Nghiên cứu mô phỏng tính an toàn kết cấu thân ôtô khách khi xảy ra lật nghiêng

Nguyễn Tiến Thịnh Mssv: 10055531 Lớp: DHOT6A Nội dung: Ứng dụng kỹ thuật CAE để xây dựng mô hình phần tử hữu hạn phân tích tính bền cho khung xương và chassis ô tô khách, phân tích thiết

KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Tên đề tài: Nghiên cứu mô phỏng tính an toàn kết cấu thân ô tô khách khi xảy

ra lật nghiêng trên cơ sở tiêu chuẩn Châu Âu

Họ tên sinh viên: 1 Vũ Văn Đạt Mssv: 10054081 Lớp: DHOT6A

2 Nguyễn Tiến Thịnh Mssv: 10055531 Lớp: DHOT6A

Nội dung: Ứng dụng kỹ thuật CAE để xây dựng mô hình phần tử hữu hạn phân tích tính bền cho khung xương và chassis ô tô khách, phân tích thiết kế cải tiến kết cấu

mô hình khung xương ô tô khách khi xảy ra lật nghiêng, thõa mãn được tiêu chuẩn an toàn Châu Âu ECE R66

1 Tổng quan

2 Cơ sở lý thuyết và ứng dụng phần mềm Hyperworks và LS-DYNA

3 Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn phân tích an toàn lật nghiêng ô tô khách

4 Phân tích đánh giá kết quả mô phỏng và thiết kế cải tiến mô hình khung

xương

5 Kết luận

Yêu cầu: Thực hiện đầy đủ các nội dung, có tính tư duy sáng tạo trong lúc thực hiện đề tài, đảm bảo đúng thời gian quy định, chấp hành đúng các quy định cùa Trường, Khoa và Giáo viên hướng dẫn.

Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thành Tâm

Giáo viên phản biện:………

……… Ngày nhận đề tài: 15/03/2014 Ngày hoàn thành: 18/07/2014

Nhận xét của Giáo viên hướng dẫn:

Điểm đề nghị:………

Nhận xét của giáo viên phản biện:

Điểm đề nghị:

Ngày 18 tháng 7 năm 2014 Khoa Công nghệ Động lực Giáo viên hướng dẫn

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG TÍNH AN TOÀN KẾT CẤU THÂN Ô TÔ KHÁCH KHI XẢY RA LẬT NGHIÊNG

TRÊN CƠ SỞ TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN THÀNH TÂM

NHÓM SVTH : VŨ VĂN ĐẠT MSSV (10054081) : NGUYỄN TIẾN THỊNH MSSV (10055531) LỚP : DHOT6A

KHÓA : 2010-2014

T.P HỒ CHÍ MINH - THÁNG 7 NĂM 2014

Có thể nói sự ra đời của ô tô như là một sự kết tinh tất yếu trong thời kỳ nở rộ của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật đầu tiên của nhân loại Kể từ khi ra đời nó đã dành được rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới, họ đã tính toán và nghiên cứu không ngừng cải tiến để chiếc xe gọn nhẹ, thẩm mỹ, đạt hiệu suất cao hơn Bên cạnh đó người ta cũng dành nhiều sự quan tâm đến tính an toàn, tính bền của kết cấu khung xương xe đảm bảo khả năng chịu tải, khi xảy ra va chạm, đặc biệt là quá trình va chạm diễn ra khi xảy ra lật nghiêng

Đối với ô tô khách do việc bố trí kết cấu thân phức tạp, trọng tâm phân bố cao và tính cân bằng thấp khi di chuyển trên mặt đường nghiêng, gồ ghề Do đó, việc tính toán, nghiên cứu để đưa ra phương án tối ưu nhằm đảm bảo tính bền vững cho khung xương kết hợp với sự an toàn cho hành khách bên trong là rất cần thiết Hiện nay trên thế giới và trong nước đã và đang tồn tại nhiều công trình thí nghiệm, công trình nghiên cứu về tính an toàn kết cấu thân ô tô khách khi xảy ra lật nghiêng theo nhiều tiêu chuẩn Tuy nhiên các hãng sản xuất xe: Tracomeco, Samco, Daewoo… ngày càng cho ra nhiều loại xe khác nhau, mỗi loại xe tương ứng với một kết cấu khung xương

Tuy lượng kiến thức còn hạn hẹp và việc sử dụng phần mềm nghiên cứu còn chưa thành thạo nhưng chúng em vẫn quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu mô phỏng tính an toàn kết cấu thân ô tô khách khi xảy ra lật nghiêng trên cơ sở tiêu chuẩn Châu

Âu Chúng em đã cố gắng hoàn thành đề tài tốt nghiệp của mình và rất mong muốn được đóng góp công trình nghiên cứu của mình cho nhà trường cũng như ngành công nghiệp ô tô trong nước mặc dù nội dung nghiên cứu còn nhiều thiếu xót

Đầu tiên chúng em xin cảm ơn toàn thể các thầy cô trong trường Đại Học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh nói chung và các thầy cô trong Khoa Động Lực nói riêng đã giảng dạy và truyền đạt cho chúng em những kiến thức cơ bản, cần thiết trong suốt thời gian học tập tại trường

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thành Tâm người trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành đề tài “Nghiên cứu

mô phỏng tính an toàn kết cấu thân ô tô khách giường nằm khi xảy ra lật nghiêng trên

cơ sở tiêu chuẩn Châu Âu”

Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn bạn bè, gia đình đã giúp đỡ, động viên và khích lệ trong suốt quá trình học tập xa nhà

Mặc dù đã rất cố gắng tận tâm để hoàn thành khóa luận của mình một cách hoàn chỉnh nhất Song do bước đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với thực tế cũng như bản thân chúng em còn nhiều hạn chế về mặt kiến thức và kinh nghiệm nên không thể tránh được những thiếu sót chưa thấy được Rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như các bạn để luận văn này được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Tp.HCM, ngày 18 tháng 7 năm 2014

Nhóm Sinh Viên Thực Hiện

VŨ VĂN ĐẠT NGUYỄN TIẾN THỊNH

(Giảng viên hướng dẫn)

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan về đề tài nghiên cứu 1

1.2 Đối tượng và mục đích nghiên cứu 2

1.3 Nội dung nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM 3

2.1 Xác định trọng tâm xe, thiết lập mô hình lật nghiêng theo tiêu chuẩn ECER66 3

2.1.1 Xác định trọng tâm xe 3

2.1.2 Tiêu chuẩn an toàn lật nghiêng trong bộ tiêu chuẩn ECE R66 5

2.2 Phần mềm HyperWorks 11

2.2.1 Giới thiệu phần mềm nghiên cứu: 11

2.2.2 HyperMesh 11

2.2.3 Phần mềm Hyperview 30

2.3 Phần mềm LS-DYNA 32

2.3.1 Giới thiệu về phần mềm LS-DYNA 32

2.3.2 Các bước tiến hành mô phỏng 33

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN PHÂN TÍCH AN TOÀN LẬT NGHIÊNG Ô TÔ KHÁCH 36

3.1 Xây dựng mô hình nghiên cứu 36

3.2 Mô hình tổng thể xe khách 36

3.2.1 Mô hình 2D 38

3.2.2 Mô hình 3D 44

3.3 Tạo mặt giữa, chỉnh sửa, chia lưới mô hình, đặt điều kiện biên trên HyperMesh 44

3.3.3 Chia lưới mô hình và kiểm tra chất lượng lưới 45

3.3.4 Chọn vật liệu và gán điều kiện biên theo tiêu chuẩn (ECE-R66) 49

3.4 Mô phỏng quá trình lật trên LS-DYNA 59

3.5 Hiển thị kết quả trên Hyperview 59

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ CẢI TIẾN MÔ HÌNH KHUNG XƯƠNG 60

