể như Hình 3.28

Hình 3.28 Hộp thoại điều chỉnh tiêu chuẩn lưới

 Kiểm tra chất lượng các phần tử lưới bằng panel check elems (F10)

Sử dụng check elems panel để thực hiện việc kiểm tra chất lượng, có 3 cách:

1 Từ pull-down Menu >> Chọn Mesh >> Check >> Elements >> Check elements

2 Từ main menu >> Chọn Tool >> check elems

Hình 3.29 Hộp thoại điều khiểncheck elems 2 – d Bảng 3.8 Giải thích một số tiêu chuẩn chất lượng lưới

Tỉ số giữa cạnh dài nhất và cạnh ngắn nhất của một phần tử là khoảng cách ngắn nhất từ một node đến cạnh đối diện với node đó.

- Aspect ratio không nên vượt quá tỷ lệ 5:1

- Các đường cong được tạo bằng các đường thẳng ngắn

- Chordal deviation là khoảng cách vuông góc giữa đường cong với đoạn thẳng xấp xỉ

Interior angles - Các giá trị max, min được xác định độc lập cho phần tử kiểu tam giác và tứ giác

- Độ lệch của phần tử so với một phần tử hoàn hảo, ví dụ như độ lệch của 1 tam giác so với một tam giác đều

- Chiều dài tối thiểu của một phần tử, có 2 cách xác định:

- Cạnh ngắn nhất của một phần tử

- Khoảng cách ngắn nhất từ 1 node đến cạnh đối diện

- Góc lệch của phần tử tam giác

- A là góc nhỏ nhất được tạo bởi sự giao nhau giữa đường trung tuyến và đường trung bình

- Hệ số taper chỉ dùng cho phần tử tứ giác

- Atri : Chu vi tam giác

- Aquad : Chu vi tứ giác

- Giá trí taper = 0, biên dạng của phần tử là hình chữ nhật

- Chỉ áp dụng cho phần tử tứ giác, kiểm tra độ cong vênh của phần tử so với mặt phẳng

- Giá trị Warpage không được vượt quá 5 0

3.2.5.2 Chỉnh sửa lỗi của lưới

Các màu hiển thị trên thể hiện mức độ lỗi của lưới, để giảm số lượng lưới bị lỗi ta tiến hành chỉnh sửa lưới theo 2 cách:

1 Thứ nhất là bật về trang Pg1 >> Place node >> Nhấp chuột lên phần lưới lỗi và điều chỉnh cho đến khi đạt yêu cầu

2 Thứ hai bật về trang Pg1 >> Element optimize >> Nhấp chuột lên phần lưới lỗi sẽ tự động điều chỉnh

Hình 3.30 Hộp thoại hiển thị số lỗi và phần trăm lỗi của lưới

Hình 3.31 Trước và sau khi chỉnh sửa lỗi của lưới

3.2.6.Liên kết các bộ phận trong mô hình bằng phương pháp hàn lưới

Kết luận

Tác giả đã ứng dụng thành công kỹ thuật CAE để xây dựng mô hình phân tích phần tử hữu hạn từ mô hình Cad 3D và mô hình tổng thể ô tô khách do nhà sản xuất cung cấp, qua đó giải quyết hiệu quả bài toán về ứng suất và biến dạng của kết cấu khung xương ô tô khách theo tiêu chuẩn.

Việc phát triển mô hình phần tử hữu hạn là yếu tố then chốt giúp phân tích, đánh giá và lựa chọn phương án thiết kế tối ưu cho khung xương ô tô khách.

THIẾT KẾ TỐI ƯU TÍNH AN TOÀN KẾT CẤU KHUNG XƯƠNG Ô TÔ KHÁCH THEO TIÊU CHUẨN ECE-R66

Tiêu đề	Thiết Kế Tối Ưu Tính An Toàn Kết Cấu Ô Tô Khách Khi Xảy Ra Va Chạm Lật Nghiêng Theo Tiêu Chuẩn Châu Âu
Tác giả	Dương Chí Thiện
Người hướng dẫn	Th.S. Cao Hùng Phi
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
Thể loại	luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản	2015
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	107
Dung lượng	7,62 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
[1] ECE-R66 E/ECE/324 Rev.1/Add.65/Rev.1. Uniform Technical Prescriptions Coneeming the Approval of Large Passenger Vehicles with Regard to The Strength of Their Supertstructure. 2006, Untied Nations	Khác
[2] Tomas WT, Ignacio I, Agenor D D M J. Numerical simulation of bus rollover. In: SAE Technical. Paper Number 2007 – 01 – 2718. Warrendate, PA: 2007	Khác
[3] Yu C L and Hong C N. Structural design optimization of the body section using the finite element method. In: SAE Technical. Paper Number 2006 – 01 – 0954. Warrendate, PA:206	Khác
[5] TS. Nguyễn Thành Tâm, Luận án Tiến Sĩ Đại Học Hồ Nam, Nghiên cứu cải tiến và thiết kế để tránh tổn thương cho hành khách khi xe lật nghiêng dựa trên tiêu chuẩn an toàn lật nghiêng của xe buýt	Khác
[6] C:\Altair\hw9.0\help\hm\hmbat.htm, Tài liệu HyperMesh tiếng anh từ phần Help của phần mềm	Khác
[7] http:\crash.ncac.gwu.edu/pradeep/CE264/lecture_1/Geometry%20 Tutorials.pdf Tài liệu HyperView bằng tiếng anh	Khác
[8] Nguyễn Thành Tâm, Thiết kế tối ưu hóa khung xương và sát-xi ô tô khách	Khác
[9] Liu Wen Qing. Design of Experiments. Tsinghua University. 2008	Khác