Nghiên cứu tối ưu hóa độ bền khung xe buýt b45

C ăS ăLụăTHUY TăV ăĐ ăB NăC AăK TăC UăB NGăPH NGă PHÁPăPH NăT ăH UăH N ..... Tình hình giao thông đô thị và nhu cầu sử dụng phương tiện của con người T iăVi tăNam,ătìnhătr ngăùnăt căđ n

Ng iăh ng d n khoa h c: TS TÀO QUANG B NG

ĐƠăN ng - Nĕmă2018

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

Đ ng Minh H i

TRANG BÌA

L IăCAMăĐOAN

M CăL C

TRANGăTịMăT TăTI NGăVI TăVĨăTI NGăANH

DANHăM CăCÁCăKụăHI UăVĨăCH ăVI TăT T

DANHăM CăCÁCăB NG

DANHăM CăCÁCăHÌNH

M ăĐ U 1

1 Tính c p thi t c aăđ tài 1

2 M c tiêu nghiên c u 2

3.ăĐ iăt ng và ph m vi nghiên c u 2

4.ăPh ngăphápăvƠăc ăs v t ch t ph c v nghiên c u 3

5.ăụănghƿaăkhoaăh c và tính thi t thực c aăđ tài 3

6 C u trúc lu năvĕn 3

CH NGă1 T NGăQUANăV ăV NăT IăHĨNHăKHÁCHăCỌNGăC NG 4

1.1 V năđ v giaoăthôngăđôăth hi n nay 4

1.1.1.ăTìnhăhìnhăgiaoăthôngăđôăth và nhu c u s d ngăph ngăti n c a con ng i 4

1.1.2.ăCácăph ngăth c v n chuy n hành khách 5

1.2.ăKh oăsátăđánhăgiáăcácăđi ăki năho tăđ ngăvƠăs ă ngă ăB Ủtă n c ta 7

1.3.ăụănghƿaăc a vi c nghiên c u tính toán t iă ăhóaăđ b n xe Buýt 8

CH NGă2 C ăS ăLụăTHUY TăV ăĐ ăB NăC AăK TăC UăB NGăPH NGă PHÁPăPH NăT ăH UăH N 9

2.1 Lý thuy t b n v ph ngăphápăph n t h u h n 9

2.1.1.ăBƠiătoánăc ăh c k t c u 9

2.1.2 Bi u th c t ng quát ma tr năđ c ng ph n t và k t c u 10

2.1.3.ăXácăđ nh vector chuy n v nút{U} c a c k t c u 11

2.1.4.ăXácăđ nh ph n lực t i các g i tựa 11

2.1.5.ăCácăb căc ăb n khi gi i bài toán b ngăph ngăphápăph n t h u h n 12

2.2 Bài toán t iă ăhóaăk t c u 13

2.2.1.ăC ăs chung cho bài toán t iă ăhóaăk t c u 13

2.2.3 Bài toán t iă ăhóaăk t c u b ngăph ngăphápăch y n v d ng ma tr n 16

2.2.4 T iă ăhóaăk t c u b ngăph ngăphápăphơnătíchăđ nh y 19

CH NGă 3 NGă D NGă PH Nă M Mă HYPERWORKSă TRONGă TệNHă TOÁNă K TăC UăKHUNGăX NGăXEăBUụT 22

3.1 T ng quan v ph n m m Hyperwork 22

3.1.1 Các Modul c a Hyperwork 23

3.1.2 Các ki u ph n t h u h n trong Hyperwork 26

3.2 C u trúc t ng th c a m t bài toán b n trong ph n m m Hyperwork 29

3.3.ăMôăhìnhăhóaăkh ngă ng 30

3.4 ng d ng ph n m măHyp rworkătrongătínhătoánăkh ngă ngă ăkhách 30

3.4.1 T ng quan 30

3.4.2.ăCácăb c ti n hành 31

3.5 Thi t k t iă ăhóaăkh ngă ăkháchătrongăHyp rwork 35

3.5.1 T ng quan v thi t k t iă ăhóa 35

3.5.2 Cách th c t iă ăhóa 35

CH NGă4 TệNHăTOÁNăB NăKHUNGăX NGăXEăBUụT 39

4.1 Thông s kỹ thu t xe buýt B45 39

4.2 Các thông s đ u vào cho vi c tính toán 39

4.2.1 Thông s k t c ăkh ngă ng 39

4.2.1.1 Khung xương đầu 40

4.2.1.2 Khung xương mảng hông trái 41

4.2.1.3 Khung xương mảng hông phải 41

4.2.1.4 Khung xương mảng mui 42

4.2.1.5 Khung xương mảng đuôi 43

4.2.1.6 Khung xương mảng sàn 44

4.2.2 Phân tích t i tr ng tác d ngălênăkh ngă ng 47

4.3.ăCácătr ng h p tác d ng c a t i tr ng 49

4.3.1 Cácătr ng h p ch u lực 49

4.3.2.ăPh ngăphápăđặt t i tr ng 55

4.4.ăTínhătoánăvƠăđánhăgiáăk t qu v kh nĕngăch u t i c a khungă ng 60

4.4.2 U n c u sau 2.0G 61

4.4.3 Xe quay vòng sang trái 0.5G 62

4.4.4 Xe quay vòng sang ph i 0.5G 63

4.4.5.ăX ăphanhăkhiăđangăch y ti n 0.8G 63

4.4.6.ăX ăphanhăkhiăđangăch y năđ ng lùi 0.5G 64

4.4.7 Xe b xo n bên trái 0.5G 65

4.4.8 Xe b xo n bên ph i 0.5G 65

CH NGă5:ăTHI TăK ăT Iă UăHịAăKHUNGăX NG 67

5.1 N i dung c aăph ngăpháp t iă ăhóa 67

5.2 Các thông s bi n thi t k 68

5.3 Tính toán t iă ăhóa 70

5.4 K t lu n 79

K TăLU NăVĨăH NGăPHÁTăTRI N 80

TĨIăLI UăTHAMăKH O 81 QUY TăĐ NHăGIAOăĐ ăTĨIăLU NăVĔNăTH CăSƾ (B N SAO)

