Tính toán động lực học thân xe buýt bằng phương pháp phần tử hữu hạn

2 Ý ngh ĩa khoa học: - ý nghĩa về phương pháp: Áp dụng phương pháp phân tích động lực học đa vật có kết hợp vật đàn hồi trong cơ hệ, để phân tích tác dụng của dao động tại một vị trí qu

ƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Nguyễn Tường Long

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại

ngày 13 tháng 01 năm 2007

- Nghiên cứu các phương pháp tính tóan kỹ thuật trong quá trình thiết kế thùng xe buýt (Thiết

kế-Tính toán-Chế tạo hay Thiết kế-Tính toán-Mô phỏng ảo-Chế tạo)

- Xây dựng mô hình thí nghiệm ảo cho xe búyt sàn thấp

- Một mẫu xe búyt sàn thấp được mô phỏng dùng các phần mềm CAD,

MSC.PATRAN/NASTRAN, MSC.ADAMS để mô phỏng tính độ bền, độ cứng theo các tiêu

chuẩn ngành Việt Nam 22 TCN 302 – 06, ECE Regulation No 66, USA Federal standard No

220 và rung động của xe tác dụng đến cơ thể người theo tiêu chuẩn ISO 2631-1 :1997 ( bốn vị

trí được chọn gồm: ghế Tài xế, ghế Hành khách mô vè trước, ghế hành khách mô vè sau và ghế

cuối xe)

1) Tính c ấp bách của đề tài :

- Trong việc thiết kế ôtô: Áp dụng CAD-CAE trong quá trình thiết kế để rút ngắn thời gian và tự động hóa quá trình thiết kế xe mẫu, tiết kiệm chi phí thiết kế chế tạo thùng xe búyt do giảm được chi phí chế tạo mẫu thực và thử nghiệm Thiết kế chế tạo thùng xe buýt theo các tiêu chuẩn

an tòan quốc tế (ISO, ECE…) để hội nhập và tăng tính cạnh tranh của sản phẩm trong nước

-Tăng cường chất lượng cho phương tiện vận chuyển hành khách công cộng, để đóng góp cho

chủ trương khuyến khích và phát triển dịch vụ vận chuyển hành khách công cộng của nước ta

Bên cạnh đó cũng gợi ý để hòan thiện yêu cầu kỹ thuật trong “Tiêu chuẩn ngành- phương tiện

giao thông cơ giới đường bộ- ô tô khách “ của Bộ Giao Thông Vận Tải

- Góp phần thúc đẩy việc sử dụng rộng rãi phần mềm mô phỏng động lực học đa vật

(Multi-body dynamic) trong nghiên cứu và giảng dạy, theo xu hướng tích cực trên thế giới

2) Ý ngh ĩa khoa học:

- ý nghĩa về phương pháp:

Áp dụng phương pháp phân tích động lực học đa vật có kết hợp vật đàn hồi trong cơ hệ,

để phân tích tác dụng của dao động tại một vị trí quan tâm Đây là phương pháp tiên tiến và phù

hợp để kiểm tra thực nghiệm Việc mô hình và mô phỏng rõ ràng trong môi trường 3D giúp

người thực hiện có thể quan sát và thay đổi các thông số hình dáng, vị trí và kết cấu Và quan

trọng có thể thu được các kết quả cần quan tâm về động học và động lực học

- Ý nghĩa sức khỏe người:

Tp H ồ Chí Minh, ngày 13, tháng 01, năm 2007

3) Ý ngh ĩa thực tiễn

Dựa trên lý thuyết phần tử hữu hạn giải bài tóan động lực học và các phương pháp số áp

dụng trong các phần mềm sẵn có như MSC.Patran, MSC.Nastran, MSC.Adams Qua đó ta có

thể ứng dụng hiệu quả trong việc thiết kế các hệ thống trên ôtô (như tính tóan động học, động

lực học, ổn định chuyển động lái, phanh, quay vòng), trong việc thiết kế sự thỏai mái tiện nghi

(như tính tóan dao động) và phân tích độ tin cậy (độ bền mõi, tuổi thọ ) Mô hình thí nghiệm ảo

đã được hình thành, từ phương pháp mô hình phần tử hữu hạn

4) S ự phù hợp của phương pháp

Hiện nay trong nước có các đề tài nghiên cứu dao động xe, nhưng các nghiên cứu này chủ

yếu quy về mô hình đơn giản 2D để lập phương trình dao động và giải như: các khối lượng, các

hệ số đàn hồi, các hệ số giảm chấn, bậc tư do thấp, tính tóan rời rạc hóa cầu trước và cầu sau của

xe, không mô hình hóa tổng thể xe ( do chưa có sự hỗ trợ của máy tính với cấu hình đủ mạnh

trong thời gian qua) Phần lớn, việc giải các phương trình vi phân áp dụng phần mềm MAPLE,

MATLAB Mặc khác, thiết kế không thấy được giao diện mô hình, gây khó khăn và mất thời

gian khi thay đổi và tối ưu các thông số, không phù hợp với thực nghiệm vì không xem xét sự

biến dạng (flexible-compliance) của kết cấu Chưa sử dụng rộng rãi và hiệu quả phần mềm mô

phỏng động lực học đa vật (Multi-body dynamic) trong việc tính tóan và mô phỏng Do đó cách

tiếp cận của phương pháp này rất phù hợp cho việc thiết kế và kiểm tra bằng thực nghiệm

5) K ết luận

Các kết quả đạt được một cách khả thi sẽ là cơ sở phát triển trong nghiên cứu chuyên môn như

tính tóan dao động bằng mô phỏng và kiểm tra bằng thực nghiệm trong nhiều lĩnh vực khác

nhau nói chung và ô tô nói riêng Đối với ngành vận tải để chuyển giao kỹ thuật và công nghệ đến các đơn vị sản xuất ôtô khi có yêu cầu và đóng góp nhằm cải tiến chất lượng ôtô tạo sự tiện

nghi thỏai mái cho hành khách

K ết quả cụ thể :

- Các kết quả chỉ ra chỉ số gia tốc aW vượt quá tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997, tại vị trí tài xế và

hành khách cuối xe Các vị trí này cần phải được chú ý để cải thiện độ êm dịu của ghế như thiết

kế lại hệ thống treo của ghế và nệm ghế

- Mô hình thí nghiệm ảo thu được trong luận văn này sẽ giúp đa dạng quá trong việc thiết kế mô

hình xe trong các trường hợp hành khách ngồi, nằm, đứng Hơn nữa, việc thực hiện tính toán độ

bền mỏi cũng thông qua mô hình thí nghiệm ảo này

- Luận văn đã báo cáo tại hội nghi quốc tế về cơ học: “Dynamic analysis of bus by finite

element method”, International conference on nonlinear analysis & engineering mechanics today, Institute of Applied Mechanics, Hochiminh City, Vietnam, December 11-14, 2006

Xin chân thành cảm ơn “Hội Đồng Bảo Vệ Luận Văn Thạc Sĩ”

Giáo viên hướng dẫn

Tp HCM, ngày tháng n ăm 200

NHI ỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HÀ TẤN PHÁT Phái: NAM

Ngày, tháng, năm sinh: 18/03/1979 Nơi sinh: TP.HCM

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ÔTÔ MÁY KÉO .MSHV:013 032 98

I- TÊN ĐỀ TÀI:

TÍNH TÓAN ĐỘNG LỰC HỌC THÂN XE BUÝT BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

