ĐỒ án tốt NGHIỆP cải TIẾN PHƯƠNG TIỆN BA BÁNH sử DỤNG ĐỘNG cơ HONDA 110 CC NHẰM cải THIỆN HIỆU NĂNG sử DỤNG NHIÊN LIỆU

Do đó, thiết kếkhung xe tham gia cuộc thi năm nay đã được cải tiến rất mạnh, từ vật liệu sử dụng,kết cấu cơ học nhằm thay đổi phân bố ứng suất của khung xe cho đến thay đổi hìnhdáng, vật

KHOA CƠ KHÍ - -

KHOA CƠ KHÍ - -

LỚP : K23 – EDC PNU MSSV : 2321173811

Đà Nẵng, 2021

Sinh viên Võ Minh Vương, lớp Cơ Điện tử chuẩn PNU K23-PNU EDC trong quátrình làm luận án có sự cố gắng tìm tòi học hỏi, tìm hiểu các kiến thức liên quan đến việclàm đồ án Đồng thời, trong quá trình làm đồ án có tinh thần vượt khó, dù ảnh hưởng củadịch Covid nhưng vẫn tham gia đầy đủ các buổi thảo luận và các công tác tiến hành chếtạo sản phẩm.

Tập báo cáo đồ án tốt nghiệp đã được sinh viên Võ Minh Vương chỉnh sửa dựa trên các đóng góp ý kiến của hội đồng tốt nghiệp Đề nghị xét công nhận tốt nghiệp cho sinh viên

Đà Nẵng , ngày 31 tháng 12 năm 2021

Ký tên

(ký và ghi rõ họ tên)

học và áp dụng vào thực tế, giúp sinh viên tổng kết được những kiến thức đã họctrong suốt quá trình học tập, cũng như phần nào hỗ trợ được công việc mà mình sẽlàm trong tương lai sau khi ra trường Đến nay, việc nghiên cứu và thực hiện đồ án

đã được tôi hoàn thành

Trong suốt quá trình nghiên cứu, ngoài sự nỗ lực của bản thân còn có sựhướng dẫn tận tình của thầy ThS Nguyễn Thanh Bình (Khoa cơ khí), chính làngười chịu trách nhiệm hướng dẫn đề tài này Trong suốt quá trình thực hiện đãđem lại cho tôi kinh nghiệm làm việc và những kiến thức bổ ích, đó sẽ là hành trangcực kỳ quý báu cho công việc tương lai sau này của tôi

Mặc dù đã cố gắng tìm tòi và học hỏi nhưng do kinh nghiệm, kiến thức cònhạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót trong quá trình thực hiện Tôi rất mong nhậnđược sự giúp đỡ của các thầy cô và các bạn để tôi hoàn thiện bản thân mình hơnnữa

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thanh Bình lời cảm ơn chân thành

và sâu sắc nhất, cảm ơn thầy đã tận tình theo sát và chỉ dẫn cho tôi trong quá trìnhthực hiện Sự hướng dẫn, góp ý tận tình của thầy đã là nguồn động viên to lớn giúptôi rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài này

Tôi xin chân thành cảm ơn !

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong Đồ án là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nhiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

6 Cấu trúc đồ án 3

CHƯƠNG 1: PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ ANSYS WORKBENCH 4

1.1 Khái niệm phương pháp phần tử hữu hạn 4

1.1.1 Lịch sử phương pháp phần tử hữu hạn 4

1.1.2 Cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn 4

1.2 Phần mềm ANSYS Workbench 5

1.2.1 Lịch sử hình thành và phát triển 7

1.2.2 Các mảng ứng dụng của ANSYS Workbench 7

1.2.2.1 Mô phỏng tính toán cơ học 7

1.2.2.2 Mô phỏng tính toán động lực học 8

1.2.2.3 Khoa học vật liệu với Ansys Granta 9

1.2.2.4 Chất bán dẫn 9

CHƯƠNG 2: PHIÊN BẢN NĂM 2020 VÀ CÁC ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN PHẦN KHUNG XE VÀ VỎ XE 10

2.1 Bản thiết kế khung xe năm 2020 10

2.1.1 Ưu điểm và nhược điểm của nghiên cứu trước 16

2.1.2 Đề xuất các phương pháp cả tiến 16

2.1.2.1 Vật liệu 16

2.1.2.2 Thay đổi thiết kế 17

2.2 Thiết kế vỏ xe trong cuộc thi Honda EMC 2020 17

2.2.1 Yêu cầu về kích thước bên ngoài của phương tiện 17

2.2.2 Thiết kế vỏ xe dựa vào các mẫu máy bay dân dụng 18

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ KHUNG XE VÀ VỎ XE 20

3.1.2 Góc nghiêng của trục lái – Góc Kingpin 22

3.1.3 Góc Caster 23

3.2 Ý tưởng và thiết kế đề xuất cho vỏ xe 25

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ KHUNG XE VÀ VỎ XE VỚI ANSYS WORKBENCH 27

4.1 Mô phỏng kết cấu khung xe 27

4.1.1 Thông số kỹ thuật của thép công nghiệp 27

4.1.2 Mô hình hóa các thiết kế của khung xe 27

4.1.3 Chia nhỏ mẫu mô phỏng thành các phần tử – Meshing 28

4.1.4 Thiếp lập các điều kiện ban đầu 29

4.1.5 Kết quả mô phỏng 31

4.1.5.1 Biến dạng toàn phần 31

4.1.5.2 Phân bố ứng suất của kết cấu 33

4.1.5.3 Phân bố ứng suất pháp tuyến 35

4.2 Mô phỏng tính khí động học trong thiết kế của vỏ xe 37

4.2.1 Mô hình hóa 3D vỏ xe trên nền tảng Space Claim 39

4.2.2 Chia nhỏ vật mẫu thành thành các phần tử - Mesh 40

4.2.3 Thiết lập điều kiện đầu và điều kiện biên 41

4.2.4 Kết quả mô phỏng 42

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 48

5.1 Kết cấu khung xe 48

5.1.1 Độ biến dạng 48

5.1.2 Ứng suất cực đại 48

5.1.3 Kết luận 48

5.2 Thiết kế vỏ xe 49

5.2.1 Thiết kế khí động học 49

5.2.2 Vật liệu và độ dày của vỏ xe 49

5.2.3 Gia công chế tạo 49

CHƯƠNG 6: THI CÔNG CHẾ TẠO 50

6.1.2 Gia công hệ thống gá cố định động cơ 53

6.2 Gia công vỏ xe 55

6.2.1 Gia công chế tạo khuôn đúc vỏ xe 55

6.2.2 Vật liệu làm vỏ xe 55

6.2.3 Làm khuôn tạo hình cho vỏ xe 57

6.2.4 Kính xe 57

6.2.5 Đúc vật liệu composite 58

6.2.6 Sơn vỏ xe 59

6.3 Kết luận và so sánh sau khi gia công 60

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

1 Kết quả đạt được 63

2 Hạn chế của luận văn tốt nghiệp 63

3 Hướng phát triển 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CAD : Computer Aided Design

CFD : Computational Fluid Dynamics (Động lực học chất lỏng)