PH N BI N

Tênăđ tài

NGHIÊN C U T Iă UăHịAăĐ B N KHUNG XE BUÝT B45

H căviên:ăĐặng Minh H i Chuyên ngành: Kỹ thu tăC ăkhí

Tóm t tậ V n t i hành khách công c ng(VTHKCC) b ngă ăb Ủtăđ căcoiălƠăph ngăth c v n t i

hành khách ph bi n nh t hi n nay trên th gi i VTHKCC b ng xe buýt thích ng v i t t c các

lo iăđôăth khácănha ,ăcóătínhăc ăđ ng cao, ít c n tr , hòa nh p v i các lo i hình v n t i giao thông

đ ng b khác Vi căkhaiăthác,ăđi ăhƠnhăđ năgi n, thu n l i.ăT yănhiênănĕngălực v n chuy n c a

lo i hình này không cao, t căđ khai thác th p Không nh ng th ph iăth ngă yênăđ i mặt v i

tình tr ng ùn t căgiaoăthôngăđ th đưălƠmăgi m sút kh nĕngăv n t i c a lo i hình th c này trong

gi caoăđi m.ăVƠăđi ăđặc bi tăđángăq anătơmăchínhălƠăđ an toàn, tính ti nănghiăvƠăđ tin c y

ch aăcaoănênăđưăkhôngăđápă ngăđ c yêu c u c a hành khách Tr c thực tr ngăđó,ăcácănhƠăs n

xu t, l părápăôătôătrongăvƠăngoƠiăn c ph i t p trung nghiên c u, tính toán t iă ,ăkhôngăng ng c i ti n

s n phẩm ng d ng ph n m m Hyperworks giúp t iă ăhóaăq áătrìnhăthi t k và s n xu t, cung c p

gi i pháp toàn di n nh t m ra gi i pháp CAE trong n n công nghi p, bao g m c mô ph ng, phân

tích, qu n lý d li u, t iă ăhoáăc ătrúc.ăQ aăđó,ăgópăph n vào vi c s n xu t ô tô có k t c u ch u lực

t t,ăanătoƠn,ăđ m b oăđ b n, mang l i giá tr kinh t cho nhà s n xu tăcũngănh ăng i tiêu dùng

T khóa ậ T iă ăhóaăkh ngă ;ăKh ngă ngă ăb Ủt;ăT iă ăhóaăthơnă ;ăĐ b n khung xe

buýt; ng d ng FEM trong t iă ăkh ngă ng

RESEACH IN OPTIMIZATION DURABILITY STRUCTURE OF BUS

CHASSIS B45

Abstract: Public transport by bus is considered as the most popular mode of passenger transport in the

world VTHKCC by bus adapted to all types of urban centers, with high mobility, less obstructing, integrating with other types of road transport; The exploitation and operation are simple and convenient However, the transport capacity of this type is not high, low exploitation rate In addition,

it is often necessary to face traffic congestion that reduces the capacity of this type of transport during peak hours And what is particularly interesting is the safety, comfort and reliability are not high enough to meet the requirements of passengers In that situation, automobile manufacturers and assemblers at domestic and abroad must focus on researching, optimizing and continuously improving products The HyperWorks software application optimizes the design and manufacturing process, providing the most comprehensive solution that enables CAE solutions in the industry, including simulation, analysis, data management, structural optimization By that, contributing to the production

of cars with good structural strength, safety, durability, bring economic value to manufacturers as well

as consumers

Key words ậ Optimized chassis; The frame of the bus; Optimization of vehicle body; Bus chassis

durability; Application of FEM in the frame optimization

Ký hi u

V

Côngăsinhăraă oăđi măđặtăc aăv ct ăngo iălựcăt iănútăph năt ă

{Fe}ăgơyăraălƠmănútă chăch y năm tăl ngăb ngăv ct ăch y năv ă

[B] Maătr năđ oăhƠmăhayămaătr năhìnhăh c

{R1} Cácăv ct ăph n lực g i tựa

{R2} Cácăv ct ăph n lực g i tựa

S ăhi u Tênăb ng Trang

S ăhi u Tên hình Trang

M Đ U

1 Tính c p thi t c aăđ tài

ph ngăth c VTHKCC kh iăl ng l năkhácănh :ămáyăbay,ătƠ ăl a thì VTHKCC

- VTHKCCăb ngă ăb Ủtăcóătínhăc ăđ ngăcao,ăítăc nătr ,ăhòaănh păv iăcácălo iă

hìnhăv năt iăgiaoăthôngăđ ngăb ăkhác.ăCóăth ăho tăđ ngătrongăđi ăki năkhóăkhĕnăv ăđ ngăsá,ăth iăti tănênăcóăth ăti păc năđ năcácăvùngăch aăcóăh ăt ngăphátătri năm tăcáchă ă Ơng;

- Khaiă thác,ă đi ă hƠnhă đ nă gi n,ă th nă l i.ă Cóă th ă nhanhă chóngă đi ă chỉnhă

ch y năl t,ăhƠnhătrình,ă ă Ơngăthayă ătrongăth iăgianăng nămƠăkhôngă nhă

h ngăho tăđ ngăc aăt y n;