II- NHI ỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1) Nghiên cứu cở sở lý thuyết của phương pháp phần tử hữu hạn trong việc giải bài tóan tĩnh và động lực học

2) Nghiên cứu các phương pháp tính tóan kỹ thuật trong quá trình thiết kế thùng xe buýt

3) Một mẫu xe búyt sàn thấp được mô phỏng dùng các phần mềm CAD, MSC.PATRAN/NASTRAN, MSC.ADAMS để mô phỏng tính độ bền, độ cứng theo các tiêu chuẩn ngành Việt Nam 22 TCN 302 – 06, ECE Regulation No 66, USA Federal standard No 220 và rung động của xe tác dụng đến cơ thể người theo tiêu chuẩn ISO 2631-1 :1997

III- NGÀY GIAO NHI ỆM VỤ (Ngày bắt đầu thực hiện LV ghi trong Quyết định giao đề tài):

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHI ỆM VỤ: 06/10/2006

V- CÁN B Ộ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): TS NGUYỄN TƯỜNG LONG

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

Ngày tháng năm

ọc viên phải đóng tờ nhiệm vụ này vào trang đầu tiên của tập thuyết minh LV)

Lời cảm ơn

Xin chân thành c ảm ơn TS Nguyễn Tường Long đã tận tình hướng dẫn

c ũng như cung cấp tài liệu cho tôi về lý thuyết và mô phỏng trong thời gian thực

hi ện luận văn Nếu không có sự động viên của thầy chắc tôi khó lòng hòan thành được luận văn này

Xin cám ơn tập thể phòng Công Nghệ thuộc Tổng Công ty SAMCO đã hết

lòng giúp đỡ cung cấp các thông số của chassis nền và một số bản vẽ thùng xe

tham kh ảo để giúp tôi có số liệu và mô hình để tính tóan

Xin cám ơn thầy cô và các bạn Bộ môn ôtô- khoa kỹ thuật giao thông đã

luôn động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học Cao học tại trường

C ảm ơn gia đình, người thân, thầy cô và bạn bè đã động viên và giúp

đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này!

Tp.H ồ Chí Minh, tháng 10 năm 2006

H ọc viên Hà Tấn Phát

xe búyt sàn thấp 2/3 của một nhà sản xuất trong nước được mô phỏng và phân tích

Đầu tiên, phân tích phần tử hữu hạn độ bền, độ cứng uốn, độ cứng xoắn và hệ số

Regulation No 66, và tiêu chuẩn Mỹ USA Federal standard No 220 Trong việc phân tích tĩnh thùng xe, dùng tải trọng phân bố trên tòan thùng xe bằng 1,5 lần trọng lượng

độ cứng xoắn và hệ số sử dụng vật liệu được tối ưu để phù hợp với các tiêu chuẩn Và thùng xe buýt được tiếp tục tính tóan trường hợp động

được truyền từ bánh xe, các trục và hệ thống treo đến thùng xe, ghế ngồi của hành khách và tài xế Theo tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997, chuyển động êm dịu được đánh giá

được mô hình như một kết cấu đàn hồi Phương pháp tổng hợp mode dao động của vật được dùng để kết hợp hệ thống nhiều vật của hệ thống treo, các bánh xe, các trục với

được kết hợp thành một hệ thống bằng cách lựa chọn các tập mode dao động phần tử

MSC.ADAMS Chỉ số Gia tốc quân phương của rung động theo ISO tại các vị trí quan tâm trong thùng xe được kiểm tra Mô hình được đo bằng cách cho xe di chuyển qua các mấp mô hình sin (chiều cao 50mm, vùng tần số từ 0-50Hz, trong 10 giây) trong các

vùng tần số 0,5 đến 80 Hz tại chỗ ngồi tài xế và ghế cuối xe rất nghiêm trọng trong các

low floor bus body of domestic production has been simulation and analysis in dimensions by programs of CAD, MSC.PATRAN/NASTRAN and MSC.ADAMS

three-Firstly, Finite element analysis of bus body structure strength, bend stiffness, torsional stiffness coefficient and material use efficiency were examined with standards Vietnam 22 TCN 302 – 06, China standard, ECE Regulation No 66, USA Federal standard No 220 Analysis of the vehicle body, on the static condition 1.5 of vehicle weight loads has been applied to bus body structure as uniform with MSC.PATRAN/NASTRAN software According to the obtained results, bus body structure strength, bend stiffness, torsional stiffness coefficient and material use efficiency have been optimized suitable standards And now bus body structure has been can use for dynamic analysis in next step

Finaly, ride comfort of a bus vehicle are critical design features The vibrations are transmitted by wheels, axles and suspension system mounts to the bus body, passenger‘s seats and driver’s seat According to ISO 2631-1:1997 standard, The ride comfort has been defined in terms of the root mean square (RMS) of the frequency-weighted acceleration in the three direction at specific locations in the bus Four locations were used to examine this discomfort: driver's seat, Front wheel arc seat, Rear wheel arc seat and back seat The Bus body has to be treated as an elastic structure Component mode synthesis will be used to combine the Multi Body System

of suspension system, wheels, axles with finite element structure ot the bus body The finite element and Multi Body System models are combined to a hydrid system by choiced specific sets of finite element modes which are imported and assembled by the MSC.ADAMS software ISO Vibration RMS acceleration index at comfort locations

of the bus body are computed The model is validated against RMS acceleration measured when Bus is passed over swept sine wave bumps (50mm height, 0-50 Hz frequency range, 10s time range) in heave, pitch, roll, warp mode ISO RMS acceleration index results of 0.5-80Hz frequency domain exceed the ISO 2631-1:1997 standard at driver’s seat and passenger back seat seriously Critical locations must be improved comfort seat structure parameters such as seat suspension and soft seat pad

Keywords: Bus body structure, strength, torsional stiffness, ride comfort, finite

element, multi-body dynamic

M ỤC LỤC

M ỤC LỤC 1

PH ẦN 1 MỞ ĐẦU 8

1 Gi ới thiệu 8

2 M ục đích 8

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 9

4 Ý ngh ĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu .9

5 K ết luận 10

PH ẦN 2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 11

CH ƯƠNG 1 - TỔNG QUAN 11

1.1 Gi ới thiệu 11

1.2 N ội dung mô phỏng 15

1.3 K ết luận Và Hướng phát triển 16

CH ƯƠNG 2 - KHẢO SÁT SẢN PHẨM VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BUÝT TẠI VIỆT NAM 18

2.1 Gi ới thiệu 18

2.2 Đặc điểm cấu tạo của xe buýt nội thành sàn thấp và điều kiện hoạt động 18

2.3 Công ngh ệ chế tạo xe buýt thành phố (nội thành) 20

2.2.1 Ph ương pháp thiết kế kỹ thuật thùng xe buýt tại Việt Nam 20

2.2.2 Công ngh ệ thực hiện 21

2.4 K ết luận 24

CH ƯƠNG 3 - PHÂN TÍCH KẾT CẤU THÙNG XE BUÝT 26

3.1 Gi ới thiệu 26

3.2 C ơ sở lý thuyết của phương pháp 27

3.2.1 Tr ường hợp uốn thùng xe 27

3.2.2 Tr ường hợp xoắn thùng xe 29

3.2.3 Hi ệu quả Sử dụng vật liệu 32

3.3 Ph ương pháp số Áp dụng 32

3.3.1 Ph ương pháp Simple Structural Surfaces 32

3.3.2 Ph ương pháp phần tử hữu hạn 33

3.3.3 Dùng ph ần mềm tính tóan Phần tử hữu hạn MSC Patran/Nastran 37

3.3.3.1 Ph ần tử beam CBEAM 38

3.3.3.2 Ph ần tử shell CQUAD4 và CTRIA3 39

3.3.3.3 Ph ần tử thanh cứng rigid bar RBE2 42

3.3.3.4 Ph ần tử khối lượng tập trung CONM2 42

3.3.3 Các gi ả thuyết 42

3.4 K ết luận 43

CH ƯƠNG 4 - PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC THÙNG XE BUÝT 44