ĐBD : Độ biến dạng

ĐC : Động cơ

FEA : Phân tích phần tử hữu hạn (Finite Element Analysis)

FEM : Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method)

PPVPTP : Phương pháp vi phân từng phần

KX : Khung xe

VX : Vỏ xe

Hình 1.1: Phần mềm mô phỏng ANSYS Workbench 5

Hình 2.1: Thép hộp mạ kẽm 10

Hình 2.2: Hai loại thép hộp được sử dụng 11

Hình 2.3: Bản thiết kế của khung xe phiên bản 2020 11

Hình 2.4: Thép hộp 20 mm*20 mm*1.4 mm 16

Hình 2.5: Thép ống 19mm*22mm*1.5mm 17

Hình 2.6: Quy định về kích thước thân xe 18

Hình 2.7: Phiên bản vỏ xe năm 2020 19

Hình 3.1: Góc Camper âm – trung tính - dương 21

Hình 3.2: Góc Camber 0 cho phần bánh lái phía trước 21

Hình 3.3: Cách xác định góc Kingpin 22

Hình 3.4: Góc Kingpin của bánh trước phương tiện 23

Hình 3.5: Góc Caster của phương tiện 24

Hình 3.6: Góc Caster của phương tiện 25

Hình 3.7: Thiết kế mới của vỏ xe ba bánh 26

Hình 4.1: Mô hình khung xe 1 và khung xe 2 28

Hình 4.2: Mô hình lưới của khung xe 1 28

Hình 4.3: Mô hình lưới của khung xe 2 29

Hình 4.4: Các gối đỡ cố định và tải trọng mà khung xe phải chịu 30

Hình 4.5: Các gối đỡ Fixed Supports trong hai trường hợp 30

Hình 4.6: Phân phối tải trọng của khung xe 1 và khung xe 2 31

Hình 4.7: Biến dạng toàn phần của KX 1 và KX 2 32

Hình 4.8: Đường thẳng đáy của KX 33

Hình 4.10: Ứng suất tương đương của KX 1 và KX 2 34

Hình 4.11: Ứng suất cực đại của cả hai KX 35

Hình 4.12: Ứng suất pháp tuyến phân bố trên KX 1 36

Hình 4.13: Ứng suất pháp tuyến phân bố trên KX 2 36

Hình 4.14: Sơ đồ mô phỏng tính toán bằng FEM 38

Hình 4.15: Sơ đồ khối của phần mềm ANSYS Fluent (CFX) 39

Hình 4.16: Mô hình 3D của vỏ xe 40

Hình 4.17: Phần tử hóa vật mẫu ban đầu 40

Hình 4.18: Thiết lập đường đi của không khí trong CFX-Pre 41

Hình 4.19: Áp suất bề mặt vỏ xe tại vận tốc 40 km/h 43

Hình 4.20: Streamline áp suất không khí trên bề mặt vỏ xe tại tốc độ 40 km/h 43

Hình 4.21: Tốc độ không khí xung quanh xe khi di chuyển với tốc độ 40 km/h 44

Hình 4.22: Streamline của không khí khi xe di chuyển với vận tốc 40 km/h 44

Hình 4.23: Áp suất bề vỏ xe ở tốc độ 100km/h 45

Hình 4.24: Streamline áp suất không khí trên bề mặt vỏ xe tại tốc độ 100 km/h 46

Hình 4.25: Tốc độ không khí quanh xe khi di chuyển với tốc độ 100 km/h 46

Hình 4.26: Streamline của không khí khi xe di chuyển với vận tốc 100 km/h 47

Hình 6.1: Khung sườn xe trong giai đoạn gia công 50

Hình 6.2: Quỹ đạo của bánh lái phía trước 51

Hình 6.3: Khớp dẫn hướng của bánh lái phía trước 51

Hình 6.4: Khớp dẫn động hình thang 52

Hình 6.5: Dạng hình thang của tay lái phía trước 52

Hình 6.6: Hệ thống tay lái phía trước của phương tiện 53

Hình 6.7: Các vị trí cố định động cơ Honda 110 CC 53

Hình 6.8: Đế gá cố định ở đáy của động cơ 54

Hình 6.11: Tấm Formex 56

Hình 6.12: Khuôn âm của vỏ xe 57

Hình 6.13: Vỏ xe được vẽ ô kính và gia cố 58

Hình 6.14: Tiến hành đắp vật liệu 59

Hình 6.15: Vỏ xe sau khi được tách khỏi khuôn 59

Hình 6.16: Tiến hành sơn cả hai phần trên và dưới 60

Hình 6.17: Khung xe sau khi gá động cơ hoàn chỉnh 61

Bảng 4.1: Các thông số kỹ thuật của thép dựa được lấy từ Structural Steel 27

Bảng 4.2: Thống kê số phần tử và số nút trên khung xe 1 29

Bảng 4.3: Thống kê số phần tử và số nút trên khung xe 2 29

Bảng 4.4: Thống kê số lượng nút và phần tử của vỏ xe 41

Bảng 4.5: Các điều kiện ban đầu của bài toán 42

Bảng 5.1: So sánh các kết quả mô phỏng 48

Bảng 6.1: So sánh các thông số kỹ thuật của KX 1 và 2 60

Bảng 6.2: Bảng so sánh áp suất không khí tác động lên vỏ xe 61

Vào năm 2020, đội thi WOLVESDTU01 là đội thi Đại học Duy Tân đầu tiêntham dự Honda EMC Thành phần tham dự của đội chủ yếu là thành viên đến từ lớpK23 EDC PNU và một bạn đến từ K24 EDC PNU Có thể nói, dù là mới tham gialần đầu, nhưng thầy Nguyễn Thanh Bình và cả nhóm đã có cho mình nhưng thànhtích cao so với lần đầu tiên tham dự Thành tích của nhóm khi tham dự cuộc thi là:

 Top 49 trong190 đội tham gia cuộc thi

 Top 3 trong 8 đội thuộc khu vực miền Trung

 Top 1 trong các đội lần đầu tiên tham dự Honda EMC

Sau lần đầu tham dự cuộc thi Honda EMC, các thành viên dù không có nhiềukinh nghiệm, vẫn còn gặp nhiều khó khăn khi thiết kế, thi công dàn khung, vỏ xecũng như là động cơ nhưng vẫn có thể đạt được thành tích cao hơn so với mục tiêu