- Khaiăthácăh pălỦăvƠăkinhăt ăv iă òngăkháchănh ăvƠătr ngăbình.ăCũngăcóăth ă

tĕngăgi măch y năđiăkhiăs ăl ngăhƠnhăkháchăthayăđ i;

- VTHKCCă b ngă ă b Ủtă cóă th ă ho tă đ ngă ă nh ngă n iă đ ă că l nă mƠă cácă

hìnhăth c VTHKCCăb ngăph ngăti năbánhăs tăkhácăkhôngăđiăđ c;

- VTHKCCăb ngă ăb Ủtăchoăphépăphơnăchiaănh ăc ăđiăl iăraăcácăt y năkhácă

nha ătrênăc ăs ăm ngăl iăđ ngăthựcăt ăđ ăđi ăti tăm căđ ăđiăl iăch ng;

- Chiăphíăđ ăt ăítăvìăcóăth ăt nă ngăđ căt y năđ ngăhi năcó,ăchiăphíăkhaiă

thácăth păh năcácălo iăhìnhăkhác,ămangăl iăhi ăq ăkinhăt ă- ưăh i

t pănh ăhi nănayămƠăph ngăth c VTHKCC b ngă ăb Ủtăđưăb c l m t s b t c p

lực v n chuy n c a lo iă hìnhă nƠyă khôngă cao,ă nĕngă s t v n chuy n th p, t că đ

đ an toàn, tính ti nănghiăvƠăđ tin c y c aăchúngăkhôngăcaoănênăđưăkhôngăđápă ng

đ c ph n l n yêu c u c a hành khách B i v y, mặc d u nh năđ c sự đ ăt ,ăh

kho ng 6% - 7% trên t ng nhu c ăđiăl i c aăng i dân)

Đ ngătr c thực tr ngăđó,ăcácănhƠăs n xu t và l părápăôătôătrongăvƠăngoƠiăn c

s n phẩm có k t c u đ m b o v mặt an toàn, tu i th caoăcũngănh ătrangăb nhi u ti n íchăđ đápă ngăđ c nhu c u c aăhƠnhăkháchăngƠyăcƠngăcao.ăCóănh ăv y thì hình th c

đ c gi i quy t

caoănĕngăs t Giúp t iă ăhóaăq áătrìnhăthi t k và s n xu t Hyperworks cung c p

gi i pháp toàn di n nh t m ra gi i pháp CAE trong n n công nghi p, bao g m c mô

t ngălai

2 M c tiêu nghiên c u

ngă ăb ỦtăB45ăđ c ng d ng, s n xu t và l p ráp t iăCôngătyăCPăôătôăTr ng

H i, nh mălƠmătĕngăđ b n, tĕngăt i th k t c u, gi m kh iăl ng và m căđ s d ng

3.ăĐ iăt ng và ph m vi nghiên c u

Đối tượng nghiên cứu:

Tr ng H i s n xu t và l părápăđ t iă ăhóaăk t c u nh mălƠmătĕngăđ b n, kh nĕngă

Phạm vi nghiên cứu:

4.ăPh ngăphápăvƠăc ăs v t ch t ph c v nghiên c u

Phương pháp nghiên cứu:

m măHyp rWorksă14ăđ lƠmăc ăs t iă ăhóa k t c ăkh ngă ngă

Cơ sở vật chất phục vụ nghiên cứu:

- B ph n m m HyperWorks 17

- Ph n m m Catia V6

5.ăụănghƿaăkhoaăh c và tính thi t thực c aăđ tài

Đ tài nghiên c ăcóăỦănghƿaăvôăcùngăq anătr ng trong vi cătínhătoánăđ b n

kh ngă ng,ătĕngăkh nĕngăch u lực c a k t c ăQ aăđó,ăgópăph n vào vi c s n xu t

kh ngă ng

6 C u trúc lu năvĕnă

Đ tài lu nă vĕnă ắT iă uă hóaă đ b n khung xe buýt B45Ằă g mă 06ă ch ng

nh ăsa :

Ch ngă1:ăT NG QUAN V V N T I HÀNH KHÁCH CÔNG C NG

Ch ngă 2:ă C ă S LÝ THUY T V Đ B N C A K T C U B NG

PH NGăPHÁPăPH N T H U H N

Ch ngă3:ă NG D NG PH N M M HYPERWORKS TRONG TÍNH TOÁN

Ch ngă4:ăTệNHăTOÁNăB NăKHUNGăX NGăXEăBUụT

Ch ngă5:ăTHI T K T Iă UăHịAăKHUNGăX NG

Ch ngă6:ăK T LU NăVĨăH NG PHÁT TRI N

CH NGă1

T NG QUAN V V N T I HÀNH KHÁCH CÔNG C NG

1.1 V năđ v giaoăthôngăđôăth hi n nay

cũngănh ătìnhăhìnhăùnăt căgiaoăthôngăth ng xuyên di n ra t iăcácăđôăth

1.1.1 Tình hình giao thông đô thị và nhu cầu sử dụng phương tiện của con người

T iăVi tăNam,ătìnhătr ngăùnăt căđ ngă ăcácăđôăth ăl nănh ăHƠăN iăvƠăTP.ăH ăChíăMinhănhìnăch ngăđangăr tăđángăbáoăđ ng.ăTh oăBáoăcáoăc aăB ăGiaoăthôngăv nă

t iătrongănĕmă2012,ăt iăHƠăN iăđưăcóă67ăđi măùnăt cănghiêmătr ng,ăconăs ănƠyăt iăTP.ă