4.1 Gi ới thiệu 44

4.2 Tiêu chu ẩn dùng trong đề tài 44

4.2.1 Các định nghĩa cơ sở theo [14],[15],[16] 44

4.2.2 Ph ương pháp đánh giá dao động tòan thân theo các tiêu chuẩn 56

4.3 Ph ương pháp mô phỏng và tính tóan dùng phần mềm mô phỏng động lực học nhiều vật MBS theo [19] 62 4.3.1 Các t ọa độ mode (Modal coordinates) 63

4.3.2 Tính tóan các t ọa độ mode 65

4.3.2.1 Ph ương trình chuyển động tổng quát 66

4.3.2.2 ứng dụng lý thuyết Craig Bamton 66

4.3.2.3 Tr ực giao mode ràng buộc 68

4.3.3 Ph ương pháp số giải hệ thống nhiều vật đàn hồi 69

4.4 Áp d ụng mô hình tính bằng phần mềm MSC.ADAMS theo [20] 72

4.4.1 ADAMS/FLEX 73

4.4.2 Mô hình l ốp xe SWIFT tire 74

4.4.3 Lò xo lá (nhíp xe): 77

4.4.4 B ệ thử chuyển động êm dịu 4 trụ 78

4.4.5 Thu ật tóan chọn chỉ số ISO dùng trong phần mềm MSC.ADAMS 82

4.5 Ph ương pháp mô phỏng chuyển động êm dịu của xe 83

4.6 K ết luận 85

CH ƯƠNG 5 - ỨNG DỤNG NGHIÊN CỨU VÀO XE BUÝT NỘI THÀNH SÀN THẤP 86

5.1 Các b ước thực hiện 86

5.2 Đặc điểm của xe và dữ liệu phân tích 86

5.3 Phân tích độ bền thân xe búyt 88

5.3.1 Mô hình ph ần tử hữu hạn 89

5.3.2 Tiêu chu ẩn tính tóan bền áp dụng 91

5.3.3 Phân tích tr ường hợp thân xe chịu tải trọng uốn 92

5.3.3.1 Phân tích độ cứng uốn 92

5.3.3.2 Phân tích ứng suất trường hợp uốn 93

5.3.4 Phân tích tr ường hợp thân xe chịu tải trọng xoắn 94

5.3.4.1 Phân tích độ cứng xoắn 94

5.3.4.2 Phân tích ứng suất và chuyển vị trường hợp xoắn 96

5.3.5 H ệ số hiệu quả vật liệu 99

5.3.6 K ết luận 99

5.4 Phân tích động lực học ô tô 101

5.4.1 Mô hình xe c ần tính và điều kiện đường 101

5.4.2 Tiêu chu ẩn ISO 2631-1:1997 áp dụng 108

5.4.3 Mô ph ỏng chuyển động êm dịu 109

5.4.4 K ết Quả Mô phỏng 111

5.4.4.1 Tr ường hợp xe chuyển động Heave 111

5.4.4.2 Tr ường hợp xe chuyển động Pitch 118

5.4.4.3 Tr ường hợp xe chuyển động Roll 126

5.4.4.4 Tr ường hợp xe chuyển động Warp 134

5.4.5 Nh ận xét kết quả và kết luận 142

CH ƯƠNG 6 - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 145

6.1 K ết luận 145

6.2 H ướng phát triển 147

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 149

PH Ụ LỤC CÁC BẢN VẼ THIẾT KẾ XE 151

PH Ụ LỤC BÀI BÁO THAM DỰ HỘI NGHỊ QUỐC TẾ 153

M ỤC LỤC HÌNH

Hình 1-1 Mô hình đường thử xe Altoona track ở Mỹ 17

Hình 2-1 mô t ả xe buýt sàn thấp 19

Hình 2-2 S ơ đồ quy trình chế tạo xe buýt 23

Hình 3-1 H ệ toạ độ cơ bản của xe 27

Hình 3-2 chuy ển vị uốn mui xe theo [5] 27

Hình 3-3 L ực tác dụng trường hợp uốn thùng xe 28

Hình 3-4 L ực không đối xứng gây xoắn thùng xe 30

Hình 3-5 S ơ đồ quá trình phân tích bài toán cơ học kết cấu 33

Hình 3-6 H ệ toạ độ phần tử CBEAM 38

Hình 3-7 Mômen và n ội lực phần tử CBEAM 39

Hình 3-8 H ệ toạ độ phần tử CTRIA3 40

Hình 3-9 H ệ toạ độ phần tử CQUAD4 40

Hình 3-10 L ực trên các phần tử shell 41

Hình 3-11 các mô men trên các ph ần tử shell 41

Hình 3-12 các thành ph ần ứng suất của phần tử shell 42

Hình 4-1 tr ị số đỉnh đến đỉnh và trị số quân phương của dao động điều hoà 45

Hình 4-2 tr ị số đỉnh và trị số quân phương của dao động ngẫu nhiên 45

Hình 4-3 M ức dB của gia tốc 47

Hình 4-4 Mô t ả nguyên lý lọc dải tần số 1/3 octave 49

Hình 4-5 Ph ổ được gia trọng tần số 1/3 octave gây dao động đến 1 ghế hành khách 50

Hình 4-6 Mô hình c ơ khí của cơ thể người và các vùng nhạy tần số ở các bộ phận khác nhau 51

Hình 4-7 Các đường cong trọng số-tần số chính 53

Hình 4-8 H ệ tọa độ trung tâm cơ bản theo tiêu chuẩn ISO của cơ thể người 54

Hình 4-9 B ố trí Đĩa đo dao động 3 trục chứa 3 đầu đo gia tốc độc lập mà đo cùng lúc mức dao động trong 3 trục vuông góc X, Y và Z 55

Hình 4-10 S ơ đồ khối hệ thống đo dao động theo 3 trục cùng lúc 55

Hình 4-11 Đồ thị Vùng hướng dẫn sức khỏe theo ISO 2631-1:1997 59

Hình 4-12 Phân tích k ết hợp kết cấu phần tử hữu hạn và phần mềm mô phỏng động lực học nhiều vật MBS 63

Hình 4-13 vect ơ vị trí điểm P trên vật đàn hồi liên quan với hệ tọa độ tham chiếu B và G 63

Hình 4-14 mô t ả vectơ chuyển vị đàn hồi u P B là s ự kết hợp tuyến tính của các hàm hình dáng 64

