Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu ô tô khách khi xảy ra va chạm lật nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116 LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG CHÍ THIỆN THIẾT KẾ TỐI ƯU TÍNH AN TOÀN

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG CHÍ THIỆN

THIẾT KẾ TỐI ƯU TÍNH AN TOÀN KẾT CẤU

Ô TÔ KHÁCH KHI XẢY RA VA CHẠM LẬT NGHIÊNG

THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116

S K C0 0 4 6 3 2

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116

LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯƠNG CHÍ THIỆN

THIẾT KẾ TỐI ƯU TÍNH AN TOÀN KẾT CẤU Ô TÔ KHÁCH KHI XẢY RA VA CHẠM LẬT NGHIÊNG THEO

TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU

Trang 3

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:

Họ & tên: Dương Chí Thiện Giới tính: Nam

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 557/54 Trần Quang Diệu, Phường An Thới,

Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 01658284480

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

Trung cấp:

Hệ đào tạo: Chính Quy

Thời gian đào tạo từ 9/2003 đến 9/2005 Nơi học (Trường, Thành Phố): Trường Dạy Nghề TP, Vĩnh Long

Ngành học: Cơ Khí Động Lực

Cao Đẳng:

Hệ đào tạo: Chính Quy

Thời gian đào tạo từ 10/2005 đến 10/ 2007

Nơi học (Trường, thành Phố): Trường Cao Đẳng Sư Phạm Kỹ Thuật TP Vĩnh Long Ngành học: Cơ Khí Động Lực

Đại Học:

Hệ đào tạo: Tại Chức

Thời gian đào tạo từ 10/2008 đến 10/ 2010

Nơi học (Trường, thành Phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM

Ngành học: Cơ Khí Động Lực

Trang 4

Tên đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu hệ thống điện thân xe INNOVA

Ngày & nơi bảo vệ đồ án: Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Người hướng dẫn: Th.S Cao Hùng Phi

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

Trang 5

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201…

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Dương Chí Thiện

Trang 6

LỜI CẢM ƠN

Trước hết tác giả xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Thành Tâm,Thầy đã

hướng dẫn và giúp đỡ tôi định hướng, tiếp cận và khai thác tài liệu cũng như động viên tôi trong quá trình thực hiện đề tài

Xin được cảm ơn đến tất cả các Thầy Cô giáo đã giảng dạy và hướng dẫn tôi

trong toàn bộ khóa học Xin cảm ơn đến Ban Giám Hiệu Trường ĐH Sư Phạm

Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, Phòng Đào Tạo đã tạo điều kiện cho tôi học tập và

nghiên cứu tại trường

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Cao Đẳng

Nghề Cần Thơ, Lãnh đạo khoa cơ khí Động lực của trường đã tạo điều kiện

thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này

Cuối cùng tôi muốn cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đở trong thời gian qua

Tp.HCM, ngày 16 tháng 09 năm 2015 Học Viên Thực Hiện

Dương Chí Thiện

Trang 7

NHẬN XÉT

(Giảng viên hướng dẫn)

………

Trang 8

TÓM TẮT

Cùng với sự phát triển của kinh tế xã hội, lượng người tham gia giao thông ngày càng nhiều, đặc biệt là vận chuyển hành khách tập thể, đường dài Do đó, nhu cầu ô tô khách và ô tô buýt ngày càng nhiều và trở thành một hệ thống giao thông quan trọng của quốc gia, mặc dù ô tô khách là một trong những phương tiện giao thông an toàn tuy nhiên tai nạn giao thông vẫn xảy ra, đặc biệt là va chạm lật nghiêng làm cho nhiều hành khách thương vong cùng lúc, nhằm ngăn ngừa và hạn chế tổn thương hành khách thì thiết kế cải tiến tối ưu hóa kết cấu đảm bảo an toàn lật nghiêng là rất cần thiết