H ăChíăMinhălƠă76ăđi m.ăĐ nănĕmă2014,ămặcă ùăs ăl ngăđi măùnăt cănghiêmătr ngă

t iăcácăthƠnhăph ănƠyăcóă ăh ngăgi măđiănh ngăl iăphátăsinhănhi ăđi măùnăt căc că

b ăkhácăvƠătìnhăhìnhăùnăt căgiaoăthôngăv nă i năbi năh tăs căph căt p.ăThựcătr ngăùnă

t căgiaoăthôngăt iăcácăđôăth ăl năc aăVi tăNamălƠăh ăq ăc aăcácăng yênănhơnăchínhă

nh ănh ăc ăgiaoăthôngăl n,ătỉăl ăs ă ngăph ngăti năcáănhơnăcao,ăt căđ ăđôăth ăhóaănhanh,ătrongăkhiăc ăs ăh ăt ngăGiaoăthôngăv năt iăđôăth ăcònăthi ăvƠăch aăhoƠnăthi n,ă

ch tăl ngă chăv ăv năt iăhƠnhăkháchăcôngăc ngăcònăth pầ[Theo [1], thực trạng sử

dụng phương tiện giao thông, trang 42]

Q áătrìnhăphátătri năkinhăt ,ăcôngănghi păhóa,ăhi năđ iăhóaălƠăti năđ ăchoăq áătrìnhăđôăth ăhóa.ăNh ăc ă iăch y năl ônătĕngăth oăq áătrìnhăphátătri năkinhăt ă- ưăh i.ă

Nh ăc ă iăch y năhƠnhăkháchăch ăy ăph ăth căvƠoăsựăphátătri nă ơnăs ,ănh ăc ă

v năch y năhƠngăhoáăph ăth căvƠoăsựăphátătri năkinhăt Trongăđi ăki năhi nănay,ă

nh ăc ăđiăl iăt iăcácăđôăth ăVi tăNamăđ căgi iăq y tă yănh tăch ăy ăthôngăq aă

đ ngăb ,ă oăđóăq áătrìnhăm ăr ngăkhôngăgianăđôăth ălƠăđi ăt tăy ăQ áătrìnhăđôăth ăhóaăđưăth ăhútăng iă ơnăngo iătỉnhăv ăcác đôăth ăl năđ ălƠmăvi că oăc ăh iăvi călƠm,ă

h căt păvƠăsinhăho tăđ căc iăthi năvƠăđaă ng Nhi ăkh ăch cănĕngăkinhăt ,ăkh ăch că

nĕngăđôăth ăvƠăcácăkh ăđôăth ăm iăđ căhìnhăthƠnhăkéoăth oănh ăc ăđiăl i,ăkho ngă

cáchăđiăl i,ănh ăc ăs ă ngăph ngăti năgiaoăthôngăch tăl ngăcaoầăngƠyăm tătĕngă

lƠmăm ăr ngăkhôngăgianăđôăth ăT yănhiênăkhôngăgianăđôăth ăvôăhìnhăb ăgi iăh năm tă

ph năthôngăq aătiê ăchíăth iăgianăđiăl i

Kinhăt ăphátătri nămangăl iăchoăng iă ơnăđi ăki năs ngăngƠyăcƠngăđ cănơngă

cao,ăch tăl ngăc căs ngăngƠyăcƠngăđ căc iăthi nă năđ nănh ăc ăs ă ngăph ngă

ti năch tăl ngăcaoăngƠyăcƠngăl n,ănh ăc ă s ăh ăph ngăti năcáănhơnăngƠyă cƠngă

tĕng,ămặcă ùăchínhăph ăđưăcóăcácăc ăch ,ăgi iăphápănh măkh ngăch ătĕngăph ngăti nă

cáă nhơn,ă t yă nhiênă ch aă cóă cácă lo iă hìnhă giaoă thôngă thayă th ă nênă vi că kh ngă ch ă

ph ngăti năcáănhơnăch aăhi ăq Theo s li u c a S Giao thông v n t i Hà N i,

tínhăđ n nay, t i Hà N iăđưăcóăkho ng 5 tri u xe máy và 535 nghìn xe ô tô Con s này

tỉ l đ m nh năph ngăth c c aăph ngăti năc ăgi i cá nhân t i Hà N i và TP H Chí

MinhălƠătrênă70%,ăcaoăh nănhi u so v iăcácăđôăth khác trên th gi iănh ăParisă(2008)ă

là 32%, New York (2010) là 33%, Berlin (2010) là 32%, Tokyo (2009) là 12%,

Th ng H i (2011) là 20% Trong b i c nhăđó,ătínhăđ n th iăđi m hi n t i xe buýt là

ng i dân

1.1.2 Các phương thức vận chuyển hành khách

Nh ăđưăđ ăc p,ăv năđ ă iăch y năđiăl iăc aăconăng iăb ngăph ngăti năcá nhân

đangăchi mătỉăl ăkháăcao.ăN ă étăch ngăchoăc ăn c,ătheo kh o sát trong t ng nhu c u

điăl i, tínhăđ n nay s l ng s d ngăph ngăti n là xe máy chi m kho ng 73%, Các

ph ngăti n công c ng mà ch y u là xe buýt chi m 5% Xe ôtô con và xe taxi chi m

(8,2%)