đề ra, đây có thể được xem là thành tích vượt ngoài mong đợi của toàn đội Vớicuộc thi Honda EMC 2021, bằng những trải nghiệm thực tế từ lần tham dự đầu tiên,

sự đúc kết kinh nghiệm cũng như học hỏi từ rất nhiều đội thi tham dự khác, nhóm

đã quyết định cải tiến thiết kế của xe, hướng tới một kết quả tốt hơn trong lần thinăm nay Bên cạnh việc cải tiến động cơ, cải thiện hiệu suất tiêu thụ xăng thì việcgiảm nhẹ khối lượng, thay đổi thiết kế khí động học của khung xe, vỏ xe cũng rấtquan trọng Ở năm thi đầu tiên, việc đánh giá và đưa ra các thiết kế về khung xe và

vỏ xe vẫn còn nhiều thiếu sót, một phần là vì còn thiếu kinh nghiệm thực tế, mộtphần nữa là điều kiện gia công không đáp ứng được bản vẽ đã đề ra Do đó, thiết kếkhung xe tham gia cuộc thi năm nay đã được cải tiến rất mạnh, từ vật liệu sử dụng,kết cấu cơ học nhằm thay đổi phân bố ứng suất của khung xe cho đến thay đổi hìnhdáng, vật liệu và phương pháp thi công cho phần vỏ xe

2 Mục đích nghiên cứu

Từ những trải nghiệm thực tế, học hỏi từ các đội thi khác cùng với sự hỗ trợ,giúp đỡ thực hiện dự án của các thành viên trong đội và đặc biệt là thầy NguyễnThanh Bình, tôi đã đề ra các hướng nghiên cứu, thử nghiệm nhằm cải thiện phầnkhung xe và vỏ xe, với các mục tiêu nghiên cứu sau:

 Giảm trọng lượng và kích thước khung xe.

 Cải tiến hệ thống tay lái

 Giảm trọng lượng và kích thước của vỏ xe

 Đảm bảo tối ưu khí động học khi phương tiện di chuyển ở tốc độ cao

Ngoài những mục đích chính của cuộc thi nêu trên, trong quá trình chế tạo xesinh thái tôi đã tự đặt ra các mục tiêu cho bản thân để nhằm trau dồi các kiến thức

và nâng cao kỹ năng chuyên môn của bản thân:

 Khả năng nghiên cứu khoa học

 Quy trình đánh giá thực nghiệm

 Tích luỹ dữ liệu

 Kế thừa lý thuyết

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

 Phân tích kết cấu khung thép cho các phương tiện gắn máy

 Hiệu quả khí động học của phần vỏ phương tiện khi di chuyển

4 Phương pháp nhiên cứu

 Tìm hiểu và thu thập các tài liệu nghiên cứu bao gồm các tài liệu lýthuyết và thực nghiệm

 Khảo sát thực tế các yếu tố liên quan đến thực nghiệm như cơ sở vậtchất, kỹ thuật và công nghệ, thiết bị sẵn có, linh kiện có mặt trên thịtrường

 Dựa vào kết quả mô phỏng và điều kiện thi công thực tế để tiến hành chếtạo

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu và thiết kế, cải tiến phương tiện ba bánh sử dụng động cơ 110ccnhằm cải thiện hiệu năng sử dụng của nhiên liệu, thúc đẩy công nghệ tối ưu hóanhiên liệu sử dụng cho xe Bên cạnh cải tiến về động cơ thì việc nâng cấp và cải

thiện hệ thống cơ khí và hệ thống khí động học là vô cùng quan trọng, tạo nền tảngđộng lực nghiên cứu cho các thiết kế xe tiết kiệm nhiên liệu trong tương lai

6 Cấu trúc đồ án

Luận văn được tổ chức gồm 6 chương và phần mở đầu

 Mở đầu: Ở phần mở đầu chúng ta làm rõ các vẫn đề, lý do chọn đề tài, mụcđích nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu,

ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

 Chương 1: Phương pháp phần tử hữu hạn và phần mềm mô phỏng ANSYSWorkbench

Trong chương này chúng ta sẽ giới thiệu tổng quan về khái niệm của phươngpháp phân tích phần tử hữu hạn và sơ lược về nền tảng mô phỏng ANSYSWorkbench

 Chương 2: Phiên bản năm 2020 và các đề xuất cải tiến khung xe và vỏ xe

Đánh giá các thiết kế khung xe và vỏ xe ở phiên bản thực hiện đầu tiền, nêu

ra các ưu điểm cũng như nhược điểm tồn tại về vật liệu, kích thước, kiểudáng của khung xe và vỏ xe Từ đó, đề xuất các cải tiến mới trong thiết kế,khắc phục các nhược điểm và tối ưu hóa thiết kế nhưng vẫn đạt yêu cầu vềkích thước và an toàn của cuộc thi HONDA EMC

 Chương 3: Đề xuất thiết kế khung xe và vỏ xe

Việc thiết kế khung xe phụ thuộc vào các yếu tố: kích thước bánh xe, kíchthước động cơ, kích thước và trọng lượng người lái và góc bánh lái

 Chương 4:Mô phỏng, đánh giá khung xe và vỏ xe với ANSYS Workbench

Mô phỏng kết cấu khung xe và tính khí động học trong thiết kế của vỏ xe

 Chương 5: Kết quả mô phỏng và đánh giá

Đưa ra các kết quả mô phỏng của KX và VX, thu thập kết quả và lựa chọnphương án thiết kế tối ưu

 Chương 6: Thi công chế tạo

Tiến hành gia công KX và VX dựa trên thiết kế đã tính toán

Ngoài 3 chương ở trên ở cuối đồ án ta có thêm phần kết luận tổng và tài liệu thamkhảo

CHƯƠNG 1: PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ

ANSYS WORKBENCH

1.1 Khái niệm phương pháp phần tử hữu hạn

Phương pháp Finite Element Method (FEM) là phương pháp số gần đúng đểgiải các bài toán được mô tả bởi các phương trình vi phân đạo hàm riêng trên miềnxác định có hình dạng và điều kiện biên bất kỳ mà nghiệm chính xác không thể tìmđược bằng phương pháp giải tích

kể từ đó phương pháp FEM được tổng quát hóa thành một ngành của toán ứngdụng, một mô hình số học cho các hệ thống tự nhiên, được ứng dụng rộng rãi trong

kĩ thuật

1.1.2 Cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn

Cơ sở của phương pháp này là làm rời rạc hóa miền xác định của bài toán,bằng cách chia nó thành nhiều miền con (phần tử) Các phần tử này được liên kếtvới nhau tại các điểm nút chung Trong phạm vi của mỗi phần tử, nghiệm đượcchọn là một hàm số nào đó được xác định thông qua các giá trị chưa biết tại cácđiểm nút của phần tử gọi là hàm xấp xỉ thoả mãn điều kiện cân bằng của phần tử.Tập tất cả các phần tử có chú ý đến điều kiện liên tục của ĐBD và chuyển vị tại các

điểm nút liên kết giữa các phần tử Kết quả đẫn đến một hệ phương trình đại sốtuyến tính mà ẩn số chính là các giá trị của hàm xấp xỉ tại các điểm nút Giải hệphương trình này sẽ tìm được các giá trị của hàm xấp xỉ tại các điểm nút của mỗiphần tử, nhờ đó hàm xấp xỉ hoàn toàn được xác định trên mỗi một phần tử