Luận văn “Thiết kế tối ƣu tính an toàn kết cấu ô tô khách khi xảy ra va

chạm lật nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu” đã được thực hiện Đề tài đã ứng

dụng kỹ thuật CAE để xây dựng mô hình và mô phỏng phân tích quá trình lật nghiêng ô tô khách theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66, trên cơ sở mô hình phân tích lật nghiêng tiến hành thiết kế thí nghiệm trực giao, mô phỏng các thí nghiệm của quá trình lật nghiêng Sử dụng phần mềm SPSS để phân tích hồi quyvà xây dựng hàm số mục tiêu và điều kiện, sử dụng giải thuật di truyền trong MATLAB để tính toán và tìm ra giá trị tối ưu hóa cho mô hình Sau đó tiến hành mô phỏng kiểm nghiệm tính năng an toàn khi xảy ra va chạm lật nghiêng, kết quả cho thấy kết cấu thân xe khách đã đảm bảo an toàn lật nghiêng theo tiêu chuẩn, đồng thời khối lượng các thanh kết cấu sau khi thiết kế tối ưu hóa giảm 12,8% và chiều cao trọng tâm giảm 5,8(mm) so với trước khi tối ưu hóa

Trang 9

SUMARY

Along with the social economic development, there are more and more people in traffic, especially public passenger transport, long distance transport Consequently, demand for coaches and buses is higher and they become important transport systems of the country Although coaches one of the safe vehicles, accidents still occur; especially rollovercauses many casualties at the one time In order to prevent and restrict damage, innovative design to optimize structures for rollover safety is crucial

Thesis “Innovative design to optimize coach’s structuresduring collision

and rollover according to European standards" has been made The studyapplied

technical simulation design to develop a modeland analyze simulationprocessof rollover coach according to European Standard ECE-R66, based on analytical rollover models to conduct designing orthogonal experiment, simulate experiments

of rollover SPSS software is used for regression analysisof target and condition, genetic algorithms in MATLAB is used to calculate and figure out optimized values for the model After simulation for testing safety features during rollover was conducted, the results showed that coach’s body structure ensure safetyof rollover

as standard and weight of the bars after optimization reduced by 12,8%

Trang 10

MỤC LỤC

Lý lịch khoa học i

Lời cam đoan iii

Lời cảm ơn iv

Nhận xét v

Tóm tắt vi

Sumary vii

Mục lục viii

Danh sách các từ viết tắt xviii

Chương 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tổng quan về các nghiên cứu trong và ngoài nước 4

1.2.1 Các nghiên cứu trong nước 4

1.2.2 Các nghiên cứu ngoài nước 4

1.3 Mục đích nghiên cứu 6

1.4 Đối tượng nghiên cứu 6

1.5 Phạm vi nghiên cứu 7

1.6 Phương pháp nghiên cứu 7

1.7 Nội dung nghiên cứu 7

1.8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 8

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG 9

2.1 Giới thiệu 9

2.2 Lý thuyết biến dạng phi tuyến tính 9

2.3 Xác định các giá trị, thiết lập mô hình lật nghiêng theo tiêu chuẩn ECE - R66 12

2.3.1 Xác định trọng tâm của xe 12

2.3.1.1 Xác định trọng tâm theo chiều dọc 12

2.3.1.2 Xác định trọng tâm theo chiều cao 13

Trang 11

2.3.1.3 Xác định độ lệch trọng tâm theo chiều ngang 15

2.3.2 Xác định góc giới hạn lật đỗ của xe 15

2.3.3 Vận tốc góc khi lật 17

2.4 Phần mềm nghiên cứu 21

2.4.1 Phần mềm HYPERWORKS 21

2.4.2 Phần mềm HYPERMESH 21

2.4.2.1 Giới thiệu phần mềm 21

2.4.2.2 Cách khởi động và giao diện phần mềm 21

2.4.3 Phần mềm HYPERVIEW 25

2.4.4 Phần mềm LS-DYNA 26

2.4.4.1.Giới thiệu phần mềm 26

2.4.4.2.Cách khởi động và giao diện phần mềm 26

2.4.4.3.Nhập một file vào môi trường LS-DYNA 27

2.4.5 Phần mềm SPSS 28

2.4.5.2.Cách khởi động và giao diện phần mềm 30

2.4.6 Phần mềm MATLAB 31

2.5 Kết luận 33

Chương 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG LẬT NGHIÊNG THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU 34