Hình 4-15 các b ước mô phỏng dùng MSC.ADAMS và các phần mềm khác 72

Hình 4-16 Mô hình l ốp SWIFT với các lực, mômen và các thông số 75

Hình 4-17 Mô men h ồi vị của bánh xe 76

Hình 4-18 Nhíp mô ph ỏng bằng 3 thanh (SAE 3 Link Leafspring) 78

Hình 4-19 Mô ph ỏng chuyển động êm dịu với bệ thử 4 trụ 79

Hình 5-1 Mô hình CAD c ủa kết cấu khung xe búyt 89

Hình 5-2 Mô hình PTHH c ủa kết cấu khung xe búyt 90

Hình 5-3 Chuy ển vị uốn 92

Hình 5-4 K ết quả ứng suất uốn 93

Hình 5-5 V ị trí Đặt 2 lực ngược chiều 94

Hình 5-5 k ết quả góc xoắn giữa trục trước và sau 95

Hình 5-6 k ết quả ứng chuyển vị xoắn trường hợp 1 96

Hình 5-7 k ết quả ứng suất xoắn trường hợp 1 97

Hình 5-8 k ết quả chuyển vị xoắn trường hợp 2 97

Hình 5-9 k ết quả ứng suất xoắn trường hợp 2 98

Hình 5-10 các thay đổi để tăng cứng khung sau của kết cấu được ghi chú bằng mũi tên 100

Hình 5-11 S ơ đồ các bước phân tích động lực học mẫu xe buýt 101

Hình 5-12 Mô hình l ốp SWIFT 8.25R20 102

Hình 5-13 Mô hình h ệ thống treo trước trong ADAMS 102

Hình 5-14 Đồ thị độ cứng của nhíp hệ thống treo trước (đường có độ dốc thấp theo phương Z, còn lại theo

ph ương X, Y) 103

Hình 5-15 Đồ thị giảm chấn hệ thống treo trước 103

Hình 5-16 Mô hình h ệ thống treo sau trong ADAMS 104

Hình 5-17 Đồ thị độ cứng của nhíp hệ thống treo sau (đường có độ dốc thấp theo phương Z, còn lại theo phương X,Y) 105

Hình 5-19 Mô hình mode 11 dao động có tần số riêng = 11,4 Hz 106

Hình 5-20 Mô hình l ắp ráp xe hòan chỉnh 107

Hình 5-21 Đồ thị hàm kích thích hình sin với biên độ 50mm, tần số 0-20Hz, trong 10 giây 108

Hình 5-22 Mô hình xe l ắp ráp lên bệ thử 110

Hình 5-23 Các v ị trí cần đo dao động 110

Hình 5-24 Đồ thị Gia tốc quân phương theo phương X, Y, Z của vị trí tài xế trường hợp xe chuyển động Heave 112

Hình 5-25 Đồ thị Gia tốc quân phương theo phương X, Y, Z của vị trí hành khách ngồi trên mô vè trước trường h ợp xe chuyển động Heave 114

Hình 5-26 Đồ thị Gia tốc quân phương theo phương X, Y, Z của vị trí hành khách ngồi trên mô vè sau trường h ợp xe chuyển động Heave 116

Hình 5-27 Đồ thị Gia tốc quân phương theo phương X, Y, Z của vị trí hành khách ngồi cuối xe trường hợp xe chuy ển động Heave 118

Hình 5-28 Đồ thị Gia tốc quân phương theo phương X, Y, Z của vị trí tài xế trường hợp xe chuyển động Pitch 120

Hình 5-29 Đồ thị Gia tốc quân phương theo phương X, Y, Z của vị trí hành khách ngồi trên mô vè trước trường h ợp xe chuyển động Pitch 122

Hình 5-30 Đồ thị Gia tốc quân phương theo phương X, Y, Z của vị trí hành khách ngồi trên mô vè sau trường h ợp xe chuyển động Pitch 124

Hình 5-31 Đồ thị Gia tốc quân phương theo phương X, Y, Z của vị trí hành khách ngồi cuối xe trường hợp xe chuy ển động Pitch 126

Hình 5-32 Đồ thị Gia tốc quân phương theo phương X, Y, Z của vị trí tài xế trường hợp xe chuyển động Roll 128 Hình 5-33 Đồ thị Gia tốc quân phương theo phương X, Y, Z của vị trí hành khách ngồi trên mô vè trước trường h ợp xe chuyển động Roll 130

Hình 5-34 Đồ thị Gia tốc quân phương theo phương X, Y, Z của vị trí hành khách ngồi trên mô vè sau trường h ợp xe chuyển động Roll 132

Hình 5-35 Đồ thị Gia tốc quân phương theo phương X, Y, Z của vị trí hành khách ngồi cuối xe trường hợp xe chuy ển động Roll 134

Hình 5-36 Đồ thị Gia tốc quân phương theo phương X, Y, Z của vị trí tài xế trường hợp xe chuyển động Warp 136

Hình 5-37 Đồ thị Gia tốc quân phương theo phương X, Y, Z của vị trí hành khách ngồi trên mô vè trước trường h ợp xe chuyển động Warp 138

Hình 5-38 Đồ thị Gia tốc quân phương theo phương X, Y, Z của vị trí hành khách ngồi trên mô vè sau trường h ợp xe chuyển động Warp 140

Hình 5-39 Đồ thị Gia tốc quân phương theo phương X, Y, Z của vị trí hành khách ngồi cuối xe trường hợp xe chuy ển động Warp 142

Hình 5-40 Đồ thị kết quả chỉ số ISO a w thu được ở 4 vị trí chỗ ngồi trong 4 trường hợp Heave, Pitch, Roll, Warp 147

M ỤC LỤC BẢNG

B ảng 4-1– Các đường cong trọng số-tần số cho các trọng số chính theo ISO 2631 - 1: 1997 52

B ảng 4-2– Các đường cong trọng số-tần số cho các trọng số phụ theo ISO 2631 - 1: 1997 52

B ảng 4-3 mô tả các hệ số của filter W k = W a * W b : 83

B ảng 5-1 các dữ liệu đưa vào mô hình tính tóan 88

B ảng 5-2 đặc điểm mô hình PTHH của xe buýt 90

B ảng 5-3 các tiêu chuẩn tính tóan kết cấu xe áp dụng 91

B ảng 5-4 kết quả chuyển vị trường hợp uốn 92

B ảng 5-5 kết quả ứng suất trường hợp uốn 93

B ảng 5-6 kết quả tính độ cứng xoắn 95

B ảng 5-7 kết quả chuyển vị, ứng suất trường hợp xoắn 1 98

B ảng 5-8 kết quả chuyển vị, ứng suất trường hợp xoắn 2 98

B ảng 5-9 độ cứng của hệ thống treo và lốp xe buýt 101

B ảng 5-10 các mode dao động của xe buýt 106

B ảng 5-11 các thông số mô phỏng chuyển động êm dịu của xe buýt 109

B ảng 5-12 kết quả mô phỏng chuyển động êm dịu của xe buýt 142

{ }U : Vect ơ chuyển vị nút (chưa biết)

{ }U : Vect ơ chuyển vị ràng buộc tại nút đã biết

{ }O : Vect ơ chuyển vị triệt tiêu tại gối tựa đã biết

{ }F : Vect ơ tải trọng nút (đã biết

{ }R1 và Và{ }R2 : các vect ơ phản lực gối tựa (chưa biết)

Ch ương 4

a rms – Gia t ốc quân phương

L a - m ức dB của gia tốc đo được

a – Gia t ốc đo được m/s 2

a re – Gia t ốc tham khảo theo tiêu chuẩn ISO 2631-1 = 10 -6

m/s2

a w (t): Gia t ốc được gia trọng [m/s²] hay [rad/s²]

T : Kh ỏang thời gian đo [s]