1.2 Phần mềm ANSYS Workbench

ANSYS Mechanical Workbench là một môi trường nền trên đó tích hợp các

bộ mô phỏng kỹ thuật với công nghệ mô phỏng tiên tiến Quy trình thực hiện một

dự án mô phỏng trên ANSYS Workbench rất trực quan, hỗ trợ liên kết các quá trình

mô phỏng với nhau, có giao diện định hướng cho người dùng, thậm chí phân tích đa

hệ vật lý phức tạp chỉ với việc kéo-và-thả đơn giản Chế độ giao tiếp với các hệthống CAD khác theo hai chiều mạnh mẽ, tự động chia lưới chất lượng cao, cơ cấucập nhật theo từng bước của dự án, quản lý tham số toàn diện và các công cụ tối ưuhóa được tích hợp, ANSYS Workbench đem lại hiệu năng mô phỏng cao, bảo toàn

dữ liệu trong quá trình chuyển đổi phân tích, cho phép “Mô phỏng định hướng chophát triển của sản phẩm”

Nhờ ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn, các bài toán kỹ thuật về cơ,nhiệt, thủy khí, điện từ, sau khi mô hình hóa và xây dựng mô hình toán học, chophép giải chúng với các điều kiện biên cụ thể với số bậc tự do lớn

Trong bài toán kết cấu (Structural), phần mềm ANSYS dùng để giải các bàitoán trường ứng suất – biến dạng, trường nhiệt do các kết cấu Giải các bài toándạng tĩnh, dao động, cộng hưởng, bài toán ổn định, bài toán va đập, bài toán tiếpxúc Các bài toán được giải cho các dạng phần tử kết cấu thanh, dầm, 2D và 3D,giải các bài toán với các vật liệu đàn hồi, đàn hồi phi tuyến, đàn déo lý tưởng, dẻonhớt, đàn nhớt Trước hết, cần chọn được kiểu phần tử, phù hợp với bài toán cầngiải ANSYS cung cấp trên 200 phần tử khác nhau Mỗi kiểu phần tử, tương ứngvới một dạng bài toán Khi chọn một phần tử, bộ lọc sẽ chọn các moodun tính toánphù hợp, và đưa ra các yêu cầu về việc nhập các tham số tương ứng để giải Đồngthời việc chọn phần tử, ANSYS yêu cầu chọn dạng bài toán riêng cho từng phần tử

Hình 1.1: Phần mềm mô phỏng ANSYS Workbench

Việc tính toán còn phụ thuộc vào vật liệu Mỗi bài toán cần đưa mô hình vật liệu,cần xác lập rõ là vật liệu đàn hồi hay dẻo, là vật liệu tuyến tính hay phi tính, với mỗivật liệu, cần nhập đủ các thông số vật lý của vật liệu ANSYS là phần mềm giải cácbải toán bằng phương pháp số, chúng giải trên mô hình học thực.Vì vậy, cần đưavào mô hình học đúng ANSYS cho phép xây dựng các mô hình học 2D và 3D, vớicác kích thước thực, hình dáng được giản đơn hóa hoặc mô hình hình học với cácđiểm, đường, diện tích, và mô hình phần tử hữa hạn với các nút và phần tử Haidạng mô hình được trao đổi và thống nhất với nhau để tính toán ANSYS là phầnmềm giải bải toán bẳng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), nên sau khi dựng môhình hình học, ANSYS cho phép chia lưới phần tử do người sử dụng chọn hoặc tựđộng chia lưới Số lượng nút và phần tử quyết định đến độ chính xác của bài toán,nên càng chia lưới càng nhỏ càng tốt Nhưng việc chia nhỏ phần tử phụ thuộc nănglực từng phần mềm Nếu sự dụng phiên bản công nghiệp, số nút và phần tử có thểlên đến con số hàng tram ngàn, phiên bản Đại học thì chỉ đến chục ngàn và phiênbản sinh viên là hàng ngàn.

Để giải một bài toán bằng phần mềm ANSYS, cần đưa vào các điều kiện banđầu và điều kiện biên cho mô hình hình học Các ràng buộc và các ngoại lực hoặcnội lực(lực, chuyển vị, nhiệt độ, mật độ) được đưa vào tại từng nút, từng phần tửtrong mô hình hình học

Sau khi xác lập các điều kiện bài toán, để giải chúng, ANSYS cho phép chọncác dạng bài toán Khi giải các bài toán phi tuyến, vấn đề đặt ra là sự hội tụ của bàitoán ANSYS cho phép xác lập các bược lặp để giải bài toán lặp với độ chính xáccao Để theo dõi bước tính, ANSYS cho biểu đồ quan hệ các bước lặp và độ hội tụ.Các kết quả tính toán được ghi lưu vào các File dữ liệu Việc xuất các dữ liệu đượctính toán và lưu trữ, ANSYS có hệ hậu xử lý mạnh, cho phép xuất dữ liệu dưới dạng

đồ thị, ảnh đổ, để có thể quan sát trường ứng suất và biến dạng, đồng thời cũng chophép xuất kết quả dưới dạng bảng số

Yêu cầu đối với phần cứng máy tính cá nhân:

 Phần mềm ANSYS, phiên bản ANSYS 10~11 chạy trên máy PC trongmôi trường Windows XP hoặc Windows NT;

 Pentium Pro, Pentium 3, Pentium 4;

 Bộ nhớ (RAM) từ128 MB trở lên;

 Ổ cứng có dung lượng tối thiểu 500MB;

 Các hệ điều hành Windows XP, Window 2000, và Windows NT đều hỗtrợ cho card đồ họa, có khả năng hỗ trợ độ phân giải của màn hình là

1024x768 High Color(16- bit màu), và hỗ trợ cho màn hình 17 inch (hoặchơn) cùng với card đồ họa tương ứng.

1.2.1 Lịch sử hình thành và phát triển

Lịch sử phát triển phần mềm ANSYS, Gồm 6 giai đoạn:

 Phiên bản thương mại đầu tiên của phần mềm Ansys được dán nhãn phiênbản 2.0 và phát hành vào năm 1971

 Năm 1980, Apple II được phát hành, cho phép Ansys chuyển đổi sanggiao diện người dùng đồ họa trong phiên bản 4 vào cuối năm đó Phiênbản 4 của phần mềm Ansys dễ sử dụng hơn và bổ sung thêm các tínhnăng để mô phỏng điện từ

 Vào năm 1996, Ansys đã phát hành phần mềm phân tích cấu trúcDesignSpace, sản phẩm mô phỏng thử nghiệm rơi và thả LS-DYNA và bộ

mô phỏng động lực học chất lỏng (CFD) của Ansys Ansys cũng bổ sung

hỗ trợ xử lý song song cho PC với nhiều bộ vi xử lý

 Phiên bản 8.0 đã được xuất bản vào năm 2005 và giới thiệu phần mềmtương tác cấu trúc chất lỏng của Ansys, mô phỏng sự tương tác giữa kếtcấu và chất lỏng Ansys cũng phát hành các sản phẩm phần mềm thiết kếxác thực và DesignXplorer, cả hai đều đối phó với xác suất và tính ngẫunhiên của các yếu tố vật lý Vào năm 2009, phiên bản 12 đã được pháthành với phiên bản thứ hai của Workbench Ansys cũng bắt đầu ngàycàng củng cố các tính năng vào phần mềm Workbench

