Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại việt nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại việt nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại việt nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Đặt vấn đề
Hiện nay, nền kinh tế nước ta đang trên đà phát triển, kéo theo nhu cầu đi lại giữa các vùng miền ngày càng tăng Đáp ứng nhu cầu cấp thiết này, thị trường vận tải hành khách ngày càng phong phú với nhiều loại xe khách lưu thông trên các tuyến đường khác nhau, mang lại sự tiện lợi và nhanh chóng cho người dân Việc phát triển hệ thống vận tải đã kết nối các vùng miền, thúc đẩy hoạt động kinh tế và đáp ứng hiệu quả nhu cầu đi lại của người dân.
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 xe 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
Trong lĩnh vực vận tải đường bộ Việt Nam, các xe từ 29 chỗ trở lên chiếm một phần đáng kể, trong đó có 1.612 xe khách giường nằm Năm 2013, tổng số vụ tai nạn giao thông đường bộ lên tới 30.874 vụ, trong đó 21% là do người điều khiển ô tô gây ra và 9,7% liên quan đến ô tô chở khách Theo báo cáo của Tổ chức Y tế thế giới (WHO) công bố năm 2018, Việt Nam đứng thứ hai trong khu vực Đông Nam Á về số người chết do va chạm đường bộ, với tỉ lệ 26,1/100.000 người Trong năm 2018, Việt Nam có 24.970 người thiệt mạng vì tai nạn giao thông Cũng ghi nhận có một số vụ tai nạn đặc biệt nghiêm trọng liên quan đến xe khách, như va chạm và lật xe khi tham gia giao thông gây thiệt hại đến con người.
Vụ tai nạn xảy ra vào lúc 14 giờ ngày 26/7/2020 trên đường Hồ Chí Minh nhánh phía tây, gần khu vực cầu Trạ Ang, cách Phong Nha khoảng 10 km, thuộc địa bàn H.Bố Trạch, Quảng Bình do xe khách mất phanh đâm vào lan can bên đường và lật nghiêng khiến 13 người tử vong và 27 người bị thương
Hình 1 1 Ô tô khách đâm vào thanh chắn rồi lật
Càng ngày số vụ tai nạn giao thông ngày càng tăng lên, phần lớn do ý thức của người tham gia giao thông và ảnh hưởng của quá trình thiết kế, chất lượng sản phẩm của các công ty sản xuất ô tô Những vụ tai nạn có thể xảy ra từ nhiều hướng—trực diện, từ bên hông hoặc từ phía sau—quá trình va chạm làm biến dạng khung xe và gây tổn thương cho hành khách bên trong Vấn đề an toàn xe và bảo vệ hành khách đã là một trọng tâm được các nhà sản xuất quan tâm từ lâu, và nhằm đáp ứng yêu cầu này, các nhà nghiên cứu phần mềm đã phát triển các công cụ phục vụ cho nghiên cứu và kiểm tra chất lượng kỹ thuật.
Dựa trên cơ sở đó, đề tài vận dụng các phần mềm mô phỏng như Hypermesh và LS-DYNA để nghiên cứu và mô phỏng tính an toàn của kết cấu thân ô tô khách sử dụng khung xương sát-xi Monocoque 29/34 chỗ ngồi sản xuất trong nước; hiện tại chưa có công trình nghiên cứu trong nước công bố về quá trình lật nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE R66, nên kết quả mô phỏng được dùng làm cơ sở thiết kế cải tiến nhằm tăng độ bền và đảm bảo an toàn cho hành khách; nghiên cứu này có ý nghĩa thiết thực đối với ngành công nghiệp ô tô ở Việt Nam cũng như trên toàn thế giới.
Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
1.2.1 Các nghiên cứu trong nước
Hiện nay các đề tài nghiên cứu trong nước chủ yếu tập trung thiết kế và cải tiến khung xương, hệ thống sát-xi và mô phỏng trạng thái bền tĩnh để đánh giá tính ổn định của ô tô Bên cạnh đó, các nghiên cứu về va chạm đang được mở rộng với các hướng chính như lật nghiêng, va chạm trực diện và va chạm bên hông nhằm đánh giá khả năng bảo vệ cabin và giảm thiểu tổn thất cho người lái và hành khách Việc kết hợp mô hình mô phỏng với thử nghiệm thực tế giúp tối ưu hóa cấu trúc khung xương và hệ thống an toàn, từ đó nâng cao hiệu quả của các biện pháp an toàn trên xe khi gặp các tình huống va chạm.
Hiện nay, các đề tài nghiên cứu về các loại va chạm vẫn chưa được thực hiện đầy đủ và vẫn đang được các trường đại học cùng doanh nghiệp triển khai Các nghiên cứu này tập trung vào nhiều khía cạnh của va chạm, từ cơ chế và đặc tính va chạm tới ảnh hưởng của chúng đối với an toàn, thiết kế và quản lý rủi ro Trong phần tiếp theo sẽ liệt kê các đề tài nghiên cứu cụ thể liên quan đến các loại va chạm được xem xét.
Nghiên cứu, thiết kế, cải tiến tính an toàn lật nghiêng ô tô khách trên cơ sở tiêu chuẩn Châu Âu ECE R66 được thực hiện bởi tác giả Đỗ Kim Hoàng [1] Kết quả nghiên cứu của tác giả là mô hình khung xương ban đầu bị xâm phạm không đạt yêu cầu về tiêu chuẩn ECE R66, tiến hành cải tiến theo phương án là bo góc cạnh, đắp thêm miếng ốp, gia tăng tiết diện, gia tăng độ dày tại các điểm có ứng suất nguy hiểm Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu ô tô khách khi xảy ra va chạm lật nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu được thực hiện bởi tác giả Dương Chí Thiện [2] Tác giả tiến hành kiểm tra mô phỏng kiểm tra kết cấu khung xương không đạt yêu cầu về tiêu chuẩn ECE R66 Sau đó tiến hành chọn biến và tối ưu hóa ra kết quả không thông qua cải tiến Kết quả là trọng lượng các thanh kết cấu sau khi tối ưu hóa giảm 12,8% và chiều cao trọng tâm giảm 5,8mm so với trước khi cải tiến
Thiết kế tối ưu tính an toàn của kết cấu đầu xe bus khi va chạm trực diện được thực hiện bởi tác giả Phạm Quang Dư Từ mô hình ban đầu mô phỏng chưa đạt tiêu chuẩn châu Âu, đề tài đã được cải tiến theo hai phương án, trong đó Phương án 1 là sử dụng vật liệu tương đồng thiết kế các thanh tăng cường cho kết cấu chassis phần đầu xe.
Phương án 2 kế thừa Phương án 1, đồng thời thay đổi vật liệu ở các đối tượng được chọn sang nhôm và tăng tính hấp thụ của kết cấu Kết quả mô phỏng cho thấy Phương án 2 có ưu điểm vượt trội với khối lượng giảm thêm 9,812% so với trước khi cải tiến, và gia tốc giảm từ 5,341 mm/ms^2 xuống còn 4,809 mm/ms^2.