Q aăv năđ ăv ăthựcătr ngăs ă ngăph ngăti năđ căđ ăc pătrênăđơyăđưăph nănƠoă

b căl ănh ngăb tăc păv ăthóiăq năs ă ngăph ngăti năgiaoăthôngăc aăconăng i,ămƠă

đi ăđángăchúăỦă ăđơyălƠănh ngăconăs ăv ăph ngăti năcá nhơnămƠăconăng iăđangăs ă ng.ăVi căl mă ngăph ngăti năcáănhơnăđưătácăđ ngă ăđ nătìnhătr ngăgiaoăthôngăđôăth ,ălƠăng yênănhơnăgơyănênăáchăt căgiaoăthôngăt oăraănhi ăh ăl yătrongăcácălƿnhăvựcăđ iăs ngă ưăh i.ăNh ăv y,ăv năđ ăc tăy ăhi năt iăđ ăgi iăq y tătìnhătr ngăùnăt căchỉăcóăth ălƠăgi măthi ăm căđ ăs ă ngăph ngăti năcáănhơnăc aăconăng i,ăthayăvƠoăđóăvi căđiăl iăs ăápă ngăđ ngăb ăb ngăhìnhăth căv năt iăcôngăc ng Dựa trên ti năđ đó,ăvi c phát tri n lo i hình VTHKCC b ngă ăb Ủtăđ că ácăđ nh s là m t trong

Th oă đó,ă n că taă đưă cóă gi iă phápă đ ă t ă vƠă q yă ho ch m t cách m nh m v

ph ngăti n và h th ng giao thông công c ng Tínhăđ n th iăđi m hi n t i trên toàn

Hà N i và TP H Chí Minh có m ngăl i m nh nh t Theo s li u th ng kê, c n c

ho chăliênăq anăđ n VTHKCC b ng xe buýt và ch phê duy t; 07 tỉnh thành ch aăcóă

bằng xe buýt trên toàn quốc, trang 33] Xét v m tăđ ph ngăti n,ătrênăđ a bàn c

n c có t t c 9.264 xe buýt, Hà N i và TP H Chí Minh chi m 46% (4.268 chi c)

V c ăc u ph ngăti n ch y u là xe buýt nh và buýt trung bình (chi m 78,7%) S

l ngăph ngăti n xe buýt cỡ l n ch y u t i Hà N i và TP H Chí Minh (chi măđ n 90%),ăngoƠiăraăđ đápă ng t t v mặt nhu c ăvƠătĕngăm căđ phù h p cho m iăđ i

t ng, n u chỉ xét riêngă choă đ aă bƠnă nƠyă ă b Ủtă cònă đ c phân chia thành nhi u

Hình 1.1 Biểu đồ thể hiện mức

độ chủng loại xe buýt tại TP Hồ Chí Minh [1]

1.2 Kh oăsátăđánhăgiáăcácăđi uăki năho tăđ ngăvƠăs ă ngăxeăBuỦtă n c ta

đưămangăl i nhi u y u t tích cực, góp ph n gi i quy t đ c hi năt ng ùn t c giao

c ng b ng xe buýt còn b c l m t s b t c p thi u sót có th k đ nănh :

- M că đ bao ph m ngă l i tuy n VTHKCC b ng xe buýt trên toàn qu c

đúngăm c (thi ăđi m d ng, nhà ch , h th ng bi năbáoăthôngătinăkhôngăđ yăđ ,

thi ăbưiăđ xe buýt,ầ) gơyăkhóăkhĕnăchoăvi c ti p c n c a HK và gi m hi u qu

ho tăđ ng c a h th ng

còn thi u, y u

th ng xuyên tr nên quá t i trong gi caoăđi m, c th có th k đ nănh ăh th ng

th ng xuyên ph i v n chuy n bình quân 13.485 khách/ngày, 40 hành khách/chuy n

đi m, bình quân có 70 hành khách/chuy n xe, nhi ăl t xe v n chuy n t 105 - 115

ho chăđ ngăsáăch aăđ m b oăđưătrực ti p làm gi m ch tăl ng và tu i th c a c a xe,

Buýt v n chuy n h c sinh

B Ủtăth ng

Buýt v n chuy n sinh viên Buýt v n chuy n công nhân

gây gi m sút m căđ s d ng c a hành khách, [theo [1], các tồn tại, hạn chế, trang

67]

Cũngăvìăth ămƠăvi căth ăhútăvƠăkê ăg iăng iă ơnăs ă ngă ăb ỦtăđangălƠăv nă

đ ăl nă oăch tăl ngăvƠăđ ăanătoƠnăc aăcácăt y nă ăb ỦtălƠăch aăđ ăđ ăth y tăph căchoăvi căthayăth ăph ngăti năcáănhơn

1.3 ụănghƿaăc a vi c nghiên c u tính toán t iă uăhóaăđ b n xe Buýt

Q aăphơnătíchăđánhăgiáătínhăhìnhăGiaoăthôngăcôngăc ng t iăcácăđ th n c ta,

m ngăl i xe buýt và ch tăl ng VTHKCC Vi t nam nói chung và t iăcácăđôăth l n nóiăriêng,ăđangăt ngăb c phát tri n,ăc ăs h t ngăđangăđ c nâng cao cùng v i nhu

c ăđ i s ng c aăng i dân

ch tăl ngăph ngăti n v n t i c năđ c c i thi n nhi ăh năn a

đ nâng cao ch tăl ngăchoăph ngăti n v n t i hành khách công c ng,ăđ ng th i phù

- Đánhăgiáăch ngăch tăl ng c aă ăb Ủtăđangăho tăđ ng t iăcácăđôăth l n T đóăđặt ra v năđ n v nơngăcaoăđ b n, tu i th cũngănh ătínhăêmă u và tính mỹ quan

c aăph ngăti n v n t i là xe buýt

- Ti t ki m và rút ng năđ c nhi u khâu trong quá trình s n xu t vì vi c ng

- Ti t ki măđ c nguyên v t li u mà v năđ m b o ch tăl ng, sự an toàn cho

Xe b Ủt.ăĐi ăđóăcũngăđ ngănghƿaăv i vi c ti t ki mănĕngăl ng và gi m ô nhi m môi

tr ng

- T đóăchiăphíăs n xu t s gi m và mang l i m t giá thành h p lý phù h p v i

tình hình khách quan hi n nay

ch tăl ng v n t i hành khách công c ng, mà ti năđ là sự an toàn, tho i mái, ti n nghi

c ng, và gi i quy t m t cách hi u qu tình hình kẹt xe, an toàn giao thông hi n nay