 Phiên bản 15 của Ansys được phát hành vào năm 2014 Nó được themvào chức năng mới cho vật liệu composites, liên kết bulong và chia lướitốt hơn

 Trong tháng 2 năm 2015, phiên bản 16 đã giới thiệu công ty vật lý AIM

và Electronics Desktop Năm 2016, phiên bản 17 giới thiệu một giao diệnngười dung mới và cải tiến cho tính toán mô phỏng động lực học chấtlỏng Vào tháng 1 năm 2017, Ansys đã phát hành phiên bản 18

1.2.2 Các mảng ứng dụng của ANSYS Workbench

1.2.2.1 Mô phỏng tính toán cơ học

ANSYS Mechanical Enterprise là giải pháp phần mềm kỹ thuật cơ khí hàngđầu sử dụng FEM- Finite Element Method (FEA) - để phân tích cấu trúc bằng giaodiện Ansys Mechanical Nó bao gồm một loạt các ứng dụng khổng lồ và hoàn thiệnvới mọi thứ bạn cần từ chuẩn bị hình học đến tối ưu hóa và tất cả các bước tiếnhành Với Mechanical Enterprise, bạn có thể mô hình hóa các vật liệu tiên tiến, tải

trọng môi trường phức tạp và các yêu cầu cụ thể của ngành trong các lĩnh vực nhưthủy động lực học và vật liệu composite.

Một loạt các mô hình vật liệu bao gồm tất cả mọi thứ từ hyperelastic, hợpkim bộ nhớ hình dạng, đất, bê tông, nhựa và cấu trúc kim loại có thể được mô hìnhchính xác; bạn thậm chí có thể thêm các mô hình vật liệu do người dùng định nghĩanếu cần Nhà thiết kế vật liệu có thể dễ dàng tạo ra các yếu tố khối lượng đại diện(RVE) dựa trên lưới, sợi, dệt hoặc hình học do người dùng tạo để tạo điều kiện môhình hóa nhiều cấu trúc vật liệu phức tạp

Mechanical Enterprise có các công cụ như Ansys ACT để tùy chỉnh quytrình làm việc của bạn, thêm chức năng và tăng tốc quá trình mô phỏng của bạn vàAnsys DesignXplorer với công nghệ tối ưu hóa được tích hợp để có câu trả lời tốtnhất trong thời gian nhanh nhất Việc bổ sung Ansys SpaceClaim có nghĩa là việcchuẩn bị hình học (giữa bề mặt, khai thác và đơn giản hóa chùm tia) để phân tích,xây dựng mô hình nguyên mẫu hoặc thao tác hình học trong quá trình thay đổi thiết

kế là trực quan và nhanh chóng

1.2.2.2 Mô phỏng tính toán động lực học

Động lực học chất lỏng - Computational Fluid Dynamics (CFD) - là mộtcông cụ có tính linh hoạt, độ chính xác và độ rộng lớn của ứng dụng CFD cungcấp thông tin chuyên sâu để giúp bạn tối ưu hóa thiết kế của mình, có thể nằm ngoàitầm với trừ khi bạn chọn phần mềm của mình một cách cẩn thận Để có được kếtquả CFD chính xác, bạn cần phần mềm nghiêm túc ANSYS CFD vượt xa các kếtquả định tính để đưa ra dự đoán định lượng chính xác về tương tác chất lỏng

CFD không chỉ dành cho các chuyên gia mô hình hóa tàu tên lửa và xe đua.Các kỹ sư ở mọi cấp độ trong các ngành công nghiệp khác nhau đang nhận được giátrị lớn từ phân tích CFD

Đi xa hơn và nhanh hơn với các kết quả CFD được xác nhận tốt trên phạm virộng nhất của các ứng dụng chung, chuyên ngành và đa vật lý Ansys Fluent vàAnsys CFX cung cấp kết quả nhanh chóng cho hầu hết mọi ứng dụng chất lỏnghoặc đa vật lý, với độ chính xác và mạnh mẽ hàng đầu trong ngành Phần mềm CFDnày có các khả năng rộng rãi cần thiết để giải quyết các vấn đề thiết kế của bạn ngàyhôm nay và trong tương lai Bạn có thể sử dụng phân tích Ansys CFD để đổi mớivới các khả năng đột phá trong chế tạo máy nén khí, nhiễu loạn, đốt cháy và đóngbăng trong chuyến bay

Những đổi mới gần đây trong việc mô hình hóa, chia lưới và cải tiến môitrường sử dụng, hiệu năng tính toán cao và xử lý hậu kỳ đã giúp tăng tốc thời gian

đi đến kết quả mà không ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả Chúng cho phépngười dùng mới làm quen nhanh chóng với công việc, trong khi cung cấp cho ngườidùng có kinh nghiệm cơ hội lớn hơn để tạo ra sự khác biệt.

1.2.2.3 Khoa học vật liệu với Ansys Granta

Mỗi sản phẩm được làm từ vật liệu Các nhà quản lý, kỹ sư, nhà khoa học vànhà thiết kế cần đưa ra các quyết định và phân tích dựa trên thông tin phù hợp vềcác vật liệu đó Và các doanh nghiệp cần xây dựng và quản lý trí thông minh vậtchất của thành phố, là một thành phần quan trọng trong chiến lược chuyển đổi kỹthuật số của họ Các dòng sản phẩm Ansys Granta có thể giúp đỡ

1.2.2.4 Chất bán dẫn

Những tiến bộ liên tục trong công nghệ bán dẫn thúc đầy sự ra đời của cácsản phẩm trí tuệ nhân tạo, học máy, 5G, ô tô, mạng, đám mây và các ứng dụng điệntoán biên Phổ biến kết nối, độ trễ thấp và tốc độ dữ liệu nhanh hơn cho phép hàng

tỷ thiết bị thông minh Các thiết bị này dựa trên các thiết kế FinFET tiên tiến, côngsuất thấp và công nghệ đóng gói tích hợp 2.5D / 3D tiên tiến để cung cấp các mụctiêu về năng lượng, hiệu suất, diện tích và độ tin cậy cần thiết

Khi các nhà thiết kế áp dụng các công nghệ xử lý tiên tiến và kỹ thuật đónggói 2.5D / 3D rất dày đặc, các tác động của một tập hợp hiệu ứng vật lý ngày càngtăng, cần phải được xem xét để đánh giá rõ hiệu suất và độ tin cậy của chip.ANSYS đã phát triển một bộ sản phẩm đa vật lý rộng và sâu để phân tích chính xáctính toàn vẹn năng lượng, nhiệt, biến thiên, điện từ, cơ học và vật lý khác theo cáchnắm bắt sự phụ thuộc phức tạp của chúng qua phổ của chip, gói và hệ thống để thúcđẩy silicon lần đầu tiên và hệ thống thành công