VDV: Tr ị số liều dao động

Giá tr ị liều dao động ước lượng eVDV

x – Vec t ơ vị trí từ gốc tọa độ G đến gốc tọa độ B của vật đàn hồi

S p – vect ơ vị trí chưa biến dạng của điểm P trong hệ tọa độ G

u p – vec t ơ chuyển vị đàn hồi của điểm P vectơ này có hướng từ điểm chưa biến dạng đến điểm biến dạng của nó

trong h ệ tọa độ G

G

AB – Ma tr ận biến đổi từ hệ tọa độ B đến hệ tọa độ G để đơn giản ta viết là A

SBP – vect ơ vị trí của điểm chưa biến dạng P trong hệ tọa độ B

uBP – vect ơ chuyển vị đàn hồi của điểm P trong hệ tọa độ B chuyển vị của điểm P

ϕ k(P) – là hàm d ạng thứ k tại điểm P

q k – là t ọa độ mode theo thời gian tương ứng

ξ - vectơ các tọa độ suy rộng của vật đàn hồi

L - hàm Larange, được định nghĩa là L = T-V

T – động năng

V- th ế năng

Ψ - vectơ của phương trình ràng buộc

λ - vectơ nhân tử Larange

Q - vect ơ lực suy rộng

ξ - các tọa độ suy rộng trong phương trình [4-17]

M – ma tr ận khối lượng tập trung của một chi tiết cở (nxn)

PH ẦN 1 MỞ ĐẦU

1 Gi ới thiệu

không thấy được giao diện mô hình, gây khó khăn và mất thời gian khi thay đổi và tối

ưu các thông số, không phù hợp với thực nghiệm vì không xem xét sự biến dạng

(flexible-compliance) của kết cấu Chưa sử dụng rộng rãi và hiệu quả phần mềm mô

đó cách tiếp cận của luận văn này rất phù hợp cho việc thiết kế và kiểm tra bằng thực

nghiệm với các lợi ích :

1) Trong việc thiết kế ôtô: Áp dụng CAD-CAE trong quá trình thiết kế để rút ngắn thời

gian và tự động hóa quá trình thiết kế xe mẫu, tiết kiệm chi phí thiết kế chế tạo thùng

xe búyt do giảm được chi phí chế tạo mẫu thực và thử nghiệm Thiết kế chế tạo thùng

xe buýt theo các tiêu chuẩn an tòan quốc tế (ISO, ECE…) để hội nhập và tăng tính

góp cho chủ trương khuyến khích và phát triển dịch vụ vận chuyển hành khách công

Thông Vận Tải

3) Góp phần thúc đẩy việc sử dụng rộng rãi phần mềm mô phỏng động lực học đa vật

(Multi-body dynamic) trong nghiên cứu và giảng dạy, theo xu hướng tích cực trên thế

giới

- Nghiên cứu cách dao động tòan thân tác động đến sự không êm dịu của cơ thể

- Dao động tòan thân được đo và phân tích theo tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997

hành khách mô vè sau và ghế cuối xe

an tòan và êm dịu của hành khách và tài xế khi dùng dịch vụ vận tải bằng xe buýt

tài xế và hành khách theo tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997 bằng cách dùng phần mềm

đạt được kết quả phân tích ta phải thực hiện :

1) Xây dựng mô hình thí nghiệm ảo cho xe búyt sàn thấp

2) Một mẫu xe búyt sàn thấp được mô phỏng dùng các phần mềm CAD,

các tiêu chuẩn ngành Việt Nam 22 TCN 302 – 06, ECE Regulation No 66, USA

Federal standard No 220 và rung động của xe tác dụng đến cơ thể người theo tiêu

vè trước, ghế hành khách mô vè sau và ghế cuối xe)

4 Ý ngh ĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Ý ngh ĩa khoa học

- ý nghĩa về phương pháp:

tiên tiến và phù hợp để kiểm tra thực nghiệm Việc mô hình và mô phỏng rõ ràng trong

môi trường 3D giúp người thực hiện có thể quan sát và thay đổi các thông số hình

dáng, vị trí và kết cấu Và quan trọng có thể thu được các kết quả cần quan tâm về

động học và động lực học

- Ý nghĩa sức khỏe người:

được áp dụng nhiều trong việc đánh giá tác hại của dao động tòan thân mà là nguyên

nhân gây ra các bệnh nghề nghiệp như đau vai, đau cổ, đau lưng, buồn nôn, suy giảm

tri giác đối với những người thường xuyên tiếp xúc với dao động như tài xế, công nhân

làm việc bên máy móc…

Ý ngh ĩa thực tiễn

pháp số áp dụng trong các phần mềm sẵn có như MSC.Patran, MSC.Nastran,

MSC.Adams Qua đó ta có thể ứng dụng hiệu quả trong việc thiết kế các hệ thống trên

ôtô (như tính tóan động học, động lực học, ổn định chuyển động lái, phanh, quay

vòng), trong việc thiết kế sự thỏai mái tiện nghi (như tính tóan dao động) và phân tích

độ tin cậy (độ bền mõi, tuổi thọ ) Mô hình thí nghiệm ảo đã được hình thành, từ

5 K ết luận

Các kết quả đạt được một cách khả thi sẽ là cơ sở phát triển trong nghiên cứu chuyên

môn như tính tóan dao động bằng mô phỏng và kiểm tra bằng thực nghiệm trong nhiều

- Các kết quả chỉ ra chỉ số gia tốc aW vượt quá tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997, tại vị trí

tài xế và hành khách cuối xe Các vị trí này cần phải được chú ý để cải thiện độ êm dịu

- Mô hình thí nghiệm ảo thu được trong luận văn này sẽ giúp đa dạng quá trong việc

- Luận văn đã báo cáo tại hội nghi quốc tế về cơ học: “Dynamic analysis of bus by

finite element method”, International conference on nonlinear analysis & engineering

mechanics today, Institute of Applied Mechanics, Hochiminh City, Vietnam,

December 11-14, 2006

PH ẦN 2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1.1 Gi ới thiệu

Ngày nay các yêu cầu để thiết kế và chế tạo thân xe buýt ngày càng cao, không

thông thường không tiện lợi bởi sàn xe buýt cao và có nhiều bậc lên xuống tại cửa Và

chóng chế tạo ra các mẫu mới để đưa xe buýt sàn cao vào quá khứ Theo [2] thống kê ở

nghiên cứu vận tải hành khách vì các lợi ích như sau:

- Hành khách sẽ nhanh chóng lên xuống xe mà đặc biệt rất quan trọng khi thời gian trả

- Giúp dễ dàng lên xuống cho người già và người tàn tật phục vụ tốt cho cộng đồng

khách tại các trung tâm thương mại, chợ, siêu thị, bệnh viện, sân bay khi hành khách có

hành lý lớn

Và theo tài liệu [3] “Báo cáo quy hoạch chi tiết mạng lưới vận tải hành khách

công cộng xe buýt TP Hồ Chí Minh đến năm 2010”, trung tâm nghiên cứu phát triển

GTVT phía nam tháng 10 năm 2001, để hoạch định sản phẩm cho đúng hướng, khi lựa

các dự án vận chuyển hành khách công cộng trong thành phố do đó các nhà sản xuất xe

buýt phải nghiên cứu thiết kế để tăng cường chất lượng theo các tiếu chuẩn quốc tế và

trong nước như 22 TCN 302 – 06 “Phương tiện giao thông cơ giới đường bộ - Ô tô

khách thành phố - Yêu cầu kỹ thuật”