4.1 Phân tích kết quả mô phỏng mô hình khung xương ban đầu 60

4.2 Phương án thiết kế cải tiến mô hình khung xương ban đầu 60

4.2.1 Phương án tăng độ dày 60

4.1.1 Phần kết cấu đầu xe 61

4.1.2 Phần kết cấu hông xe 62

4.1.3 Phần kết cấu đít xe và sàn phía sau 64

4.1.4 Phần kết cấu mặt trên 64

4.2 Đánh giá kết quả mô phỏng 65

4.2.1 Đánh giá sự biến dạng kết cấu dựa trên tiêu chuẩn an toàn 66

4.2.2 So sánh sự phân bố ứng suất tại trạng thái biến dạng lớn nhất 67

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 68

5.1 Kết luận chung 68

5.2 Hướng phát triển của đề tài 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

Bảng 3 1: Khối lượng các thành phần trên xe 37

Bảng 3 2: Kết cấu các phần tạo nên khung xương xe 41

Bảng 3 3: Bảng tiêu chuẩn lưới 48

Bảng 3 4: Bảng thông số của vật liệu 49

Bảng 3 5: Bảng thuộc tính và vật liệu 51

Bảng 3 6: Bảng đơn vị tiêu chuẩn 51

Bảng 4 1: So sánh phương án thiết kế cải tiến 65

Hình 2 1 Sơ đồ khối lượng phân bố trên xe theo chiều dọc 3

Hình 2 2: Cân xe lên bàn cân 3

Hình 2 3: Cân bánh xe bên trái lên bàn cân 4

Hình 2 4: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên xe 5

Hình 2 5: Xe đang đứng yên trên mặt phẳng lật 6

Hình 2 6: Xe bắt đầu lật 7

Hình 2 7: Xe bắt đầu chạm mặt đường 7

Hình 2 8: Sự thay đổi trọng tâm khi lật[4] 8

Hình 2 9:Không gian an toàn theo mặt cắt ngang 10

Hình 2 10: Không gian an toàn theo mặt cắt dọc 10

Hình 2 11: Chọn môi trường làm việc 12

Hình 2 12: Màn hình giao diện Hypermesh 12

Hình 2 13: Một vài chức năng cơ bản 13

Hình 2 14: Panel cơ bản 13

Hình 2 15: Panel chứa các panel con 13

Hình 2 16: Panel chứa các panel con và các cột tùy chọn 13

Hình 2 17: Các chức năng điều chỉnh hiển thị mô hình 16

Hình 2 18: Tạo một Collectors 17

Hình 2 19: Tạo Collectors từ thanh Menu sổ xuống 17

Hình 2 20: Tạo vật liệu và thuộc tính từ Menu sổ xuống 18

Hình 2 21: Tạo Collectors từ các biểu tượng trên thanh công cụ 18

Hình 2 22: Giao diện khi nhập 1 mô hình hình học 18

Hình 2 23: Giao diện trang Menu hỗ trợ chỉnh sửa 19

Hình 2 24: Thiết lập mặt mới tại cửa sổ Surfaces 20

Hình 2 25: Mặt mới được tạo ra 20

Hình 2 26: Thiết lập giá trị dung sai hình học tai cửa sổ Edge Edit 21

Hình 2 27: Chọn các Free edge cần kết nối 21

Hình 2 28: Chọn các cạnh cần kết nối 22

Hình 2 29: Thông báo giá trị khe hở 22

Hình 2 32: Mặt trung bình được tạo ra 23

Hình 2 33: Cửa sổ giao diện tạo mặt trung bình 24

Hình 2 34: Cửa sổ giao diện chỉnh sửa mặt trung bình 24

Hình 2 35: Các vị trí cần đơn giản hơn 25

Hình 2 36: Cửa sổ giao diện defeature 25

Hình 2 37: Không chọn và chọn link opposite edges 27

Hình 2 38: Điều chỉnh số nút lưới 28

Hình 2 39: Cửa sổ giao diện chỉnh sửa lưới 28

Hình 2 40: Kiểm tra chất lượng lưới 29

Hình 2 41: Cửa sổ pg3 của (Qualityindex) 29

Hình 2 42: Hộp thoại thay đổi các thông số tiêu chuẩn lưới 30

Hình 2 43: Giao diện phần mềm Hyperview 31

Hình 2 44: Mở tập tin mô phỏng “d3plot” 31

Hình 2 45: Xuất đồ thị khảo sát năng lượng 32

Hình 2 46: Khảo sát thông tin 1 phần tử 32

Hình 2 47: Giao diện phần mềm LS-DYNA 33

Hình 2 48: Mở cửa sổ nhập và xuất file 33

Hình 2 49: Của sổ Start Input and Output 34

Hình 2 50: Lỗi xuất hiện LS-DYNA ngưng chạy 34

Hình 2 51: Xuất ra thời gian mô phỏng còn lại 35

Hình 3 1: Mặt đầu 38

Hình 3 2: Sườn giữa 39

Hình 3 3: Mặt sau 39

Hình 3 4: Hông bên trái 40

Hình 3 5: Hông bên phải 40

Hình 3 6: Mái phía trên 40

Hình 3 7: Mô hình 3D khung xương 44

Hình 3 10: Trước và sau khi xóa các mặt bo tròn 45

Hình 3 11: Trước và sau khi chia lưới 46

Hình 3 12: Các vị trí nút lưới chưa gắn kết với nhau 46

Hình 3 13: Trước và sau khi chỉnh sửa lưới 47

Hình 3 14: Liên kết các phần tử với nhau bằng các mối hàn 47

Hình 3 15: Kiểm tra lỗi lưới toàn bộ mô hình 48

Hình 3 16: Thiết lập đồ thị trọng lực 49

Hình 3 17: Thiết lập đường cong ứng suất kéo nén 50

Hình 3 18: Gán đồ thị đường cong ứng suất kéo 50

Hình 3 19: Gán vật liệu thuộc tính cho một đối tượng 50

Hình 3 20: Thiết kế mô hình diễn ra quá trình lật nghiêng 52

Hình 3 21: Không gian an toàn 52

Hình 3 22: Định vị mặt phẳng lật và mặt đất 52

Hình 3 23: Tạo Set_Part_LIST 53

Hình 3 24: Tạo set node list cho sườn 53

Hình 3 25: Tạo mối liên kết không gian an toàn và sườn xe 54

Hình 3 26: Tạo liên kết cho bệ đỡ và sườn 54

Hình 3 27: Tạo liên kết cho cầu xe và mâm bánh xe 54

Hình 3 28: Tạo liên kết cho mâm và lốp xe 55

Hình 3 29: Tạo liên kết giữa bệ đỡ và cầu xe 55

Hình 3 30: Tạo tiếp xúc 56

Hình 3 31: Nhập tọa độ điểm lật, trục xoay quanh, vận tốc góc 56

Hình 3 32: Vị trí tọa độ trọng tâm trên mô hình 57

Hình 3 33: Kiểm tra lỗi trước khi mô phỏng 58

Hình 3 34: Vị trí chỉnh sửa lỗi 58

Hình 3 35: Trạng thái chưa xảy ra va chạm 59

Hình 3 36: Trạng thái sau va chạm 59

Hình 4 1 Kết quả mô phỏng mô hình khung xương ban đầu 60

Hình 4 2: Kết quả mô phỏng mô hình khung xương sau khi tăng độ dày 61

Hình 4 4: Kết cấu khung hông xe bên phải trước và sau cải tiến 62

Hình 4 5: Kết cấu khung hông xe bên trái trước và sau cải tiến 62

Hình 4 6: Gia tăng tiết diện thanh 63

Hình 4 7: Bo các góc liên kết và đắp thêm các miếng ốp 63

Hình 4 8: Kết cấu khung sàn và đít xe trước (a) và sau khi cải tiến (b) 64

Hình 4 9: Nóc xe trước cải tiến (a) và sau cải tiến (b) 64

Hình 4 10: Trạng thái trước cải tiến nhìn từ phía bên hông 66

Hình 4 11: Trạng thái sau cải tiến nhìn từ phía bên hông 66

Hình 4 12: Trạng thái trước cải tiến (a) và sau cải tiến (b) nhìn từ phía trước 67