3.2 Sơ đồ xây dựng mô hình nghiên cứu theo tiêu chuẩn ECE-R66 34

3.2.1 Mô hình Cad 2D 34

3.2.2 Sử dụng phần mềm Catia để thiết kế mô hình Cad 3D 36

3.2.2.1 Thiết kế khung xương đầu xe 36

3.2.2.2 Thiết kế khung xương đuôi xe 37

Trang 12

3.2.2.3 Thiết kế khung xương hông bên trái 39

3.2.2.4 Thiết kế khung xương hông bên phải 40

3.2.2.5 Thiết kế khung xương trần xe 41

3.2.2.6 Thiết kế khung xương sườn giữa 42

3.2.3 Sử dụng phần mềm HYPERMESH xuất mặt giữa và chỉnh sửa mô hình 44

3.2.3.1 Xuất mặt giữa cho mô hình 44

3.2.3.2 Chỉnh sửa lỗi mô hình 45

3.2.4 Chia lưới mô hình 46

3.2.5 Kiểm tra và chỉnh sửa lưới mô hình 50

3.2.5.1 Kiểm tra lưới 50

3.2.5.2 Chỉnh sửa lỗi của lưới 55

3.2.6.Liên kết các bộ phận trong mô hình bằng phương pháp hàn lưới 55

3.2.7 Thiết kế mô hình, tạo vật liệu, thuộc tính và gán điều kiện biên theo tiêu chuẩn 61

3.2.7.1 Thiết kế mô hình theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66 61

3.2.7.2 Tạo vật liệu, thuộc tính và gán điều khiện biên theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66 66

3.2.8 Sử dụng phần mềm LS-DYNA để mô phỏng quá trình lật nghiêng 76

3.2.9 Hiển thị và phân tích kết quả trên phần mềm HYPERVIEW 77

3.2.9.1.Hiển thị kết quả 77

3.2.9.2 Phân tích, đánh giá kết quả mô hình khung xương ban đầu 78

3.3 Kết luận 79

Chương 4: THIẾT KẾ TỐI ƯU TÍNH AN TOÀN KẾT CẤU KHUNG XƯƠNG Ô TÔ KHÁCH THEO TIÊU CHUẨN ECE-R66 80

4.2.Phương án thiết kế 80

4.2.1 Cải tiến kết cấu khung xương ô tô khách thỏa mãn điều kiện va chạm lật nghiêng 80

4.2.2.Tối ưu hóa kết cấu khung xương xe khách 82

4.2.2.1 Chọn biến lượng tối ưu hóa cho mô hình khung xương 82

Trang 13

4.2.2.2 Thiết kế và thu thập mẫu thí nghiệm 83

4.2.2.3 Phân tích tối ưu hồi quy 86

4.3 Kết luận: 94

Chương 5: KẾT LUẬN 95

5.1.Kết luận 95

5.2 Hướng phát triển của đề tài 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96

Trang 14

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Không gian an toàn theo mặt cắt ngang 2

Hình 1 2 Không gian an toàn theo mặt cắt dọc 3

Hình 1 3 Khoảng cách giữa mặt phẳng lật và mặt phẳng va chạm 3

Hình 1 4 Kết quả mô phỏng biến dạng kết cấu khung xương ô tô khách 5

Hình 1 5 Kết quả mô phỏng và thí nghiệm an toàn lật nghiêng cho đoạn xe 6

Hình 2 1 Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng 10

Hình 2 2 Quan hệ ứng suất – biến dạng : (a) vật liệu đàn hồi (b) vật liệu đàn – dẻo 11