Trong khi đó, phương pháp thiết kế kỹ thuật thùng xe buýt hiện nay ở nước ta

thay đổi lại để phù hợp với các yêu cầu trong nước Phần kết cấu khung xương xe buýt

được chế tạo theo kinh nghiệm chế tạo các xe buýt của Liên xô trước đây và tay nghề

trong việc quyết định chất lượng sản phẩm

đơn trục hay quy về bài toán tĩnh hai chiều, đơn giản hoá từng phần của thân xe.Việc

tính toán chỉ dựa vào độ bền, tức là thiết kế kết cấu chịu tải trọng sao cho ứng suất kết

mui, cột cửa sổ, độ cứng xoắn của thùng xe Điều này dẫn đến không cải tiến thiết kế

là [5] sổ tay thiết kế của tác giả Ngô Thành Bắc xuất bản năm 1985 dùng lý thuyết

trong thiết kế sơ bộ, không giải được các bài toán lớn

được Nếu chuyển vị khung cửa sổ quá lớn sẽ gây vỡ kính không an toàn Độ cứng của

sàn xe cũng quan trọng đối với hành khách Nếu chuyển vị dưới chân hành khách sẽ

gây cảm giác không an toàn Khi chuyển động với vận tốc cao, khung chassis khi lắp

ráp với thùng xe không được gia cường và quá mềm sẽ tác động gây dao động cho hệ

tiêu chuẩn nghiêm ngặt để đánh giá các thiết kế theo các tiêu chuẩn: Theo [8] tiêu

xe khách của Ngô Thành Bắc [5] thì chuyển vị của các cột cửa sổ không quá 4mm do

quan tâm đến độ cứng của khung cửa và khung cửa sổ Theo Tiêu chuẩn Trung Quốc

[6], độ cứng xoắn của thùng xe thì phụ thuộc vào kinh nghiệm nhà sản xuất và thông

[4] Tiêu chuẩn ngành 22 TCN 302 – 06 quy định phần trăm phân bố khối lượng lên

định khi điều khiển xe

giao diện mô hình, gây khó khăn và mất thời gian khi thay đổi và tối ưu các thông số,

không phù hợp với thực nghiệm vì không xem xét sự đàn hồi (flexible-compliance) của

nay một tiêu chuẩn đánh giá dao động tác dụng đến cơ thể con người được sử dụng

động êm dịu được đánh giá bởi gia tốc quân phương được gia trọng theo tần số theo 3

Anh BS 6841:198 hay tiêu chuẩn châu âu Directive (2002/44/EC)

xác so với thực nghiệm Phương pháp mô phỏng theo các bước:

chia lưới, đặt cơ tính của vật liệu,

quan tâm trong xe dưới lực kích động của mặt đường và các lực khác

Trong đề tài này, các kỹ thuật thiết kế bao gồm phân tích phần tử hữu hạn và

phân tích động lực học nhiều vật của thùng xe được dùng trong tính toán Trong nghiên

phỏng và phân tích trong 3D bởi các phần mềm CAD, MSC.PATRAN/NASTRAN và

MSC.ADAMS

Đầu tiên, phân tích phần tử hữu hạn độ bền, độ cứng uốn, độ cứng xoắn và hệ số

Regulation No 66, và [7] tiêu chuẩn Mỹ USA Federal standard No 220

được truyền từ bánh xe, các trục và hệ thống treo đến thùng xe, ghế ngồi của hành

khách và tài xế Theo tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997 Thùng xe buýt được mô hình như

dùng để kết hợp hệ thống nhiều vật của hệ thống treo, các bánh xe, các trục với kết cấu

MSC.ADAMS

1.2 N ội dung mô phỏng

Trong việc phân tích tĩnh thùng xe, dùng tải trọng phân bố trên toàn thùng xe

theo tần số theo 3 hướng tại vị trí cần kiểm tra 4 vị trí được chọn là chỗ ngồi tài xế, mô

vè trước, mô vè sau và cuối xe Chỉ số Gia tốc quân phương của rung động theo ISO tại

các vị trí quan tâm trong thùng xe được kiểm tra Mô hình được đo bằng cách cho xe di

tăng từ 0-18Km/giờ, trong 10 giây) trong các chế độ chuyển động của xe như nẩy

Heave, lắc dọc Pitch, lắc ngang Roll, xoắn Warp Kết quả chỉ số gia tốc quân phương

ISO vượt quá tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997 trong vùng tần số 0,5 đến 80 Hz tại chỗ ngồi

tài xế và ghế cuối xe rất nghiêm trọng trong các chế độ chuyển động Các vị trí này cần

phân bố lại khối lượng của thùng xe

1.3 K ết luận Và Hướng phát triển

Đề tài này nhằm đưa ra một quy trình thiết kế và tính toán kỹ thuật thùng xe

buýt dùng phần mềm CAE trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật trước khi đưa vào chế tạo

tính toán tĩnh kết cấu thùng xe buýt để có được độ bền và độ cứng của thùng xe và tính

toán động để tính toán chuyển động êm dịu ôtô bằng cách xem xét tác dụng dao động

đến các vị trí tài xế và hành khách trên xe dựa trên các ứng dụng tiên tiến của phương

pháp phần tử hữu hạn và động lực học nhiều vật được lập trình bằng phần mềm

Trong quá trình phát triển thiết kế xe, phương pháp dùng phương pháp số và

và mô phỏng động lực học nhiều vật chỉ là các phương pháp số quan trọng và phổ biến

trong tính toán hiện nay Để đạt được một kết quả thực tế từ FEA, phải dựa trên các

điều kiện tính, phương pháp lập trình để giải trong suốt quá trình thiết kế không có lỗi

Các kết quả tính toán muốn chứng minh hiệu quả phải được so sánh với thực nghiệm

tính toán động lực học nhiều vật của một xe cần tính như cách ứng dụng của nhà chế

đo được tại vị trí bánh xe để đưa vào mô hình tính toán độ bền mỏi và tuổi thọ của kết

cấu thùng xe buýt

Hình 1-1 Mô hình đường thử xe Altoona track ở Mỹ

Đề tài này gồm 6 chương trong đó chương 1 trình bày tổng quan về đề tài,

bày lý thuyết, quy trình và tiêu chuẩn tính kết cấu thùng xe và tính toán chuyển động

thành sàn thấp và Chương 6 là kết luận của đề tài và đề ra các hướng phát triển của đề

tài

CH ƯƠNG 2 - KH ẢO SÁT SẢN PHẨM VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BUÝT TẠI

2.1 Gi ới thiệu

Ở nước ta hiện nay nhu cầu vận chuyển hành khách công cộng đang rất lớn và

nhà nước cũng khuyến khích người dân thành phố dùng các phương tiện vận chuyển

hành khách công cộng để đạt được các tiêu chuẩn văn minh như các thành phố lớn trên

buýt sàn thấp phục vụ nội thành

2.2 Đặc điểm cấu tạo của xe buýt nội thành sàn thấp và điều kiện hoạt động

Trong nhiều năm, những người già và tàn tật dùng những xe buýt thông thường

không tiện lợi bởi sàn xe buýt cao và có nhiều bậc lên xuống tại cửa Và trải qua nhiều

các mẫu mới để đưa xe buýt sàn cao vào quá khứ Theo thống kê ở Mỹ hiện nay xe

buýt phục vụ nội thành chiếm đến 70% là xe buýt sàn thấp

Các lý do tại sao nhà nước nên tăng số lượng xe buýt sàn thấp được chỉ ra bởi

các trung tâm nghiên cứu vận tải hành khách theo vì các Lợi ích như sau:

- Hành khách sẽ nhanh chóng lên xuống xe mà đặc biệt rất quan trọng khi thời gian trả

- Giúp dễ dàng lên xuống cho người già và người tàn tật phục vụ tốt cho cộng đồng

khách tại các trung tâm thương mại, chợ, siêu thị, bệnh viện, sân bay khi hành khách có

hành lý lớn

Hình 2-1 mô tả xe buýt sàn thấp

Xe buýt nội thành sàn thấp được thiết kế và trang bị để dùng trong thành phố

+ Loại lớn: Chiều dài 12 m (45 - 60 chỗ ngồi)

Theo [2] Các xe buýt thông thường được thiết kế có 3 bậc lên xuống Để gắn

các bộ phận dưới hệ thống gầm xe như: trục, cầu, thùng nhiên liệu và bình khí nén

350-400mm Do đó phải thay đổi thiết kế của cầu xe để phù hợp yêu cầu

Có hai kiểu xe sàn thấp chính : một là các loại xe sàn thấp xuyên suốt điều này

đến cửa giữa là sàn thấp và còn lại một phần ba mặt sàn là sàn cao

Do nhu cầu vận chuyển với khối lượng hành khách lớn, ở nước ta hiện nay đã

trí chỗ cho khách trên cả hai tầng nhưng không có chỗ cho khách đứng trên tầng hai;

Đa số các sản phẩm hiện nay được lắp ráp với khung gầm (chassis) được nhập

cung ứng từ các nhà sản xuất trong và ngoài nước Còn lại sẽ hoàn toàn được sản xuất

tại nhà máy

2.3 Công ngh ệ chế tạo xe buýt thành phố (nội thành)

2.2.1 Ph ương pháp thiết kế kỹ thuật thùng xe buýt tại Việt Nam

dáng bên ngoài dựa vào các sản phẩm mẫu thiết kế của nước ngoài và thay đổi lại để

phù hợp với các yêu cầu trong nước

xe buýt của Liên xô trước đây và tay nghề người thợ nên sản phẩm làm ra thường có

khối lượng rất lớn do không được tối ưu hóa kết cấu, công nghệ lắp ráp và vật liệu chế

tạo

Đội ngủ kỹ sư chỉ tham gia bằng cách vẽ lại các thay đổi khung xe khi người thợ

thay đổi cách lắp ở một số vị trí và tính toán động lực học (khả năng kéo, khả năng leo

được tham khảo từ nhà chế tạo chassis nền Mặc khác tính toán độ bền xe bằng cách

đó chúng ta cần có các biện pháp để giúp bộ phận kỹ thuật tham gia nhiều hơn trong

quá trình thiết kế và quy trình chế tạo thùng xe buýt

2.2.2 Công ngh ệ thực hiện

và tôn mui xe; Liên kết các chi tiết sắt, thép, tôn bằng công nghệ hàn bán tự động

(MIG), hàn bấm (hàn điện trở tiếp xúc) Đưa công nghệ composite chế tạo các chi tiết

có biên dạng phức tạp, nhưng không làm giảm sức bền kết cấu và an toàn cho xe Xây

không tan bám trên nền kim loại được sơn, làm kín các khe hở, lỗ nhỏ trên bề mặt kim

Quy trình công nghệ dựa trên nền tảng lắp ráp theo dây chuyền nhằm ứng dụng

các công nghệ và trang thiết bị tiên tiến phục vụ trong sản xuất ô tô, nên phương pháp

toàn thể và lắp cụm được tiến hành theo hình thức chia thành nguyên công trong quá

trình lắp theo dây chuyền Đối tượng lắp chuyển động và công nhân hay đội công nhân

chỉ đứng trong các vị trí lắp, đối tượng được lắp sẽ chuyển động từ vị trí này sang vị trí

công việc khác

Các Trang thiết bị gồm có: Các thiết bị chuyên dùng có độ chính xác cao, áp

Toàn bộ dây chuyền kiểm tra kỹ thuật đầu ra của sản phẩm được đầu tư mới,

mang tính ổn định và độ tin cậy cao để bảo đảm chất lượng cho sản phẩm cuối cùng

Hình 2-2 Sơ đồ quy trình chế tạo xe buýt

CH Ế TẠO

S ẢN PHẨM

THI ẾT KẾ

K Ỹ THUẬT

GIA CÔNG CHI TI ẾT

- Gia công chi ti ết khung xương

- Gia công chi ti ết tôn vỏ

- Gia công chi ti ết composite

- Gia công các c ụm chi tiết nội thất

- Ki ểm tra kỹ thuật, kín nước

- Ki ểm tra trên đường

2.4 K ết luận

buýt sàn thấp được đánh giá về hiệu quả rất cao và đây là sản phẩm mà các doanh

các dự án, cần dựa vào các yếu tố chất lượng khai thác xe buýt và chỉ tiêu cụ thể để xem xét đánh giá như sau:

2) Thuận tiện trong sử dụng: có độ tin cậy, độ bền cao

- Thuận tiện khi chạy: chống rung và xóc tốt, xem xét mức chấn động của xe: mức dao động đứng, mức lắc ngang…

- Thuận tiện cho lái xe: trong thao tác của lái xe, trợ lực lái khi điều khiển, chỗ ngồi

- Thuận tiện cho hành khách: chỗ ngồi đủ rộng và thuận tiện, thông gió tốt và có thể

các thiết bị tăng tiện nghi: đồng hồ, radio, video…

- Thuận tiện cho hành khách lên xuống: số cửa lên xuống, kích thước cửa phù hợp, bố trí cửa hợp lý, giảm chiều cao bậc cửa lên xuống (xe sàn thấp)

- Tính cơ động cao: bán kính quay vòng nhỏ

tốc cao, tốc độ lớn, tốc độ kỹ thuật bình quân

4) Kinh tế nhiên liệu: loại nhiên liệu sử dụng, lượng tiêu hao nhiên liệu tối thiểu, đặc tính tiêu hao nhiên liệu khi chạy… tiêu hao nhiên liệu thấp: xe mini buýt < 20 lít/100

km Xe buýt trung < 35 lít/100km

5) An toàn cao:

- Tính năng thắng của xe: quãng đường thắng…

km xe chạy, chu kỳ bảo dưỡng kỹ thuật, giờ công bảo dưỡng kỹ thuật 10.000 km xe

Cacbon và điôxít cácbon trong 1m3

khí thải, độ ồn

lên chiếm từ 50-60% trở lên tổng số xe buýt Xe buýt từ 14 chỗ đến 40 chỗ sẽ giảm đi

chỗ trở lên

Để đạt được mục tiêu chất lượng đáp ứng yêu cầu lựa chọn xe buýt phục vụ dự

án chiến lược vận chuyển hành khách công cộng, các nhà sản xuất xe buýt phải tập trung đầu tư ngay từ giai đọan thiết kế kỹ thuật và thử nghiệm sản phẩm mẫu Bảo đảm

độ êm dịu chuyển động của một xe buýt nội thành sàn thấp

CH ƯƠNG 3 - PHÂN TÍCH K ẾT CẤU THÙNG XE BUÝT

3.1 Gi ới thiệu

Nhìn chung có 2 mục tiêu cơ bản phân tích kết cấu của thân xe [7] là phân tích

đó thùng xe phải được tối ưu để chống lại các lực xoắn An toàn thụ động cũng là một