CHƯƠNG 2: PHIÊN BẢN NĂM 2020 VÀ CÁC ĐỀ XUẤT CẢI

TIẾN PHẦN KHUNG XE VÀ VỎ XE

2.1 Bản thiết kế khung xe năm 2020

Về loại nguyên liệu sử dụng để chế tạo KX, tôi đã sử dụng hai loại thép hộp

mạ kẽm có kích thước 20mm*40 mm*1.2mm và 20 mm*20 mm*1.4 mm để đảmbảo được độ vững chắc và trọng lượng nhẹ cho khung sườn xe

Hình 2.1: Thép hộp mạ kẽm

Đối với thép hộp 20 mm*40 mm, để tăng mômen quán tính của hệ thốngkhung sườn xe, tôi đã bố trí KX ở dạng đứng như trong Hình 2.2 Vì tải trọng củangười lái và động cơ có phương tác dụng thẳng đứng hướng theo chiều từ trênxuống dưới, có tác dụng kéo hệ thống khung sườn xuống nên nếu ta bố trí thanhthép hộp theo phương đứng sẽ làm tăng độ vững chắc của khung sườn trong quátrình xe vận hành

Hình 2.3 là bản thiết kế KX version 1 của KX do tôi đề xuất, khi đã kết hợptất cả các yếu tố về kích thước bánh xe, các góc lái sẽ tiếp tục được nêu ra lại trongchương IV

Hình 2.2: Hai loại thép hộp được sử dụng

Hình 2.3: Bản thiết kế của khung xe phiên bản 2020

2.1.1 Ưu điểm và nhược điểm của nghiên cứu trước

Ưu điểm:

 Với việc sử dụng vật liệu chính chịu tải là sắt hộp 20mm* 40mm có độdày là 1.2mm đã đảm bảo được khả năng chịu tải của xe khi di chuyển ởmặt đường bằng phẳng cũng như gồ ghề

 Tăng độ bền vững khi vào cua hoặc va chạm với chướng ngại vật

 Khoảng cách giữa KX với mặt đất khi vận hành nhỏ, giúp giữ trọng tâm

xe khi vào các khúc cua với tốc độ cao

Nhược điểm

 Việc sử dụng sắt hộp 20 mm*40 mm*1.2mm dẫn tới trọng lượng của KX

là tương đối lớn, làm tăng tiêu hao năng lượng của động cơ khi hoạt động

 Gây lãng phí vật liệu khi thiết kế và chế tạo, không tối ưu được chi phíchế tạo xe so với nhu cầu sử dụng

 Khung sườn quá thấp cũng gây nhiều cản trở khi di chuyển, đặc biệt làkhi di chuyển trên các địa hình nhiều sỏi đá và các địa hình lồi lõm

 KX có kích thước chưa phù hợp với thể trạng của lái xe

2.1.2 Đề xuất các phương pháp cả tiến

2.1.2.1 Vật liệu

Thay đổi vật liệu làm khung so với phiên bản trước Tôi đề xuất sử dụng vẫn

sử dụng các loại thép thông thường nhưng thay đổi kích thước của vật liệu, nhằmvừa chịu được được tải vừa giảm trọng lượng của KX, trong thiết kế mới tôi sửdụng thép hộp 20 mm*20 mm*1.4 mm Đây là loại vật liệu đang được sử dụngtương đối phổ biến trên thị trường hiện nay khi nhắc đến các kết cấu khung giàn

Hình 2.4: Thép hộp 20 mm*20 mm*1.4 mm

Ngoài ra, tôi cũng xét khả năng chế tạo KX từ sắt ống199mm*22mm*1.5mm (Hình 2.5).

Hình 2.5: Thép ống 19mm*22mm*1.5mm

2.1.2.2 Thay đổi thiết kế

Dựa vào kinh nghiệm tích lũy từ cuộc thi EMC 2020, so với thiết kế cách đó

1 năm, bản cải tiến KX lần này có nhiều sự thay đổi:

 Nâng độ cao KX so với mặt đất từ 3cm lên thành 7cm, đây là khoảngcách tương đối hợp lý Việc nâng độ cao khung gầm giúp cho xe tránhđược tình trạng va quẹt phải chướng ngại vật trên mặt đường cũng nhưhạn chế được các khó khăn khi thiết kế và chế tạo phần vỏ xe

 Nâng cấp hệ thống tay lái, tăng độ bám mặt đường của xe khi vào khúccua

2.2 Thiết kế vỏ xe trong cuộc thi Honda EMC 2020

2.2.1 Yêu cầu về kích thước bên ngoài của phương tiện

Phương tiện tham gia cuộc thi phải có từ 3 bánh xe trở lên, và có kết cấuvững chãi dù đang chuyển động hay đứng yên Tất cả các bánh xe phải tiếp xúc vớimặt đất khi phương tiện đứng trên bề mặt phẳng Theo hình 8 ta có bảng yêu cầukích thước của xe như sau:

 Chiều cao tổng thể (a): tối đa 1.8m

 Khoảng cách giữa trục trước và trục sau (b): tối thiểu 1.0 m

 Chiều dài tổng thể (c): tối đa 3.5m

 Khoảng cách giữa hai bánh xe (d): tối thiểu 0.5 m

 Chiều rộng tổng thể (e): tối đa 1.7 m

 Ống xả phải nhô ra phía sau (f) nhưng không quá 5 cm

Để nâng cao độ an toàn, thân xe cần được thiết kế sao cho điểm đầu mũ bảohiểm của người lái xe phải nằm sau trục bánh trước khi xe chạy Nghiêm cấm ápdụng các thiết kế mà đầu người lái xe chịu tác động trực tiếp khi xảy ra va chạm.

Phương tiện phải được thiết kế sao cho trong tư thế lái xe, chân của người lái

xe không bị vượt ra ngoài sàn xe Nghiêm cấm các thiết kế mà cơ thể người lái xechịu tác động trực tiếp khi xảy ra va chạm Ngoài ra, để nâng cao an toàn, phươngtiện phải được thiết kế sao cho cơ thể và hai chân tách biệt với mặt đường

Hình 2.6: Quy định về kích thước thân xe

2.2.2 Thiết kế vỏ xe dựa vào các mẫu máy bay dân dụng

Tôi đã lấy cảm hứng từ các mẫu máy bay dân dụng và tàu ngầm quân sự củaNga để thiết kế VX, bởi vì các loại mô hình này đều có đặc điểm chung là đều giànhcho các phương tiện có khả năng di chuyển với tốc độ cao nhưng vẫn đảm bảo tínhkhi động trong quá trình vận hành Hình 9 là bản thiết kế của VX do tôi lấy ý tưởng

từ mô hình máy bay Boeing 787

 Đòi hỏi kỹ năng gia công cao, phức tạp

Qua đó, cho thấy sản phẩm để dự thi năm 2021 cần phải có một số đề xuấtcải tiến để mang lại hiệu quả cao