Nghiên cứu thiết kế tối ưu kết cấu an toàn lật nghiêng ô tô khách ghế ngồi
Universe trên cơ sở tiêu chuẩn an toàn Châu Âu ECE R66 được thực hiện bởi tác giả
Phạm Hồng Thao [4] Tác giả đã tiến hành giảm bề dày của các thanh ( giảm được 13,5%) do kết cấu ban đầu đã dư bền Tiếp tục thay đổi kết cấu của các thanh ở mảng bên hông trái và bên hông phải, các thanh ở mảng nóc và ốp miếng gia cường Sau đó tiến hành tối ưu mô hình khung xương Kết quả đạt được khối lượng sau khi tối ưu giảm thêm được 5% so với trước khi tối ưu và tổng khối lượng của mô hình giảm được là 18,5% so với trước khi cải tiến
Thiết kế tối ưu kết cấu khung xương và sát xi ô tô khách được thực hiện bởi tác giả Nguyễn Thành Tâm [5] Tác giả tiến hành mô phỏng và kiểm tra khung xương không đạt yêu cầu sau đó tối ưu hóa các biến lượng thiết kế để giảm khối lượng của khung xương Kết quả trọng lượng kết cấu khung xương sát xi giảm 11,4% so với kết cấu ban đầu
Nghiên cứu tính bền kết cấu khung xương ô tô chở khách theo tiêu chuẩn
Đề tài E/ECE/TRANS/505/66 do Nguyễn Khắc Huân thực hiện trình bày nghiệm thu khung xương ô tô khách Transinco K46 theo tiêu chuẩn ECE R66 và kết luận đáp ứng yêu cầu về không gian an toàn đi kèm trọng lượng nhẹ, đồng thời cho thấy các nghiên cứu trong nước về khung xe buýt, xe khách tại các trường đại học chủ yếu ở mức lý thuyết dựa trên mô phỏng CAE, chưa có mô hình thực nghiệm và chưa được ứng dụng vào sản xuất do điều kiện phát triển ngành ô tô còn hạn chế và khó thuyết phục doanh nghiệp; từ đó mục tiêu của tác giả là đưa ra các thông số tính toán cụ thể để áp dụng vào xây dựng mô hình xe khách mới và phát triển mô hình kiểm nghiệm độ cứng khung xương, đảm bảo an toàn kết cấu theo tiêu chuẩn ECE R66.
1.2.2 Các nghiên cứu ngoài nước Đối với mỗi chiếc xe khi sản xuất đều phải đảm bảo tính năng an toàn kết cấu Vậy nên việc thiết kế ô tô luôn được các nhà nghiên cứu chú trọng tới, và các nhà
5 nghiên cứu thiết kế chế tạo ô tô dựa vào tiêu chuẩn an toàn của nhà chức trách thực hiện nghiên cứu thiết kế và thử nghiệm tính năng an toàn trước khi sản xuất hàng loạt Như tiêu chuẩn quy định cường độ cứng khung xương ô tô khi xảy ra lật (Châu Âu ECE R66, Mỹ FMVSS 216), tiêu chuẩn đánh giá tổn thương của người ngồi trong ô tô khi xảy ra tai nạn: (Châu Âu ECE R94.01, Mỹ FMVSS 208, Trung Quốc GB 11551-2003), tiêu chuẩn đánh giá tổn thương người đi bộ (Châu Âu 2003/102/EC) Tùy vào mức độ thiết kế an toàn mà ô tô đó được xếp loại an toàn 1 sao, 2 sao,…và cao nhất là 5 sao
Có nhiều bài báo ở nhiều quốc gia khác nhau nghiên cứu về vấn đề an toàn lật nghiêng, có thể kể đến những bài báo sau:
Study on Bus Rollover Crashworthiness Based on Tube Filling Method, conducted by Cao Libo, Nguyen Thanh Tam, Huang Xingang, and Pang Jiniun, investigates crashworthiness by applying epoxy AB glue and wood powder sprayed onto deformed positions to achieve simulation results that meet the ECE R66 rollover safety standard A related work, Lightweight Design of Bus Body to Satisfy Rollover Safety, explores reducing bus weight while preserving rollover protection, illustrating how material optimization and structural design contribute to safer, lighter buses.