Hình 2 3 Thí nghiệm thực tế và miền giới hạn đàn hồi 11

Hình 2 4 Mô tả quá trình biến dạng trượt của vật liệu 12

Hình 2 5 Sơ đồ khối lượng phân bố trên xe theo chiều dọc 13

Hình 2 6.Cân xe lên bàn cân 14

Hình 2 7 Cân bánh xe bên trái lên bàn cân 15

Hình 2 8 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên xe 16

Hình 2 9 Xe đang đứng yên trên mặt phẳng lật 17

Hình 2 10 Xe bắt đầu lật 18

Hình 2 11 Xe bắt đầu va chạm với mặt phẳng lật 18

Hình 2 12 Qũy đạo thay đổi trọng tâm khi lật 19

Hình 2 13.Giao diện phần mềm HYPERMESH 22

Hình 2 14 Chọn môi trường làm việc 22

Hình 2 15 Giao diện phần mềm HYPERVIEW 26

Hình 2 16 Giao diện phần mềm LS-DYNA 27

Hình 2 17 Nhập một file vào môi trường LS-DYNA 27

Hình 2 18 Cửa sổ start input và Output 28

Hình 2 19 Giao diện phần mềm SPSS 30

Hình 2 20 Giao diện MATLAB Desktop 32

Trang 15

Hình 2 21 Giao diện nhập các lệnh (m-filr editor) 32

Hình 3 1 Mô hình Cad 2D thiết kế bên trong xe nhìn từ bên trên 35

Hình 3 2 Mô hình Cad 2D thiết kế bên ngoài xe nhìn từ bên hông 35

Hình 3 3 Mô hình Cad 2D thiết kế phần trước và sau xe 36

Hình 3 4 Mặt đầu 36

Hình 3 5 Mặt sau 37

Hình 3 6 Hông bên trái 39

Hình 3 7 Hông bên phải 40

Hình 3 8 Khung xương trần xe 41

Hình 3 9 Khung xương sườn giữa 42

Hình 3 10 Mô hình 3D sau khi được thiết kế hoàn chỉnh 43

Hình 3 11 Chọn các đối tượng cần xuất mặt giữa 44

Hình 3 12 Trước và sau khi xuất mặt giữa 45

Hình 3 13 Trước và sau khi xóa lỗi mô hình 45

Hình 3 14 Hộp thoại chọn khoảng dung sai mặt bo tròn cần tìm 46

Hình 3 15 Trước và sau khi xóa mặt bo tròn 46

Hình 3 16 Hộp thoại chọn đối tượng kẽ đường vuông góc 47

Hình 3 17 Trước và sau khi kẽ đường vuông góc 47

Hình 3 18 Hộp thoại chọn kích thước và hình dạng lưới 47

Hình 3 19 Trước và sau khi chia lưới đối tượng 48

Hình 3 20 Điều chỉnh số nút lưới 48

Hình 3 21 Hộp thoại chọn khoảng dung sai cần tìm 49

Hình 3 22 Trước và sau khi xóa khoảng dung sai 49

Hình 3 23 Hộp thoại chọn số phần tử lưới cần gộp 49

Hình 3 24 Trước và sau khi gộp lưới 50

Hình 3 25 Hộp thoại điều khiển chia nhỏ lưới 50

Hình 3 26 Trước và sau khi chia nhỏ lưới 50

Hình 3 27 Lỗi của lưới đã được tìm thấy 51

Trang 16

Hình 3 28 Hộp thoại điều chỉnh tiêu chuẩn lưới 52

Hình 3 29 Hộp thoại điều khiển check elems 2 – d 53

Hình 3 30 Hộp thoại hiển thị số lỗi và phần trăm lỗi của lưới 55

Hình 3 31 Trước và sau khi chỉnh sửa lỗi của lưới 55

Hình 3 32 Hộp thoại điều khiển di chuyển các bộ phận mô hình 56

Hình 3 33 Trước và sau khi di chuyển 56

Hình 3 34 Hộp thoại điều khiển liên kết các chi tiết bằng mối hàn 56