Hình 4 13: Ứng suất phân tích trên toàn bộ khung xương trước cải tiến 67

Hình 4 14: Ứng suất phân tích trên toàn bộ khung xương sau cải tiến 67

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về đề tài nghiên cứu

Trong đời sống hiện đại hóa ngày nay, ô tô là một phương tiện được sử dụng trong nhiều ngành nhiều lĩnh vực, đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế

- xã hội

Ngoài tính yêu cầu kỹ thuật, thẩm mỹ, tiện nghi,…ô tô còn đòi hỏi tính an toàn

và độ tin cậy cao đối với người sử dụng nó Trong lĩnh vực giao thông đường bộ thì ô

tô nói chung và ô tô khách nói riêng có tầm ảnh hưởng rất lớn tới việc vận chuyển hàng hóa, con người, trong đó ô tô khách là loại phương tiện giao thông công cộng giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông đô thị và lưu thông liên tỉnh…

Theo thống kê của Cục Cảnh Sát Giao Thông (CSGT) đường bộ - đường sắt Bộ Công An đến đầu tháng 1 năm 2014 cả nước có 65.294 phương tiện vận tải hành khách từ 29 chỗ trở lên, trong đó có 1.612 xe khách giường nằm Trong năm 2013 số

vụ tai nạn đường bộ xảy ra 30.874 vụ, trong đó có đến 21% là do người điều khiển ô tô gây ra và 9,7% liên quan đến ô tô chở khách[1] Càng ngày số lượng các vụ tai nạn giao thông càng tăng lên, một phần do ý thức của người tham gia giao thông và ảnh hưởng không nhỏ phải kể đến việc tính toán, thiết kế, chất lượng sản xuất của các công ty Các vụ tai nạn diễn ra có thể là trực diện, từ bên hông hay đằng sau, quá trình va chạm diễn ra làm biến dạng cấu trúc khung xe do đó làm tổn thương đến hành khách bên trong Vấn đề an toàn của xe và bảo vệ cho hành khách đã là một chủ đề được các công ty sản xuất quan tâm từ lâu, nắm được yêu cầu đó các nhà nghiên cứu phần mềm

đã đưa ra những phần mềm phục vụ cho việc nghiên cứu, kiểm tra chất lượng kỹ thuật Trên cơ sở đó, đề tài đã vận dụng những phần mềm như Hypermesh, LS-DYNA

để nghiên cứu, mô phỏng tính an toàn của kết cấu thân ô tô khách khi xảy ra quá trình lật nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu (ECER66); trên cơ sở kết quả mô phỏng, tiến hành thiết kế cải tiến tính an toàn, nhằm đảm bảo độ bền, an toàn cho hành khách

Nghiên cứu cần thiết đối với ngành công nghiệp ô tô ở nước ta cũng như thế giới hiện nay

1.2 Đối tượng và mục đích nghiên cứu

Dựa trên mô hình khung xương ô tô khách có sẵn do nhà sản xuất Tracomeco cung cấp, đề tài sử dụng phần mềm HyperMesh để xây dựng mô hình phần tử hữu hạn,thiết lập mô hình lật nghiêng theo tiêu chuẩn ECE R66, đặt các điều kiện biên (vật liệu, thuộc tính, vận tốc góc,…) Sau đó dùng phần mềm LS-DYNA để mô phỏng quá trình lật nghiêng của xe Kết quả mô phỏng sẽ được hiển thị trên phần mềm HyperView, qua đó đánh giá được các vị trí biến dạng nguy hiểm nhất trên mô hình và đưa ra nhận xét về tính an toàn của khung xe Cuối cùng sử dụng các phương án thiết

kế cải tiến mô hình nhằm đảm bảo an toàn theo tiêu chuẩn quy định

1.3 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu và ứng dụng phần mềm vào mô phỏng tính an toàn kết cấu khung xương xe khách, khi xảy ra lật nghiêng dựa trên tiêu chuẩn Châu Âu (ECE R66) Trên

cơ sở kế quả mô phỏng tiến hành nghiêng cứu thiết kế cải tiến khung xương xe khách

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM 2.1 Xác định trọng tâm xe, thiết lập mô hình lật nghiêng theo tiêu chuẩn ECER66

2.1.1 Xác định trọng tâm xe

2.1.1.1 Xác định trọng tâm theo chiều dọc

Hình 2 1 Sơ đồ khối lượng phân bố trên xe theo chiều dọc

2.1.1.2 Xác định trọng tâm theo chiều cao

Đặt xe lên bàn cân, nâng cao bánh trước một khoảng H = 0,5 − 1(m)

Trọng lượng xe G, trọng lượng phân bố lên cầu sau xe theo chiều thẳng đứng là

G2′ Ta phân tích thành các trọng lượng thành phần:

Gcosα; G2′cosα: Vuông góc với mặt tiếp xúc Gsinα; G2′sinα: Song song mặt tiếp xúc Lập phương trình cân bằng moment tại tâm bánh xe trước O1:

∑ MO1 = Gcosα a + Gsinα(hg− rb) − G2′cosα L = 0 (2.2)

2.1.1.3 Xác định độ lệch trọng tâm theo chiều ngang

Hình 2 3: Cân bánh xe bên trái lên bàn cân

Cân bánh xe bên trái lên bàn cân có trọng lượng tập trung G′

Suy ra trọng lượng tập trung bánh bên phải: G′′ = G − G′

Lập phương trình cân bằng moment tại điểm tiếp xúc O2:

Các phương pháp phân tích tính toán trọng tâm, chỉ có được nếu như có đầy đủ các số liệu về khối lượng phân bố ở các bánh xe Tuy nhiên công việc này hoàn toàn

dễ dàng đối với phần mềm mà đề tài sử dụng

2.1.2 Tiêu chuẩn an toàn lật nghiêng trong bộ tiêu chuẩn ECE R66

2.1.2.1 Giới hạn lật đổ

Giả thiết xe đang nằm trên mặt phẳng nghiêng như hình 2.4, lúc này do sự trượt

là không diễn ra nên khi mặt phẳng này nghiêng đến một góc 𝛽 nhất định xe sẽ tự động lật đổ xoay quanh điểm A

Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên xe [2]

Hình 2 4: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên xe

Phương trình cân bằng moment tại điểm A:

c

2 hgHay:

tanβ = c

2 hg

Góc giới hạn lật đổ:

βtmax = arctan ( c

2 hg) = arctan (

17102.1208) = 35,30Trong đó:

βtmax: Góc nghiêng giới hạn

c = 1710(mm): Chiều rộng cơ sở 2 bánh sau của xe

hg = 1208(𝑚𝑚): Chiều cao trọng tâm xe

2.1.2.2 Vận tốc góc khi lật

Khi xe khách bị lật, lúc này sự va chạm bắt đầu diễn ra với vận tốc góc ban đầu của toàn bộ khung xương xe với mặt đường Dựa theo tiêu chuẩn ECER66 cho phép ta

giả định rằng mặt phẳng xe đứng yên như hình 2.5, khoảng cách chênh lệch với mặt

phẳng va chạm là 800(mm) có trọng tâm là G và không chịu tác dụng của ngoại lực[3]

Hình 2 5: Xe đang đứng yên trên mặt phẳng lật

Cho mặt phẳng này xoanh quanh điểm lật với vận tốc góc < 50/s hay 0,087 (rad/s), lúc này trọng tâm xe sẽ thay đổi từ từ cho đến vị trí G’, tương ứng với góc nghiêng β thì xe bắt đầu xảy ra lật nghiêng với vận tốc góc ban đầu ω0 ≈ 0(rad/s)

như hình 2.6 [3]

Hình 2 6: Xe bắt đầu lật

Vận tốc góc sẽ gia tăng dần theo sự thay đổi trọng tâm từ vị trí G’ đến G’’ như

hình 2.7 chính là thời điểm xe bắt đầu lật đến thời điểm bắt đầu xảy ra va chạm với

mặt đường[3] Vận tốc góc lúc bắt đầu xảy ra va chạm với mặt đường được tính theo công thức (2.5)

Hình 2 7: Xe bắt đầu chạm mặt đường

Trọng tâm xe thay đổi theo quỹ đạo như hình 2.8:

Hình 2 8: Sự thay đổi trọng tâm khi lật [4]

Trong đó:

hg = 1208 (mm): Chiều cao trọng tâm so với mặt phẳng lật khi xe đứng yên

h1 = 1661(mm): Chiều cao trọng tâm so với mặt phẳng lật khi xe bắt đầu lật

h2 = 796(mm): Chiều cao trọng tâm so với mặt phẳng lật khi xe va chạm

H = 3515(mm): Chiều cao xe

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 khác nhau của xe khi lật

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

Khi bắt đầu quá trình lật xe chỉ chịu tác dụng của gia tốc trọng trường và không

có vận tốc góc ban đầu Năng lượng sinh ra khi trọng tâm nằm tại vị trí G’ chỉ bao gồm thế năng:

EG′ = Mgh1+1

2Jω02 = Mgh1 ( với: ω0 = 0) (2.3)

Khi xảy ra va chạm với mặt đường lúc này ngoài tác động của gia tốc trọng trường xe còn chịu tác động của vận tốc góc ban đầu Năng lượng sinh ra khi trọng tâm nằm tại vị trí G’’ bao gồm thế năng và động năng:

M = 9622(kg): Khối lượng toàn tải của xe ( được tính toán ở mục 3.2 )

g = 0,00981(mm ms⁄ 2): Gia tốc trọng trường

∆h = h1− h2 = 1661 − 796 = 865(mm): Độ thay đổi trọng tâm lớn nhất

J: Moment quán tính chuyển động quay

Do sự phức tạp của mô hình nên moment quán tính không thể tính bằng lý thuyết được Để tính toán giá trị của nó, ta cho giả thiết rằng vận tốc góc ban đầu 10−3(rad/ms), dựa trên dữ liệu xuất ra ở phần mềm LS-DYNA ta có động năng ban đầu của quá trình lật[4]:

E = 1

2Jω12 = 2,8 104 (J) Giá trị moment quán tính của toàn bộ mô hình:

J =2 E

ω12 =2.2,8 10

4

(10−3)2 = 5,6 1010(kg mm2) Thay số liệu vào phương trình (2.5) ta tính được:

ω = √2.9622.0,00981.865

5,6 1010 = 1,7 10−3(rad/ms)

2.1.2.3 Tiêu chuẩn không gian an toàn trong tiêu chuẩn ECE R66

Không gian an toàn chính là không gian tự do bên trong xe của tất cả hành khách cũng như tài xế Nội dung chính của việc thiết lập không gian an toàn theo tiêu chuẩn