Nguyễn Thành Tâm, Cao Libo, Shi Xiangnan, Xu Zheng [8] Đề tài tối ưu hóa chiều cao cột gỗ, và bề dày thép hộp Kết quả giảm khối lượng 23,7 % so với trước tối ưu mà không gian an toàn không bị xâm phạm theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE R66 Effectiveness Of Ece R66 And Fmvss 220 Standards In Rollover
Crashworthiness Assessment Of Paratransit Buses được thực hiện bởi B Gepner, C
Bojanowski, L Kwasniewski và J Wekezer [9] Đề tài của nhóm tác giả này là đánh giá hai tiêu chuẩn an toàn lật nghiêng ECE R66 và FMVSS 220 trên cùng một mô hình xe buýt Paratransit Kết quả đạt được khác nhau nên có kết luận khác nhau để so sánh hai tiêu chuẩn an toàn lật nghiêng
Numerical Simulation of Bus Rollover được thực hiện bởi Tomas Wayhs
Trong đề tài này, tác giả thực hiện mô phỏng kết cấu khung xương của xe khách khi xảy ra lật nghiêng theo tiêu chuẩn ECE R66, nhằm đánh giá mức độ chịu lực và an toàn của khung trong tình huống khẩn cấp Tiếp đó, họ tiến hành cải tiến thanh khung xương và kiểm nghiệm bằng mô hình kéo nén để xác nhận hiệu quả của giải pháp gia cố, đảm bảo các yêu cầu an toàn theo tiêu chuẩn châu Âu.
New Optimized Bus Structure to Improve the Roll-Over Test (ECE-R66) Using
Structural Foam with High Strength Steel được thực hiển bởi Salvador Ruiz and
Pablo Cruz, Blai Sorita and Humbert Vida [11] Trong nghiên cứu này, một giải pháp sử dụng thép cường độ cao và bọt kết cấu đã được thiết kế để cải thiện sự hấp thụ năng lượng và giảm trọng lượng cuối cùng của cấu trúc xe buýt
Structural Design Optimization of the Body Section Using the Finite Element
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Thiết kế và tối ưu hóa kết cấu khung xương sát-xi cho xe khách 29/34 chỗ nhằm đảm bảo an toàn theo tiêu chuẩn ECE R66, đồng thời giảm trọng lượng khung Quá trình này tăng khả năng hấp thụ năng lượng va chạm và tối ưu hóa hiệu suất bảo vệ hành khách khi xảy ra tai nạn.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài dựa trên mô hình khung xương ô tô khách 29/34 chỗ ngồi do nhà sản xuất trong nước cung cấp
- Phân tích trạng thái bền động của kết cấu khung xương bên hông ô tô khách 29/34 chỗ ngồi Bỏ qua sự mất mát năng lượng khi xe chuyển động
- Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách khi xảy ra va chạm lật nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE R66.
Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan các đề tài nghiên cứu về tính an toàn kết cấu thân xe khách
- Phương pháp xây dựng cơ sở lý thuyết và ứng dụng phần mềm
- Xây dựng mô hình xe khách 29/34 chỗ từ 2D sang 3D và tiến hành phân tích phần tử hữu hạn
- Dùng phần mềm LS – Dyna để mô phỏng quá trình va chạm lật nghiêng và phần mềm HyperView để hiển thị và phân tích kết quả mô phỏng
Trên cơ sở kết quả mô phỏng, chúng tôi tiến hành thiết kế tối ưu mô hình khung xương Để phân tích và tối ưu các tham số hồi quy, chúng tôi sử dụng phần mềm SPSS nhằm thực hiện phân tích hồi quy và đánh giá các hệ số liên quan Đồng thời, giải thuật di truyền GA được triển khai trên Matlab để tìm ra các giá trị tối ưu một cách toàn diện và hiệu quả Kết quả hợp nhất từ SPSS và GA cho phép định hướng thiết kế khung xương đạt hiệu suất và độ ổn định mong muốn.