CH NG 2

PHÁP PH N T H U H N 2.1 Lý thuy t b n v ph ngăphápăph n t h u h n

Ph ngă phápă PTHHă lƠă m tă ph ngă phápă s , s d ng trong nhi ă lƿnhă vực kỹ

thu tăkhácănha ,ătrongăđó cóălƿnhăvựcăc ăh c k t c u B n ch t c a PTHH là chia v t

đ că ácăđ nh trong t ng mi n con, m i mi năđ c g i là m t PTHH D ng ph n t

nút

2.1.1 Bài toán cơ học kết cấu

Khiăngo iălựcătácă ngăvƠoăv tăth ,ăkhi năv tăth ăb ăbi nă ngăvƠăn iălựcăcơnă

b ngăv iăngo iălực.ăT ăđơyăhìnhăthƠnhăbƠiătoánăc ăh căk tăc ,ăth ngăđ căth ăhi nă

iă ngăph ngătrìnhăviăphơn

Ph ngăphápăPTHHăđ ăgi iăbƠiătoánăc ăh căk t c ăcóăth ăthựcăhi năb ngăcáchă

l yăchuyển vị làm gốc (ẩnăs ălƠăch y năv )ăhoặcăl yăứng suất làm gốc (ẩnăs ălƠălực)

2.1.2 Bi ểu thức tổng quát ma trận độ cứng phần tử và kết cấu

Maătr năđ ăc ngăph năt ăđ că ơyă ựngă ựaătrênăsựăcơnăb ngătƿnhăc aăph năt ăKhiăph năt ăb ăbi nă ngă iătácă ngăc aăv ct ăngo iălựcă{Fe}ăđặtăt iănútăc aănó,ătaăcóăph ngătrìnhăcơnăb ngănĕngăl ng:

V W (2.1)

Trongăđó:

nútă chăch y năm tăl ngăb ngăv ct ăch y năv ă{ e}T

1

V i:ă T

}{ :ăv ct ă ngăs t

}{ :ăv ct ăbi nă ng

V:ăth ătíchăc aăph năt ăk tăc

Khiă gi ă v ct ă ngo iă lựcă {Fe}ă khôngă đ i,ă m tă bi nă thiênă oă{ ue} c aă v ct ă

ch y năv ănútă{ e}ăph iăgơyăraăcácăbi năthiênă oă{ } c aă ngăs tă{ } và { } c aă

bi nă ngă{ },ăth oăng yênălỦăcôngă o,ătaăcó:

W

Trongăđó:

}F{}u{

e

dV}]

{}{}{}[{

V

T

e] [B] [D][B]dVK

[ lƠămaătr năđ ăc ngăc aăph năt ăk tăc

Doătíchăbaămaătr nă[B]T[D][B] choătaămaătr năv ôngăđ iă ng,ănênămaătr năđ ă

c ngă[Ke]ălƠămaătr năv ôngăđ iă ng

G iăs ăb cătựă oăm lƠăs ăcácăthƠnhăph năch y năv ă ,ăv,ăw,ầăcóăth ăcóăt iăm iănútăc aăph năt ăvƠăne lƠăt ngăs ănútăc aăph năt ,ăthìăt ngăs ăb cătựă oăc aăph năt ălƠă

mne.ăLúcăđóămaătr năđ ăc ngăph năt ă[Ke]ăs ăcóăkíchăth călƠă(mne x mne)

Đ ăcóămaătr năđ ăc ngă[K]ăc aăc ăk tăc ătaăph iăghépăn iă(ch ngăch t)ăcácămaă

tr năđ ăc ngă[Ke]ăc aăt tăc ăcácăph năt ăt oănênăk tăc ăMaătr năđ ăc ngăk tăc ă[K]ăcũngălƠăm tămaătr năv ông,ăđ iă ngăvƠăcó kíchăth că(mn x mn) v iănălƠăt ngăs ănútă

c aăk tăc

2.1.3 Xác định vector chuyển vị nút{U} của cả kết cấu

Đ i v i toàn k t c ,ătaăcóăph ngătrìnhăcơnăb ng:

(2.8)

Đ ácăđ nhăv ct ăch y n v nút {U} c a c k t c u, ta gi i h ph ngătrình (2.34), thôngăth ng b ng hai lo iăph ngăpháp:

- Cácăph ngăphápătrực ti p: đơyăs cácăphépătoánăđ c bi tătr c

- Cácăph ngăphápălặp: cho phép k t qu càng g năđúngăsa ăm i l n lặp S

2.1.4 Xác định phản lực tại các gối tựa

H ph ngătrìnhă[K]{U} = {F}có th vi tă i d ng sau:

taă ácăđ nhăđ căcácăẩnăs ălƠăch y năv ăt iăcácănútăph năt

Giaiăđo nă3:ăX ălỦăk tăqu

7 Ki mătra,ăk tăq ăph iăth aămưnăcácăđi ăki năbiên, đi ăki năv tălỦ

2.2 Bài toán t iă uăhóaăk t c u

2.2.1 Cơ sở chung cho bài toán tối ưu hóa kết cấu

M t cách t ng quát, bài toán t iă ăđ căđặt ra là tìm các bi n x1, x2,ầ, n sao

hi i (iă=ă1,ă2,ă3,ầ,ăm2) (2.12)

i i

Trongăđó:

đ iă đ đ t t i thi t k t iă ,ă th hi nă i d ngă v ct ă nh ă sa :ă

]

[x1 x2 x3 xn

x ăTrongăđó,ăt p h p các bi n thi t k ph i thu c n (s

l ng bi n thi t k ) kho ng gi i h nătrênăvƠă i, hay còn g i là ph m vi thay

đ i bi n thi t k ,ănh ăsa :

i i

tr ng thái b gi i h n b i giá tr dung sai

)x(hh

i i

* i

* i i

Ph ngăánăthi t k kh thi làm cho hàm m cătiê ăđ t giá tr cực ti u (hay cựcăđ i) g i lƠăph ngăánăthi t k t iă ăPh ngăánăthi t k t iă ăđ că ácăđ nh dựa vào m t trongăcácăđi u ki n sau:

- N u t n t i m t hoặc nhi ăph ngăánăthi t k thìăph ngăánăthi t k t iă ălƠă

ph ngăánăthi t k kh thi làm cho hàm m cătiê ăđ t giá tr cực ti u (hay cựcăđ i)

- N u không t n t iăph ngăánăthi t k kh thiăthìăph ngăánăthi t k t iă ălƠă

ph ngăánăthi t k g n v iăph ngăánăthi t k kh thi nh t

ăk t c u, hàm m cătiê ăth ng bi u th cácăđ iăl ngănh :ătr ngăl ng, ng su t, th

2.2.2 Lý thuy ết cho bài toán tối ưu kết cấu bằng phương pháp lực ma trận

đi u ki năđ m b oăđ b n, đ c ng Ràng bu că i d ngăđ ng th călƠăđi u ki n cân

b ng c a h

a Hàm m c tiêu

B n ch t bài toán t iă ăv th tích hoặc tr ngăl ng k t c u là phân ph i v t

Trongăđó:ă itr ngăl ng riêng v t li u nhóm i

b H ràng bu c

NgoƠiăđi u ki n bi n d ng c a h c ăb n ph i gi ngănh ăh siê ătƿnhăbanăđ u, cònăliênăq anăđ năhaiăđi u ki n ph iăđ m b o, đóălƠăđ b năvƠăđ c ng

Đi u ki năđ b n c n vi t cho t ng ph n t c a k t c u dựa trên các bi u th c

n i lựcăvƠăđặtătr ngăhìnhăh c c a ti t di n

Đi u ki năđ c ngătrongătr ng h p t ng quát vi t cho chuy n v c a t t c các

Quan h gi a n i lực và bi n d ng:

S B P

S B X

.( o X )

U F S F B P B X

Bi u th c c a chuy n v nút:

.

T ngătự tr ng thái gi t oăđặt các lực b ngăđ năv t iăcácăđi măđặt lực, và áp

Trongăđó:ăN-s nhóm ,

El

Trongăđóă icos i, icos i, icos ,i icos i, icos i, icos i

Vì cos i sin i,cos i 0 oăđó

icos i, isin i, icos i, sini i

*Ràng bu c v đ c ng

Đi u ki n v đ c ngăq yăđ nh chuy n v t i m t s nútănƠoăđóăc a dàn không

đ căv t quá gi i h năchoăphép.D i d ng ma tr n,đi u ki n ràng bu c này có th

bƠiătoánăc ăh c k t c u, bi n là n i lực có th âm hoặcă ngăth oăq yă c Trong m t

s tr ng h p ph c t p khó nh n bi tă oăđóăc n có bi n pháp x lý bi n âm

+D u c a chuy n v t i m tăđi mănƠoăđóăch aăxácăđ nh rõ

Khi d ăch aărõăc a xR là chuy n v nút R c a dàn

x e (1)

Trongăđó:eRbi u th giá tr chuy n v cho phép t i nút R

Đápă ngăđ c ng, ph i th aămưnăđi u ki n:

+D u c a ng su t t i m tăđi mănƠoăđóăch aăxácăđ nh rõ

Iătrongă Ơn.Đ đ m b oăđi u ki n biên ta có:

n i i

2.2.4 T ối ưu hóa kết cấu bằng phương pháp phân tích độ nhạy

Phơnătíchăđ nh yălƠăph ngăphápăđi u chỉnh k t c u sao cho vi c s d ng v t

Phơnătíchăđ nh y c a chuy n v

A A m l năl t là giá tr banăđ u,giá tr m iăđi u chỉnh k t c u dàn

1

.( )

m j

i

x

K t lu n: Trong bài toán k t c ,ăph ngăphápăph n t h u h n s đ c áp d ng giúp

 Dựaătrênăph ngăth c ma tr năđ c ng ph n t k t h p v i m i quan h gi a

lực, chuy n v vƠăđ c ng c a h ,ăph ngăphápăs giúp gi i quy tăđ c bài toán

c ăh c nh mă ácăđ nhăđ c các ng x gi a nh ng thành ph n k t c u trong h

 K t h p gi aăcácăph ngăphápămaătr n lực, ma tr n chuy n v và vi c phân tích

đ nh yăđ gi i quy t bài toán t iă ăhóaăk t c u nh mătĕngăđi u ki n ch u t i

CH NG 3

NG D NG PH N M M HYPERWORKS TRONG TÍNH TOÁN K T

3.1 T ng quan v ph n m m Hyperwork

qu Hyperworks bao g m các công c mô hình hóa ph n t h u h n, phân tích và t i ăhóaăcácăc u trúc,ăl ăch t, h đaăv t th ,ăđi n t và v tríăĕng-ten, phát tri n các mô hìnhăc s , phân tích các h đaămôiătr ng.ăNg i dùng có toàn quy n truy c p vào

m t lo t các gi i pháp c aăAltairănh ăgi i pháp thi t k , các gi i pháp kỹ thu t, hi n

th , gi i pháp qu n lý d li u t Altairă vƠă cácă đ i tác.[theo [2], overview of finite

element analysis, trang 7]

nh ăphátătri nămôăhình,ăđi n t , các c ătrúcăđaăv t li u, các h đaăv t th vƠăđaăngƠnh,ă

phẩm m iă nh :ă Soli Thinkingă Activate, SolidThinking, Compose và SolidThinking Emb ăchoălƿnhăvực phát tri nămôăhìnhăc ăs ,ăFl ,ăFEKOăvƠăWinpropătrongălƿnhăvực