ECER66 là: Khi xảy ra va chạm, mọi biến dạng của khung xương xe không xâm phạm vào không gian an toàn và các phần tử nằm bên trong không được vượt qua không gian an toàn, nếu xảy ra điều ngược lại thì sự va chạm đã làm ảnh hưởng và gây tổn thương con người Do đó, nó là cơ sở để xem xét tính an toàn khi xảy ra va chạm và kết luận kết cấu khung xương xe có đạt bền chắc hay không[3]

Dựa theo tiêu chuẩn ECER66, không gian an toàn được thiết lập trên mô hình với

các kích thước như hình 2.9 và 2.10:

Hình 2 9:Không gian an toàn theo mặt cắt ngang

Hình 2 10: Không gian an toàn theo mặt cắt dọc

2.2 Phần mềm HyperWorks

2.2.1 Giới thiệu phần mềm nghiên cứu:

Hyperworks là một trong những phần mềm CAE nổi tiếng và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực với khả năng phân tích chính xác dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn Hyperworks giúp các doanh nghiệp các trung tâm nghiên cứu nâng cao chất lượng, giảm chi phí, nâng cao năng suất Giúp tối ưu hóa quá trình thiết kế và sản xuất Hyperworks cung cấp giải pháp toàm diện nhất mở ra giải pháp CAE trong nền công nghiệp, bao gồm cả mô phỏng phân tích, quản lý dữ liệu tuyến tính và phi tuyến, tối ưu hoá cấu trúc, cấu trúc chất lỏng, sự tương tác giữa các vật thể, và nhiều ứng dụng đối với các cơ cấu

Hyperworks bao gồm 3 mảng: Mô phỏng (HyperMesh, Hyperview, Hyperview player, Hypergraph, Hypercrash, Motionview, Hypermath), phân tích (Radioss, Optistruct, Hyperstudy, Hypersolve, Hypershape/catia, HyperXtrude, Hyperform), kinh doanh (Altair data manager: (ADM), Altair process manager)

Dưới đây chúng ta sẽ sơ lược về 3 phần mềm sử dụng để hoàn thành luận văn này

2.2.2 HyperMesh

2.2.2.1 Giới thiệu về HyperMesh:

Chức năng chính: Chia lưới cấu trúc không gian của chi tiết, tạo nền tảng cho việc phân tích tính toán về sau

HyperWorks> > HyperMesh Hoặc có thể tạo biểu tượng HyperMesh trên màn hình Desktop rồi nhấp kép chuột lên biểu tượng trên màn hình Phần mềm mở ra với hộp

Hình 2 11: Chọn môi trường làm việc

Hình 2 12: Màn hình giao diện Hypermesh

2.2.2.2 Mở và lưu các tập tin

Những công việc như: tạo 1 file mới, mở 1 file cũ, lưu file, xuất file, nhập file,

chọn môi trường làm việc User profile… được thực hiện như hình 2.13

Hình 2 13: Một vài chức năng cơ bản

2.2.2.3 Các panel lệnh trong HyperMesh

Hầu hết các chức năng làm việc trong HyperMesh được tập trung tại các panel Vùng panel[5] nằm trong 7 trang menu, và trên mỗi trang là những panel cho phép sử dụng tất cả các chức năng của HyperMesh Hầu hết tất cả các thông tin liên quan đến việc chia lưới đối tượng đều được đưa vào tại vùng panel

 Panel cơ bản

Hình 2 14: Panel cơ bản

 Panel chứa các panel con bên trong

Hình 2 15: Panel chứa các panel con

 Panel chứa các panel con và có thêm các cột tùy chọn khác

Hình 2 16: Panel chứa các panel con và các cột tùy chọn

2.2.2.4 Các chế độ hiển thị

Thanh công cụ Standard Views và View Controls

Chức năng phím nhấn chuột

Phím trái 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

Các chế độ hiển thị mô hình

 Element (Phần tử)

 Geometry (Mô hình hình học)

Thanh công cụ Mask:

Được dùng để làm hiện lên hay làm ẩn đi các đối tượng được chọn

MASK – ẩn các đối tượng được chọn REVERSE – đảo chiều hiển thị giữa các đối tượng ẩn và hiện UNMASK ADJACENT – Làm hiện lên các đối tượng nằm kế cận UNMASK ALL – hiện lên tất cả các đối tượng đang ẩn

MASK NOT SHOWN – ẩn các đối tượng nằm ngoài vùng quan sát SPHERICAL CLIPPING – chỉ thưc hiện trong vùng được chọn FIND – tìm kiếm các đối tượng

DISPLAY NUMBER – hiển thị số thứ tự của phần tử DISPLAY ELEMENT HANDLES – hiển thị phần tử DISPLAY LOAD HANDLES – hiển thị kí hiệu điều khiện biên DISPLAY FIXED POINTS – hiển thị các điểm cố định

Model Browse

Là công cụ dùng để điều khiển các chế độ hiển thị của mô hình

Hình 2 17: Các chức năng điều chỉnh hiển thị mô hình

 Hiển thị mô hình (Geometry ) hay phần tử (Element )

 Thay đổi màu sắc (click chuột phải)

 Thay đổi chế độ hiển thị của mô hình (click chuột phải)