Hình 3 35 Trước và sau khi liên kết bằng mối hàn 57

Hình 3 36 Tạo mặt phẳng cho bệ đở 57

Hình 3 37 Tạo bệ đở cho mô hình 58

Hình 3 38 Trước và sau khi tạo bệ đở 58

Hình 3 39 Tạo các node liên kết 59

Hình 3 40 Hộp thoại Sets bệ đở và sườn xe 59

Hình 3 41 Bệ đở và sườn xe đã được liên kết 59

Hình 3 42 Bệ đở và cầu xe đã được liên kết 60

Hình 3 43 Mâm xe và cầu xe đã được liên kết 60

Hình 3 44 Mâm xe và bánh xe đã được liên kết 60

Hình 3 45 Không gian an toàn và sườn xe đã được liên kết 61

Hình 3 46 Trước và sau khi tạo động cơ cho mô hình 61

Hình 3 47 Hộp thoại tạo điểm bất kỳ với tọa độ cho trước 62

Hình 3 48 Hộp thoại tạo mặt phẳng từ các nút có sẳn 62

Hình 3 49 Tạo mặt phẳng lật và mặt phẳng va chạm từ các nút có sẳn 62

Hình 3 50 Hộp thoại điều khiển góc lật tới hạn 63

Hình 3 51 Trước và sau khi đặt góc giới hạn lật đỗ 63

Hình 3 52 Trước và sau khi cố định mặt phẳng lật và mặt phẳng va chạm 63

Hình 3 53 Không gian an toàn được thiết kế theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66 64 Hình 3 54 Thiết lập đồ thị trọng lực 64

Hình 3 55 Hộp thoại tạo liên kết cả mô hình để đặt vận tốc góc 65

Hình 3 56.Tạo liên kết toàn bộ các bộ phận trên mô hình 65

Trang 17

Hình 3 57 Hộp thoại tạo tiếp xúc cho cả mô hình với mặt phẳng va chạm 66

Hình 3 58 Tạo tiếp xúc của xe với mặt phẳng va chạm 66

Hình 3 59 Đường cong ứng suất kéo nén thực nghiệm 68

Hình 3 60 Hộp thoại tạo vật liệu cho mô hình 68

Hình 3 61 Hộp thoại tạo thuộc tính vật liệu 69

Hình 3 62 Hộp thoại gán thuộc tính vật liệu 69

Hình 3 63 Hộp thoại nhập đồ thị ứng suất tương ứng 69

Hình 3 64 Đặt khối lượng lên mô hình 72

Hình 3 65 Kiểm tra khối lượng các chi tiết mô hình 73

Hình 3 66 Hộp thoại nhập giá trị vận tốc góc và tọa độ trục lật 74

Hình 3 67 Tọa độ trọng tâm của mô hình 74

Hình 3 68 Tạo liên kết trọng tâm với mô hình 75

Hình 3 69 Kiểm tra lỗi cho toàn bộ mô hình 76

Hình 3 70 Kiểm tra thời gian mô phỏng còn lại 77

Hình 3 71 Lúc bắt đầu va chạm và sau khi va chạm 78

Hình 3 72 Biến dạng khung xương xâm phạm không gian an toàn 78

Hình 3 73 Những khu vực tập trung ứng suất lớn 79

Hình 4 1 Cải tiến kết cấu khung xương 81

Hình 4 2 Kết cấu khung xương sau khi cải tiến 81

Hình 4 3 Chọn biến lượng tối ưu hóa cho mô hình khung xương 82

Hình 4 4 Chọn biến điều kiện tối ưu cho mô hình khung xương 83

Hình 4 5 Hộp thoại nhập các biến thiết kế 88

Hình 4 6 Kết quả sau khi tối ưu hóa nhìn từ phía trước 93

Hình 4 7 Kết quả sau khi tối ưu hóa nhìn từ bên hông 93

Định dạng
Số trang	22
Dung lượng	7,23 MB