- Mô phỏng, kiểm nghiệm và đánh giá lại kết quả đạt được sau khi thiết kế tối ưu mô hình khung xương và so sánh với tiêu chuẩn ECE R66
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM
Xác định trọng tâm xe
2.2.1 Xác định trọng tâm theo chiều dọc Để xác định được tọa độ trọng tâm theo chiều dọc ta cần phải có các khối lượng phân bố trên xe như Hình 2.4
Hình 2 4 Sơ đồ khối lượng phân bố trên xe theo chiều dọc
Xe có toàn bộ trọng lượng G
Bánh trước G 1 và bánh sau G 2 :
Lập phương trình cân bằng moment tại điểm tiếp xúc O 1 :
G Trong đó: a: Khoảng cách từ trọng tâm tới tâm bánh xe trước b: Khoảng cách từ trọng tâm tới tâm bánh xe sau
L: Chiều dài cơ sở của xe
G1: Khối lượng đặt tại cầu trước
G2: Khối lượng đặt tại cầu sau (2.3)
2.2.2 Xác định trọng tâm theo chiều cao
Hình 2 5 Đưa xe lên bàn cân Đặt xe lên bàn cân như Hình 2.5, 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 G 2 ′
Ta phân tích thành các trọng lượng thành phần:
Gcosα; G 2 ′ cosα: Vuông góc với mặt tiếp xúc Gsinα; G 2 ′ sinα: Song song mặt tiếp xúc Lập phương trình cân bằng moment tại tâm bánh xe trước O 1 :
∑ M O 1 = Gcosα a + Gsinα(h g − r b ) − G 2 ′ cosα L = 0 (2.4) Thay (2.2) vào (2.4) ta có:
Trong đó: α: Góc nghiêng đặt xe và α = arctg H
L hg : chiều cao trọng tâm xe rb : bán kính bánh xe
2.2.3 Xác định độ lệch trọng tâm theo chiều ngang
Hình 2 6 Cân bánh xe bên trái lên bàn cân
Cân bánh xe bên trái lên bàn cân ( Hình 2.6 ) 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 O 2 :
Trong phần G c (2.8), c được hiểu là chiều rộng cơ sở Để có thể áp dụng các phương pháp phân tích tính toán được nêu trên nhằm xác định tọa độ trọng tâm, ta cần có đầy đủ các thông số về khối lượng phân bố tại các bánh xe Do đó, việc sử dụng phần mềm mô phỏng là cần thiết để thu thập và tính toán chính xác các tham số này và từ đó xác định tọa độ trọng tâm của hệ cơ cấu.
Lý thuyết biến dạng phi tuyến tính
Nội dung chủ yếu của bài toán phi tuyến về vật liệu được thể hiện ở trạng thái làm việc của vật liệu không giống nhau trong từng giai đoạn Điều này được thể hiện ở quan hệ ứng suất - biến dạng ( Hình 2.7) Khi xét vật liệu làm việc trong giai đoạn đàn hồi, quy luật thay đổi của ứng suất và biến dạng là như nhau trong mọi thời điểm Tuy nhiên, thực tế đã chứng minh rằng: trạng thái ứng suất và biến dạng có quan hệ mật thiết với nhau, sự thay đổi của đại lượng này sẽ chi phối sự thay đổi của đại
13 lượng khác Nội dung chính sẽ tập trung nghiên cứu phương trình cơ bản của phương pháp PTHH cho bài toán phi tuyến vật liệu cũng như việc tính toán xác định các thành phần của nó Hơn thế nữa cùng cần làm rõ những quan hệ cơ học của vật liệu để từ đó có những ứng xử thích hợp trong việc chính xác hóa lời giải của bài toán phân tích ứng suất biến dạng trên khung xương
Có nhiều loại mô hình vật liệu được dùng trong phân tích ứng suất - biến dạng của kết cấu thép Qua các nghiên cứu và so sánh chi tiết các mô hình này, người ta rút ra đặc điểm, ưu nhược điểm của từng mô hình để từ đó lựa chọn mô hình vật liệu thép phù hợp cho tính toán dựa trên một khung mô hình hóa cụ thể, nhằm đảm bảo độ tin cậy và hiệu quả của quá trình mô phỏng hành vi chịu tải của kết cấu thép.