đầu tiên trong các quy định về an toàn thụ động Do đó, kết cấu khung xe cần được tối

ưu để chống lại uốn mui xe

Các kỹ thuật thiết kế hiện đại gồm phân tích phần tử hữu hạn thùng xe trên máy tính Trong đề tài này một thùng xe được mô phỏng 3 chiều bằng chương trình MSC Patran Việc phân tích theo 2 trường hợp uốn và xoắn và xem xét độ cứng khung xe theo trị số độ cứng xoắn Thống kê tai nạn xe buýt thấy rằng lật ngang thì gây nguy

không gây tai nạn nghiêm trọng đối với xe buýt Trong đề tài này chuyển vị trong miền đàn hồi trong trường hợp uốn và xoắn được nghiên cứu và đánh giá kết quả

3.2 C ơ sở lý thuyết của phương pháp

Hình 3-1 Hệ toạ độ cơ bản của xe

3.2.1 Tr ường hợp uốn thùng xe

Các xe buýt chở khách có một tiêu chuẩn quan trọng được chú ý theo tiêu chuẩn

an toàn thụ động là uốn mui xe do lật ngang (rolling over) Bởi vì phải có khoảng không an toàn trong xe để thoát chết cho hành khách khi có tai nạn Vấn đề này có

Hình 3-2 chuyển vị uốn mui xe theo [5]

Trường hợp tải trọng đối xứng theo phương đứng (trường hợp uốn) xảy ra khi

lên vị trí gắn lò xo trên thùng xe (hay bát nhíp) Tác dụng này gây ra mômen uốn như hình mô tả dưới

Hình 3-3 Lực tác dụng trường hợp uốn thùng xe

Độ cứng uốn thùng xe có các tính chất quan trọng theo [11]:

độ cứng kết cấu thường khó khăn hơn thiết kế theo độ bền Với xe chở khách, độ cứng

quá mức sẽ gây cho cửa lệch khớp và do đó không đóng và mở cửa được Độ cứng của sàn xe cũng quan trọng đối với hành khách Nếu chuyển vị dưới chân hành khách sẽ gây cảm giác không an toàn Các tấm sàn thường được gia cường bằng các thanh gia

thực hiện bằng cách gắn thêm các tấm và gân gia cường tại vị trí cần tăng cứng Độ

Các tiêu chu ẩn uốn thùng xe

Theo [8] tiêu chuẩn số 66 của ECE và tiêu chuẩn liên bang số 220 của Mỹ thì thùng xe buýt chuyển vị không quá 5x1/8 inches (15 mm) khi 1,5 lần tải trọng toàn bộ

xe Theo sổ tay thiết kế xe khách của Ngô Thành Bắc [5] thì chuyển vị của các cột cửa

do lên các bát nhíp hệ thống treo trước và hệ thống treo sau Độ bền tính bằng giới hạn

dẻo vật liệu chia cho hệ số an toàn là 2 và chuyển vị căn cứ theo tiêu chuẩn trên

3.2.2 Tr ường hợp xoắn thùng xe

Các loại lực tác dụng lên thùng xe là đối xứng và bất đối xứng Các lực đối xứng gây uốn thùng xe Nếu các lực đối xứng tác dụng gây uốn theo chiều thẳng đứng thì cách giải quyết vấn đề dễ hơn Nhưng đối xới các lực không đối xứng gây xoắn thùng

xe thì vấn đề giải quyết phức tạp Có nhiều phương pháp khác nhau của cơ học kết cấu

để tính toán xoắn thùng xe hay phương pháp “The simple structural surfaces method ”

cao, tính toán được các bài toán lớn và dễ lập trình trên máy tính Lực gây xoắn thùng

xe là kết quả của một bánh xe hay 2 bánh ở vị trí chéo nhau leo lên mấp mô tức thời Tuy nhiên trong thực tế thùng xe thường chịu xoắn liên tục bởi các mấp mô trên đường

gồ ghề

Hình 3-4 Lực không đối xứng gây xoắn thùng xe

Độ cứng xoắn thùng xe có các tính chất quan trọng theo [11]:

rung động lên xuống

điểm (khi thay lốp xe) tại vị trí các góc xe Vấn đề độ cứng xoắn cũng bị ảnh hưởng

gây vỡ kính Với xe thể thao không mui thì độ cứng xoắn thấp nếu như sàn không được gia cường tốt Đối với các xe này, việc ổn định xe khi lái cực kỳ quan trọng nếu độ

Các lực gây xoắn thì quan trọng với thùng xe buýt vì có các khung cửa sổ lớn

men xoắn trên 1 đơn vị góc xoắn theo công thức:

Các tiêu chu ẩn xoắn thùng xe

Dựa vào thực nghiệm và kinh nghiệm của các nhà sản xuất và vật liệu sử dụng

môđun đàn hồI Ekhung = 2,10x1011 Pa, hệ Số poison υ = 0,3, khối lượng riêng ρ = 7,85x103 Kg/m3 tương đương vớI công nghệ Sản xuấT xe buýt tại Việt Nam có độ

Nm/deg,

Và Tiêu chuẩn này được chọn cho đề Tài

do lên 2 bát nhíp hệ Thống treo trước và 2 bát nhíp hệ thống treo sau chéo nhau ở 2 bên

Để đánh giá độ cứng xoắn thùng xe ta đặt một mômen xoắn vào 2 vị trí gắn bát nhíp trước đối xứng trên dầm dọc chassis gần đầu xe bằng cách tác dụng hai lực thẳng đứng F ngược chiều tại 2 điểm đó và sinh ra một mômen xoắn là T=dxF Với d là chiều dài của 2 bát nhíp đối diện theo phương ngang của xe Lực F có giá trị Bằng tải trọng cho phép trên trục trước theo yêu cầu kỹ Thuật của chassis nền

Các bát nhíp gắn trục sau xe bị ràng buộc 5 bậc tự do trừ bậc tự do xoay quanh

trục X bởi các gối tựa

Mô men xoắn T = Fxd sinh ra tác dụng xoắn trên thùng xe Và gây chuyển vị 2 bát nhíp đối xứng theo 2 bên xe Nhưng do tính không đối xứng của thùng xe nên có khác biệt về Chuyển vị ở 2 bát nhíp đối xứng theo phương ngang thùng xe nên độ

2

d d

v d

v d

φ =  

3.2.3 Hi ệu quả Sử dụng vật liệu

dùng hiệu quả Trên xe được định nghĩa theo công thức:

Trong đó: - W là khối lượng của thùng xe (Kg)

- L là chiều dài thùng xe (m)

Trung bình là 139 Kg/m Mặc khác theo [4] Tiêu chuẩn ngành 22 TCN 302 – 06 quy định phần trăm phân bố Khối lượng lên trục dẫn hướng khi đầy tải không nhỏ Hon 25% khối lượng của xe để Bảo đảm tính ổn định khi điều khiển xe

3.3 Ph ương pháp số Áp dụng

3.3.1 Ph ương pháp Simple Structural Surfaces

pháp các mặt kết cấu đơn giản (simple structural surfaces method) được giới thiệu bởi Pawlowski [9] Nhưng phương pháp này thường mô hình hoá kết cấu tương đương như các mặt chịu tải đơn giản và độ chính xác không cao