2.2.2.5 Sắp xếp dữ liệu trong HyperMesh

HyperMesh[5], các dữ liệu khác nhau (như mô hình, vật liệu, các tải trọng,…)

sẽ được đặt trong các nhóm khác nhau để tạo ra sự đơn giản trong việc quản lí các dữ liệu Trong phần mềm HyperMesh, các nhóm khác nhau được gọi là các Collectors HyperMesh có 10 loại collectors khác nhau:

 Component – chứa đựng mô hình và các phần tử

 Multibody – Ellipsoids, Mbjoints, Mbplanes và các cảm biến

 Assembly – chứa 1 hay nhiều mô hình hay nhiều mô hình lắp ráp

 Load – chứa các điều kiện về tải trọng và rằng buộc

 Property – xác định các thuộc tính được gán cho mô hình hay phần tử

 Material – xác định vật liệu của Property Collectors

 System – chứa các hệ thống được thiết lập bởi người sử dụng

 Vector – chứa các vectơ

 Beam Section – tiết diện cắt ngang của dầm

 Từ vùng trống chứa các Collectors:

Nhấn phải chuột ở vùng trống của Model Browser >> Create >> chọn Collectors

để tạo

Hình 2 18: Tạo một Collectors

Ngoài ra, còn có thể chỉnh sửa, đổi tên, thay đổi số ID, màu sắc hoặc có thể xóa

bỏ các Collectors đã được tạo

 Từ Menu sổ xuống:

Hình 2 19: Tạo Collectors từ thanh Menu sổ xuống

Từ Pull Down Menus >> Collectors >> Create >> chọn Collectors

Material và Property Collectors được tạo bằng cách sử dụng Material và Property Pull Down

Hình 2 20: Tạo vật liệu và thuộc tính từ Menu sổ xuống

 Các biểu tượng trên thanh công cụ:

Cũng có thể tạo các Collectors bằng cách sử dụng các icon trên thanh công cụ Collectors

Hình 2 21: Tạo Collectors từ các biểu tượng trên thanh công cụ

2.2.2.6 Mở và chỉnh sửa một file Cad

HyperMesh có thể mở trực tiếp file CAD được xây dựng từ phần mềm thiết kế 3D khác hay mở các file CAD dưới các định dạng trung gian như IGES, STEP,… có thế xuất hiện các lỗi trên mô hình Chính vì điều này, HyperMesh cung cấp nhiều công

cụ khác nhau để chỉnh sửa lỗi trên mô hình[5]

Hình 2 22: Giao diện khi nhập 1 mô hình hình học

Các ưu điểm của việc mở và chỉnh sửa file CAD[5] là:

 Khắc phục các lỗi trên mô hình

 Tạo ra mô hình đơn giản cho việc phân tích mô hình đó

 Có thế chia lưới mô hình chỉ 1 lần

 Đảm bảo tính kết nối của các phần tử sau khi chia lưới

Nhập mô hình vào HyperMesh[5]

Từ Pull Down Menus >> File >> Import hay nhấp chuột vào biểu tượng

trên thanh ToolBars Có thể nhập mô hình được xây dựng từ một số phần mềm phổ biến như:

 Unigraphics (NX1 >> NX5)

 Catia V4, V5

 Pro/E (Widefire 2.0, 3.0)

Ngoài ra, HM còn hỗ trợ để mở các file được lưu dưới các định dạng trung gian:

 IGES (.isg và iges)

 STEP (.stp)

Một số công cụ dùng để sửa lỗi[5]

HyperMesh cung cấp một số công cụ để chỉnh sửa lỗi trên mô hình đưa vào

Quick Edit chứa đựng nhiều công cụ chỉnh sửa mô hình Chức năng của các tùy chọn trong Quick Edit giống như các công cụ chỉnh sửa được trình bày ở trên

Bắt đầu quá trình chỉnh sửa mô hình

Bước 1: Xóa mặt bị nhô ra tai góc lượn

1 Vào Delete panel bằng 1 trong những cách sau

 Từ menu Geometry >> Delete >> Surfaces

 Nhấn F2

 Chọn biểu tượng Delete trên thanh Toolbars

2 Chọn >> Surfs >> chọn mặt phẳng nhô ra như hình trên

3 Chọn Delete, chọn Return

Bước 2: Tạo thêm mặt để vá lại mặt mới xóa và mặt bị thiếu

1 Từ trang Geom >> Surfaces >> Spline/filler

2 Thiết lập như hình 2.32:

Hình 2 24: Thiết lập mặt mới tại cửa sổ Surfaces

3 Chọn 1 cạnh màu đỏ để tạo 1 mặt mới

Hình 2 25: Mặt mới được tạo ra

Lập lại bước 3 để tạo mặt còn lại bị thiếu

Bước 3: Thay đổi giá trị dung sai hình học

1 Từ menu Preferences >> Geometry Options

3 Nhấn Return để trở về menu chính

Bước 4: Nối các cặp free edge bằng công cụ Equivalence

1 Vào Edge Edit bằng những cách sau:

 Từ menu Geometry >> Edit >> Edge

 Từ trang Geom >> Edge Edit

2 Thiết lập như hình bên dưới

Hình 2 26: Thiết lập giá trị dung sai hình học tai cửa sổ Edge Edit

Hình 2 27: Chọn các Free edge cần kết nối

Bước 6: Kết nối các cạnh còn lại bằng công cụ Replace

1 Chọn Replace

2 Trong ô cleanup tol =, nhập 0.1

3 Chọn các cạnh theo như hình 2.36:

Hình 2 28: Chọn các cạnh cần kết nối

4 Chọn Replace

Một cửa sổ xuất hiện, thong báo giá trị của khe hở, chọn Yes để chấp nhận

Hình 2 29: Thông báo giá trị khe hở

5 Chọn Return để quay trở lại menu chính

Bước 7: Xác định và xóa những mặt giống nhau (Defeature)