Hình 2 7 Mối quan hệ ứng suất và biến dạng
Trong quá trình mô phỏng vật liệu làm việc ở giai đoạn phi đàn hồi với đặc tính cơ học thay đổi theo thời gian, quan hệ giữa ứng suất và biến dạng s = s(e) trở thành phi tuyến Giai đoạn phi đàn hồi cho thấy vật liệu phản ứng không tuyến tính với tải trọng và sự biến đổi của modulus đàn hồi theo thời gian, đòi hỏi các mô hình phi tuyến để dự báo đúng hành vi vật liệu Hình 2.8 minh họa mối quan hệ phi tuyến giữa s và e trong giai đoạn này, giúp người đọc hình dung sự biến đổi của ứng suất theo biến dạng khi thực hiện mô phỏng.
Khi đó quan hệ giữa véc tơ ứng suất {s} và véc tơ biến dạng {e} có thể viết dưới dạng:
+ Ma trận [Eep(e)] là ma trận đàn hồi dẻo, là hàm của trạng thái biến dạng {e} + Trạng thái biến dạng {e} lại là hàm phụ thuộc vào các chuyển vị nút {U}: {e} = [Dep(U)]{U} (2.10)
Do đó ta có thể biểu diễn mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng dưới dạng mối quan hệ giữa trạng thái ứng suất {s} và chuyển vị nút {U} như sau:
Như vậy các hệ thức (2.9) và (2.10) hoàn toàn xác định biến dạng và ứng suất tại mọi điểm bên trong phần tử khi biết vectơ chuyển vị {U} tại các nút của phần tử Với thông tin chuyển vị ở các nút, ta có thể tính toán biến dạng nội tại và ứng suất nội tại ở mọi điểm trên phần tử một cách toàn diện, đảm bảo tính nhất quán trong phân tích cấu trúc và thuận tiện cho các bước mô phỏng và tối ưu hóa thiết kế.
Hình 2 8 Quan hệ ứng suất – biến dạng của vật liệu đàn hồi
Trong thử nghiệm kéo-nén đúng tâm trên một mẫu vật liệu, khi ngoại lực tác dụng lên mẫu chưa vượt quá một giá trị giới hạn thì mẫu vẫn làm việc trong miền đàn hồi tuyến tính Mô đun đàn hồi xác định độ cứng và khả năng phản ứng của vật liệu ở trạng thái này, trong khi mô đun đàn hồi tiếp tuyến mô tả sự biến thiên của phản ứng đàn hồi khi tải tăng lên Hình minh họa cho đặc tính này thể hiện sự phân bố ứng suất và biến dạng trên mẫu vật, giúp nhận diện giới hạn đàn hồi và phạm vi làm việc của vật liệu.
Định luật Hooke cho biết mối quan hệ giữa ứng suất kéo theo phương x1 và độ biến dạng tuân theo quy luật tuyến tính trong vùng đàn hồi Đồ thị tương quan giữa ứng suất và độ biến dạng thể hiện một đoạn thẳng ban đầu có độ dốc bằng tan α, và chính độ dốc này là hằng số tỉ lệ E – modulus đàn hồi của vật liệu Nói cách khác, với biến dạng nhỏ, ứng suất kéo tỉ lệ thuận với độ biến dạng và hệ số tỉ lệ này là E.