đi n t ,ăM ltiscal ăD sign răvƠăsoli ThinkingăClick2E tr ătrongălƿnhăvực phát tri n

c ăb n s xu t phát t mô hình v t lý và thực hi n các vòng lặpătínhătoánăsa ăkhiăđ c

đ iăđơy:

Hình 3.1 Quy trình tính toán trong Hyperwork

3.1.1 Các Modul c ủa Hyperwork

Trênă c ă s phân tích ph n t h u h n,ă Hyp rworkă đưă tíchă h p vô s modun giúpăng i dùng tùy bi n trong quá trình thi t k và có th k đ n m t s gi i pháp

Hypermesh: ĐơyălƠămo năth c b ti n x lý mô hình ph n t h u h n hi u

su tăcao.ăMôiătr ngăt ngătácătrực quan giúp phân tích thi t k s n phẩm hi u

qu B giao di n liên k t trực ti p v i các ph n m mă CADă nh ă NX,ă Pro ,ă

Adams, Abaqus, LS-Dyna, Moldflow, Moldex3D, Nastran, StarCD (c a

q ánăđưăđ c ch ng minh phù h p cho t t c các doanh nghi p

Motionsolve: M t gi iă phápă phơnă tíchă đ ng lực h c m nh m cho vi c mô

ácăhƠnhăviăđ ng h c h th ng Trong ngành công nghi păôătô,ămo nănƠyăđ c

Hình 3.3 Tổng quan về Motionsolve

Radioss: Radioss là m t gi i pháp phân tích ph n t h u h n cho phép gi i

toánăđ ng h c va ch măcũngănh ăđ êm d u c a ô tô s đ c hi n thực hóa m t

Optistruct: OptiStruct m t gi i pháp phân tích k t c u mô hình hi nă đ iă đưă

đ c ki m ch ng dành cho các v năđ mô ph ng tuy n tính và phi tuy nă i tácăđ ng c a t i tr ngătƿnhăhoặc t i tr ngăđ ng.ăĐơyălƠăgi iăphápăđ c s d ng

r ng rãi nh t cho thi t k và t iă ăhóaăk t c u giúp gi măchiăphíătĕngănĕngăs t

Hình 3.5 Tổng quan về Optistruct

Hypergraph: Hypergraph có kh nĕngăphơnătíchăm nh m Là công c v đ

th,ăchoăphépăng i dùng theo dõi các giá tr đ u ra c a k t qu tính toán m t

chỉnh ch tăl ng tính toán m t cách t iă

HyperView: T o ra báo cáo k t qu phân tích m t cách trực quan, dựa trên k t

qu phân tích ph n t h u h n và mô ph ngăđaăv t th

3.1.2 Các ki ểu phần tử hữu hạn trong Hyperwork

a Ph n t m t chi u (1D element)

đ c s d ngăđ k t n i các nút v iănha ,ăđínhăcácăm tăl i không gi ng nhau, phân

m t th iăđi m Chúng có th đ c s d ngăđ t o ra nhi u lo i k t n i các y u t

nh ăsa :

Hình 3.8 Các kiểu liên kết trong phần mềm hyperworks [2]

b Ph n t t m v (shell element): là các ph n t 2-Dăc ăb năđ i di n cho không

kỳ ph n nào có th đ c mô t nh ăcóăđ dày nh so v iăkíchăth c toàn b c a

Hình 3.9 Kiểu phần tử tấm, vỏ [2]

c Ph n t 3 chi u (Solid element)

- Ph n t 3D b c 1 có 4, 5, 6 hoặc 8 nút, m i nút có 3 b c tự do

3.2 C u trúc t ng th c a m t bài toán b n trong ph n m m Hyperwork

C uătrúcăc ăb năc aăbƠiătoánăb nătrongăph năm măhyperworksăg mă4ăph n:

- Ph năimportă ăli ăca ăt ăcácăph năm măthi tăk

- Ph nă ălỦămôăhình:ă ơyă ựngămôăhìnhăl iăt ămôăhìnhăca ,ăcƠiăđặtăth cătínhăv tă

li ,ăkhaiăbáoăcontact,ăki ăliênăk t:ăb ălong,ăm iăhƠnầ,ăcƠiăđặtăđi ăki năbiên,ăđặtălựcătácă ngăvƠăkhaiăbáoăki ălin răstatic

- Gi iăbƠiătoán:ăb ăgi iăoptistr ctăs ăgi iăph ngătrìnhămaătr năđ ăc ngăđ ă ácăđ nhă

ch y năv ăt iăcácănútăt ăđóătínhăraăbi nă ng,ă ngăs tăc aăcácăph năt

- Ph nă măk tăq ătínhătoán:ăgiúpăng iă ùngăđ căcácăk tăq ăđ ăphơnătíchăk tăq ă

bƠiătoánăb nănh :ă ngăs t,ăch y năv ăv iăcácăbƠiătoánătƿnh;ăt năs ăriêng