1 Có thể vào Defeature bằng 2 cách:

 Trang Geom >> defeature

 Menu Geometry >> defeature

2 Thiết lập thông số giống hình bên dưới

Hình 2 30: Thiết lập các thông số tại cửa sổ defeature

3 Chọn >> displayed

4 Chọn find

5 Chọn delete để xóa tất cả các mặt giống nhau

Hình 2 31: Mô hình hoàn chỉnh sau khi đã được sửa lỗi

2.2.2.7 Tạo mặt trung bình cho mô hình

Trong HyperMesh, việc chia lưới mô h́ình để phục vụ cho việc tính toán, phân tích bao gồm có 2 dạng: Phần tử Shell ( Shell element), phần tử Solid ( solid element) Đối với mô hình có dạng tấm với chiều dày mỏng (<5mm), các phần tử shell sẽ được tạo trên mặt trung bình (mặt chính giữa) của mô hình Các phần tử Shell được xem như là không có bề dày, chúng được hiển thị như là các đối tượng 2D và chiều dày thì được chỉ định

Trong HyperMeh, việc tạo ra mặt trung bình được thực hiện bởi công cụ Midsurface[5]

Hình 2 32: Mặt trung bình được tạo ra

Công cụ tạo mặt trung bình[5]:

Sử dụng công cụ midsurface trong HyperMesh để thực hiện, có 2 cách vào lệnh:

 Trang Geom >> midsurface

 Menu Geometry >> midsurface

Hình 2 33: Cửa sổ giao diện tạo mặt trung bình

 Auto midsurface: Tự động tạo mặt trung bình từ mô hình khối đặc hay mô hình mặt cong kín

 Surface pair: Tạo mặt trung bình giữa hai mặt được chọn

Công cụ chỉnh sửa mặt trung bình[5]:

Hình 2 34: Cửa sổ giao diện chỉnh sửa mặt trung bình

 Quick edit: Sửa mặt bằng cách sửa vị trí các đỉnh của mặt

 Assign target: Giống như quick edit

 Replace edge: Giống như edge edit panel

 Extend surface: Kéo dài 2 mặt cong cho đến khi chúng giao nhau

 View thickness: Xem chiều dày của mặt trung bình khi được chỉ định

2.2.2.8 Làm đơn giản mô hình

Có nhiều đặc trưng hình dạng không gây ảnh hưởng đến kết cấu chính của mô hình và có ít ảnh hưởng hoặc không có ảnh hưởng gì trong quá trình phân tích thì có thể được bỏ đi để làm cho việc chạy phân tích có hiệu quả hơn Bên cạnh đó, chất lượng của lưới cũng tốt hơn[5]

Hình 2 35: Các vị trí cần đơn giản hơn

Công cụ làm đơn giản mô hình (defeature)

Cách vào công cụ defeature

 Menu Geometry >> defeature

 Trang Geom >> defeature

Hình 2 36: Cửa sổ giao diện defeature

 Pinholes: Tìm lỗ trên các mặt và mặt cong, sau đó bít các lỗ lại và đặt 1 điểm tại tâm của các lỗ

 Surf fillets: Tìm các mặt bo tròn giữa hai mặt và kéo dài 2 mặt đó cho đến khi giao nhau

 Edge fillets: Tìm các cạnh tròn và làm cho vuông góc

 Duplicates: Tìm và xóa các mặt trùng nhau

 Symmetry: Xác định các mặt đối xứng nhau

2.2.2.9 Chia lưới đối tượng và kiểm tra lưới

Chia lưới[5]

Một điểm quan trọng để bắt đầu tạo lưới cho mô hình là tất cả các lỗi trên mô hình do qua trình chuyển đổi dữ liệu từ các phần mềm khác nhau phải được sửa chữa Phương pháp hiệu quả nhất cho việc tạo lưới là sử dụng công cụ automesh và tạo lưới trực tiếp trên các bề mặt của mô hình

Automesh là công cụ dùng để tạo lưới trong HyperMesh Cho phép người sử dụng chỉ định, điều khiển kích thước của phần tử lưới (element), mật độ, kiểu phần tử

(tam giác, tứ giác), khoảng cách các node và cũng như kiểm tra chất lượng các phần

Để bắt đầu chia lưới có 3 cách:

 Menu Mesh >> Create >> 2D AutoMesh

 Trang 2D >> automesh

 F12

Xuất hiện cửa sổ giao diện như hình 2.36:

Hình 2.36: Cửa sổ điều khiển chia lưới

size and bias: Cho phép tạo lưới mới hoặc tạo lại lưới dựa trên lưới đã có sẵn

QI optimize: Tối ưu chỉ số chất lượng của các phần tử được tạo ra

edge deviation: Cho phép đưa vào các thông số để giới hạn độ lệch của các phần

tử so với cạnh của các mặt được chia lưới

surface deviation & rigid body mesh: Chỉ áp dụng cho mặt

element size: Kích thước phần tử

mesh type: Các kiểu phần tử