Hình 2 9 Thí nghiệm thực tế và miền giới hạn đàn hồi
1 = E.1 (2.12) Trong đó: E: mô đun đàn hồi Young
Khi vật liệu bị giãn đơn trục thì sự giãn dài 1 đều kèm theo biến dạng ngang: nó trái dấu và tỉ lệ với sự giãn dài theo định luật Poisson: ε2 = ε3 = – ν ε1 (2.13) Trong đó ν là hệ số Poisson không có thứ nguyên – theo thực nghiệm ν < 0,5
Thử nghiệm vật liệu ở miền đàn hồi với trạng thái ứng suất tiếp cho ta quan hệ giữa các ứng suất tiếp ở mặt bên của phân tố hình hộp và biến dạng trượt của các mặt đó.( Hình 2.10)
Hình 2 10 Mô tả quá trình biến dạng trượt của vật liệu
Giới hạn lật đổ của xe
Giả thiết xe đang nằm trên mặt phẳng nghiêng như Hình 2.11, và lúc này thì sự trượt không xảy ra nên khi mặt phẳng này nghiêng đến một góc 𝛽 nhất định nào đó thì xe sẽ tự động lật đổ xoay quanh điểm A
Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên xe
Hình 2 11 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên xe
Phương trình cân bằng moment tại điểm A:
Xe bắt đầu lật khi: ∑ Z ′′ = 0, ta có:
Góc giới hạn lật đổ:
2.1271) = 32,6 0 (2.18) Trong đó: β tmax : Góc nghiêng giới hạn c = 1650 (mm): Chiều rộng cơ sở 2 bánh sau của xe h g = 1271(𝑚𝑚): Chiều cao trọng tâm xe
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 ECE R66 cho phép ta giả định rằng mặt phẳng xe đứng yên như Hình 2.12, khoảng cách giữa 2 mặt phẳng là 800 (mm), xe có trọng tâm là G và không chịu tác dụng của ngoại lực
Hình 2 12 Xe đang đứng yên trên mặt phẳng lật
Trong bài toán này, mặt phẳng quay quanh điểm lật với vận tốc góc nhỏ hơn 0,087 rad/s (tương đương 5 độ/s) Lúc này, trọng tâm xe sẽ di chuyển từ điểm G sang vị trí G’, tương ứng với góc nghiêng β = 32,6 độ, và xe bắt đầu xảy ra lật nghiêng với vận tốc góc ban đầu ω0 ≈ 0 rad/s, như Hình 2.13 thể hiện.
Hình 2 13 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 2.14 chính là thời điểm xe bắt đầu lật đến thời điểm bắt đầu xảy ra va chạm với mặt đường Vận tốc góc lúc bắt đầu xảy ra va chạm với mặt đường được tính theo công thức (2.22)
Hình 2 14 Xe bắt đầu chạm mặt đường
Trọng tâm xe thay đổi theo quỹ đạo như Hình 2.15
Hình 2 15 Sự thay đổi trọng tâm khi lật
Trong đó: h g = 1271 (mm): Chiều cao trọng tâm so với mặt phẳng lật khi xe đứng yên h 1 = 1669 (mm): Chiều cao trọng tâm so với mặt phẳng lật khi xe bắt đầu lật h 2 = 726 (mm): Chiều cao trọng tâm so với mặt phẳng lật khi xe va chạm
B = 2400(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:
Trong quá trình bắt đầu lật xe, hệ thống chịu tác dụng của gia tốc trọng trường và không có vận tốc góc ban đầu Khi trọng tâm ở vị trí G’, toàn bộ năng lượng tại thời điểm này là thế năng, vì động năng quay vẫn bằng không ở trạng thái tĩnh ban đầu Sự biến thiên của thế năng khi trọng tâm di chuyển quanh trục quay sẽ quyết định lượng năng lượng được chuyển đổi thành động năng và ảnh hưởng tới nhịp độ lật, giúp hiểu rõ mối quan hệ giữa thế năng và động năng trong quá trình lật xe.
Trong va chạm với mặt đường, ngoài tác động của gia tốc trọng trường, xe còn chịu ảnh hưởng của vận tốc góc ban đầu Năng lượng sinh ra khi trọng tâm nằm tại vị trí G’’ là tổng của thế năng và động năng, phản ánh sự biến đổi năng lượng trong quá trình va chạm.
2Jω 2 (2.20) Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng từ trạng thái bắt đầu lật cho đển khi xảy ra va chạm cho phương trình (2.3) và (2.4):
M = 8280(kg): Khối lượng toàn tải của xe g = 0,00981(mm ms⁄ 2 ): Gia tốc trọng trường
∆h = h 1 − h 2 = 1669 − 726 = 943(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 một cách trực tiếp Để xác định giá trị của moment quán tính, ta đưa ra giả thiết về vận tốc góc ban đầu và sử dụng các phương pháp tính toán hoặc mô phỏng số để ước lượng Việc giả thiết vận tốc góc ban đầu là bước then chốt nhằm chuẩn hóa quá trình ước lượng và tăng độ chính xác của kết quả Kết quả ước lượng moment quán tính phục vụ cho phân tích động lực học, thiết kế hệ thống và đánh giá hiệu suất, đồng thời hỗ trợ tối ưu hóa mô hình thông qua so sánh với dữ liệu thực nghiệm.