Hình 2.7: Phiên bản vỏ xe năm 2020

Các đề xuất cải tiến

 Thay đổi ý tưởng thiết kế

 Giảm độ cao vỏ xe, hạ thấp trọng tâm

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ KHUNG XE VÀ VỎ XE

43.1 Các yêu cầu kĩ thuật của khung xe ba bánh

Căn cứ vào hoàn cảnh, trình độ kỹ thuật và khả năng gia công để lựa chọnthiết kế của KX cho phù hợp nhất Để đạt được mục tiêu hoàn thành cuộc thi với kếtquả cao ngoài việc đáp ứng đầy đủ các quy định về cấu trúc phương tiện do HondaViệt Nam đặt ra, thiết kế KX đảm bảo trọng lượng thấp, giảm thiểu ma sát nhưngvẫn không làm giảm sự chắc chắn và tính ổn định của xe trong quá trình vận hành

Việc thiết kế KX sẽ phải phụ thuộc vào các yếu tố như: kích thước bánh xe,kích thước ĐC, kích thước và trọng lượng của người lái để có thể đảm bảo phân bốtải trọng đều trên toàn bộ KX tăng độ ổn định của phương tiện khi di chuyển với tốc

độ cao

KX cũng phải đảm bảo yếu tố khi xe vượt chướng ngại vật hoặc gặp các ngã

rẽ vẫn giữ vững được độ ổn định và hướng di chuyển Xe rẽ phải trái mượt mà màkhông bị lực cản gây ảnh hưởng đến tốc độ ban đầu của xe

Để một chiếc xe vận hành êm ái, dễ điều chỉnh phụ thuộc vào rất nhiều yếu

tố Ngoài việc đưa ra thiết kế KX phù hợp với các bộ phận cố định vào khung sườn

KX còn phải đảm bảo các góc nghiêng của hệ thống lái, việc này sẽ giúp cho ngườilái xe dễ dàng điều khiển, xe chạy một cách ổn định và có khả năng khôi phụchướng tiến thẳng sau các góc rẽ Tuy nhiên, các thông số cơ bản và quan trọng nhấtảnh hưởng đến vận hành xe khi cần cân chỉnh góc đặt bánh xe là góc Camber, gócCaster, góc Kingpin và độ chụm (Toe)

Nếu một trong những yếu tố này không thích hợp có thể ảnh hưởng đến cácvấn đề:

dù là góc dương hay góc âm thì nó cũng gây giảm bề mặt tiếp xúc của bánh xe vớimặt đường, độ mòn giữa các lốp và ở các vị trí khác nhau trên lốp không đều, có thểgây nguy hiểm nếu không cân chỉnh góc đặt bánh xe lại cho chính xác

Hình 3.1: Góc Camper âm – trung tính - dương

Đối với một chiếc xe bình thường, bạn thường muốn duy trì một chút camber

âm (0.5 – 1°) để có sự cân bằng tốt về độ bám đường, độ bám phanh và độ mòn củalốp Trên hầu hết các phương tiện, thường sẽ tăng độ âm hơn một chút (0.8 – 1.3°) ởphía sau để giảm khả năng lái quá mức (mất độ bám ở phía sau)

Lợi ích của Camber âm

Camber âm cải thiện khả năng xử lý bằng cách giữ cho lốp vuông góc vớiđường khi xe lăn bánh; đảm bảo rằng miếng vá tiếp xúc của lốp được tải đều Nếukhông có camber âm đầy đủ, lốp xe sẽ tải phần bên ngoài của lốp và tạo ra độ bám

ít hơn

Nhược điểm của Camber âm

Thêm camber âm sẽ làm giảm độ bám đường của lốp xe trong quá trình tăngtốc và phanh thẳng Điều quan trọng là phải có sự cân bằng để đảm bảo hiệu suấttổng thể tốt Đối với hầu hết các xe ô tô, đây là khoảng 2 – 3° camber âm

Hình 3.2: Góc Camber 0 cho phần bánh lái phía trước

Trong trường hợp sử dụng bánh xe đạp có kích thước 1.75*20 inches, vì lốp

xe đạp khá mỏng so với lốp xe ôtô nên tôi chọn góc Camber 0 cho phần bánh láiphía trước của phương tiện được thể hiện trong Hình 3.2

47.1.2 Góc nghiêng của trục lái – Góc Kingpin

Trục mà trên đó bánh xe xoay về phía phải hoặc trái được gọi là “trục xoayđứng” Trục này được xác định bằng cách vạch một đường thẳng tưởng tượng điqua tâm ổ bi đỡ trên của bộ giảm chấn và khớp cầu của đòn treo dưới (đối vớitrường hợp hệ thống treo kiểu thanh giằng) Nhìn từ phía trước xe, đường thẳng nàynghiêng về phía trong; góc nghiêng này được gọi là “góc nghiêng trục lái/gócKingpin”, và được đo bằng độ Khoảng cách L (Hình 3.3) từ giao điểm giữa trụcxoay đứng và mặt đường đến giao điểm giữa đường tâm bánh xe và mặt đườngđược gọi là “độ lệch, độ lệch Kingpin”

Hình 3.3: Cách xác định góc Kingpin

Vì rằng bánh xe quay sang phải hoặc sang trái, với tâm quay là trục xoayđứng còn bánh kính quay là khoảng lệch, nên khoảng lệch càng lớn thì mô-men cảnquay càng lớn (do sức cản quay của lốp xe), vì vậy lực lái cũng tăng lên

Có thể giảm khoảng lệch để giảm lực đánh lái Có thể áp dụng một trong haiphương pháp sau đây để giảm khoảng lệch:

lên vô lăng, và giảm thiểu mô-men quay quanh trục xoay đứng do động lực tạo rakhi khởi động nhanh hoặc tăng tốc.

Nếu góc quay vô lăng sang bên phải và bên trái khác nhau thì mô-men quayquanh trục xoay đứng lái này cũng khác nhau (mô-men xuất hiện khi phanh xe hoặclực phanh sẽ phát sinh ở phía có góc quay vô lăng nhỏ hơn) Ngoài ra, sự khác nhaugiữa khoảng lệch bên phải và bên trái cũng tạo ra sự khác nhau về phản lực dẫnđộng giữa bên phải và bên trái Trong cả hai trường hợp, lực đều có xu hướng làmquay xe Thiết kế tôi đưa ra ở đây sử dụng góc nghiêng trục lái Kingpin có giá trị là10 Hình 3.4 thể hiện thiết kế mà tôi đưa ra về độ nghiêng của trục lái

Hình 3.4: Góc Kingpin của bánh trước phương tiện

49.1.1 Góc Caster

Góc Caster là góc nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trục xoay đứng.Góc Caster được xác định bằng góc nghiêng giữa trục xoay đứng và đường thẳngđứng nhìn từ cạnh xe Khi trục xoay đứng nghiêng về phía sau thì được gọi là gócCaster Dương (+), còn trục nghiêng về phía trước được gọi là góc Caster Âm (-)

Khoảng cách từ giao điểm giữa đường tâm trục xoay đứng và mặt đường đếntâm điểm tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường được gọi là khoảng caster của trụcđứng

Góc caster có ảnh hưởng đến độ ổn định khi xe chạy trên đường thẳng, cònkhoảng caster thì ảnh hưởng đến tính năng trả lái bánh xe sau khi chạy trên đườngvòng Nếu các bánh xe có góc caster dương lớn thì ổn định trên đường thẳng tănglên nhưng lại khó chạy trên đường vòng.

Hình 3.5: Góc Caster của phương tiện

Cách xác định góc Caster

Độ ổn định chạy thẳng và hồi vị bánh xe:

 Độ ổn định trên đường thẳng nhờ có góc caster Khi trục đứng quay để xechạy vào đường vòng, nếu các bánh có góc caster thì lốp sẽ bị nghiêng đi

so với mặt đường và tạo ra mô men kích, có xu hướng nâng thân xe lên

Mô men kích này đóng vai trò như một lực hồi vị bánh xe, có xu hướngđưa thân xe trở về vị trí nằm ngang và duy trì độ ổn định trên đường thẳngcủa xe

 Hồi vị bánh xe nhờ có khoảng caster Nếu bánh xe có góc caster thì giaođiểm giữa đường tâm trục xoay đứng với mặt đường sẽ nằm phía trướctâm điểm tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường Vì lốp xe được kéo về phíatrước nên lực kéo này sẽ lấn át các lực có xu hướng làm cho bánh xe mất

ổn định, giữ cho bánh xe chạy ổn định theo đường thẳng Khi bánh xeđược chuyển hướng sang một bên (do lái hoặc do trở ngại khi chạy trênđường thẳng) thì sẽ phát sinh các lực bên F2 và F’2 Những lực bên này cótác dụng làm quay trục xoay đứng (nhờ có khoảng caster) và có xu hướng

hồi vị bánh xe về vị trí ban đầu của nó Với cùng một lực bên như nhau,nếu khoảng caster lớn, lực hồi vị bánh xe cũng lớn Vì vậy, khoảng castercàng lớn thì độ ổn định trên đường thẳng và lực hồi vị càng lớn.

Thiết kế tôi đưa ra ở đây sử dụng góc nghiêng trục lái Caster có giá trị là 3.Hình 15 thể hiện thiết kế mà tôi đưa ra về độ nghiêng của trục lái

Hình 3.6: Góc Caster của phương tiện

51.1 Ý tưởng và thiết kế đề xuất cho vỏ xe

Đối với một phương tiện giao thông bất kỳ, đặc biệt là các dòng xe máy và

xe, ô-tô phổ thông, VX là một phần không thể thiếu và ban tổ chức đã đưa ra quyđịnh cho tất cả các đội tham gia dự thi trên phương tiện phải có VX nhằm các mụcđích sau:

 Bảo vệ người lái ở bên trong, tránh bị tác động bởi các vật cản lạ ở bênngoài xe khi đang di chuyển với tốc độ cao, hoặc các trường hợp xảy ra

va chạm;

 Giảm ma sát không khí tăng cường tính khí động học của xe khi dichuyển với tốc độ cao;

 Thể hiện dấu ấn của người thiết kế, tạo ấn tượng cho đội thi

Để đảm bảo các mục đích trên thì VX khi lên ý tưởng và thiết kế tôi phảiđảm bảo đáp ứng được các yếu tố kỹ thuật đồng thời kết hợp với tính thẩm mỹ cao

mang lại ấn tượng mạnh cho người xem Các yêu cầu cơ bản về kỹ thuật của VXgồm:

 Mỏng, nhẹ, kích thước nhỏ

 Có tính khí động tốt

Hình 3.7: Thiết kế mới của vỏ xe ba bánh

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ KHUNG XE VÀ VỎ

XE VỚI ANSYS WORKBENCH

4.1 Mô phỏng kết cấu khung xe

4.1.1 Thông số kỹ thuật của thép công nghiệp

Công việc đầu tiên trước khi bắt đầu mô phỏng kết cấu cơ học với ANSYSStatics Structural chúng ta cần phải biết rõ các thông số kỹ thuật của vật liệu được

sử dụng trong kết câu KX, đây là những dữ liệu quan trọng cần thiết để phần mềmdùng trong các tính toán

Như đã nêu ra ở chương 3, vật liệu được sử dụng để làm KX là thép, ta cầnphải nhập các thông số kỹ thuật của thép vào hệ thống Engineering Data Tuy nhiên,đối với vật liệu thép thì thông số đã có sẵn trong thư viện của ANSYS nên ta có thểchọn trực tiếp các thông số này, việc nhập chỉ cần thiết với các loại vật liệu mớichưa có dữ liệu trong thư viện của ANSYS

Đại lượng Thông số Đơn vị

Shear modulus 7.6923e+10 PaYoung’s modulus 2e+11 PaBulk modulus 1.6667e+10 PaTensile strength 4.6e+08 PaYield strength 2.5e+08 PaThermal expansion coeffiecient 1.2e-05 1/C

Thermal conductivity coeffiecient 60.5 W/m C

Specific heat 434 J/kgC

Poison’s ratio 0.3 n/a

Bảng 4.1: Các thông số kỹ thuật của thép dựa được lấy từ Structural Steel

4.1.2 Mô hình hóa các thiết kế của khung xe

Sau khi chọn vật liệu, tôi tiến hành mô hình hoá vật mẫu trên nền tảng đồhoạ Space Claim của ANSYS Trong nghiên cứu này, tôi đưa ra cùng một kíchthước KX nhưng sử dụng hai vật liệu khác nhau (Hình 4.1):

 Thép hộp 20mm*20mm*1.4mm (Khung 1)

 Thép ống 19mm*22mm*1.5mm (Khung 2)

Hình 4.1: Mô hình khung xe 1 và khung xe 2

4.1.3 Chia nhỏ mẫu mô phỏng thành các phần tử – Meshing

Từ mô hình, tôi tiến hành phân chia mẫu ban đầu thành các phần tử rời rạc.Hình 4.2 và hình 4.3 biểu diễn mô hình lưới của hai kết cấu KX

Hình 4.2: Mô hình lưới của khung xe 1

Ta có thống kê về số lượng phần tử và các nút liên kết ở bên trong vật mẫuKhung 1 được thể hiện trong bảng 4.2

Số lượng nút 23052

Số lượng phần tử 11647

Bảng 4.2: Thống kê số phần tử và số nút trên khung xe 1

Hình 4.3: Mô hình lưới của khung xe 2

Ta có thống kê về số lượng phần tử và các nút liên kết ở bên trong vật mẫukhung xe 2 được thể hiện trong bảng 4.3

Số lượng nút 23052

Số lượng phần tử 11647

Bảng 4.3: Thống kê số phần tử và số nút trên khung xe 2

4.1.4 Thiếp lập các điều kiện ban đầu

Sau khi thiết kế và hoàn thành việc mô hình hoá trên máy tính, tôi tiến hành

đo đạc khối lượng và tính toán tải mà KX phải chịu Giả sử điều kiện đặt ra của bàitoán là KX phải mang tải trọng bao gồm một người lái xe với khối lượng là 55 kg

và mang trên mình khối động cơ Honda 110 CC với trọng lượng ước là vào khoảng

25 kg Tải trọng mà KX phải tải là:

Tổng khối lượng mà khung phải chịu:

M=m người lái +m động cơ =55 kg+15kg=70kg

Tổng tải trọng mà KX phải chịu

P=M × g=70× 10=700 N