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 như Hình 2.16
Hình 2 16 Động năng ban đầu
2Jω 1 2 = 1,3 10 4 (J) (2.23) Giá trị moment quán tính của toàn bộ mô hình:
(10 −3 ) 2 = 2,6 10 10 (kg mm 2 ) (2.24) Thay số liệu vào phương trình (2.22) ta tính được: ω = √2.8280.0,00981.943
Giới thiệu các phần mềm
Solidworks là phần mềm thiết kế kỹ thuật hỗ trợ các kỹ sư trong quá trình thiết kế chi tiết và lắp ghép các bộ phận máy rời rạc thành các cụm chi tiết, một cơ cấu máy hoặc một máy cơ khí hoàn chỉnh Người dùng có thể mô phỏng chuyển động của cụm chi tiết, cơ cấu hoặc máy đã lắp ráp, giúp hình dung rõ ràng cách vận hành và tương tác giữa các thành phần Phần mềm mang giao diện trực quan và các công cụ mô phỏng mạnh mẽ, hỗ trợ tối ưu hóa thiết kế và nâng cao hiệu quả làm việc trong các dự án cơ khí.
Hình 2 17 Giao diện phần mềm Solidworks
HyperWorks là nền tảng mô phỏng có kiến trúc mở toàn diện nhất, cung cấp các công nghệ hàng đầu giúp thiết kế và tối ưu sản phẩm một cách sáng tạo và hiệu quả Nền tảng này bao gồm công cụ mô hình hóa phần tử hữu hạn, phân tích và tối ưu hóa cho cấu trúc, lưu chất, hệ đa vật thể, điện từ và vị trí ăng-ten; phát triển các mô hình cơ sở; và phân tích các hệ đa môi trường, giúp người dùng tiếp cận toàn bộ giải pháp của Altair như thiết kế, giải pháp kỹ thuật, hiển thị và quản lý dữ liệu từ Altair và các đối tác Phiên bản HyperWorks v9.0 mang tới nhiều chức năng mới ở các lĩnh vực như phát triển mô hình, điện từ, cấu trúc đa vật liệu, hệ đa vật thể và đa ngành, cùng các giải pháp tối ưu hóa thiết kế Phiên bản này còn giới thiệu các sản phẩm mới như SolidThinking Activate, SolidThinking Compose và SolidThinking Embed cho phát triển mô hình cơ sở; Flux, FEKO và Winprop cho điện từ; và Multiscale Designer cùng SolidThinking Click2Extrude cho lĩnh vực phát triển vật liệu và sản xuất.
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) Ở trong Hyperworks này thì ta chỉ sử dụng 2 phần mềm nhỏ là HyperMesh và Hyperview để hoàn thành luận văn này
Chức năng chính: Chia lưới cấu trúc không gian của chi tiết, tạo nền tảng cho việc phân tích tính toán về sau
Khởi động HyperMesh: Từ Start Menu, chọn Altair HyperWorks9.0
HyperMesh có thể khởi động bằng cách nhấp đúp vào biểu tượng HyperMesh trên màn hình Desktop hoặc dùng lệnh Send to để gửi tới biểu tượng trên màn hình; phần mềm sẽ mở ra hộp thoại cho phép người dùng chọn môi trường làm việc (Hình 2.18) và sau khi chọn, nhấn OK để tiếp tục.
Hình 2 18 Giao diện làm việc của phần mềm Hypermesh v9.0
HyperView cho phép bạn hình dung dữ liệu tương tác và chuẩn hóa các hoạt động sau xử lý (post-processing) bằng các tính năng tự động, giúp tối ưu hóa quy trình phân tích CAE Nó tăng cường khả năng hiển thị bằng cách kết hợp hình ảnh động và công cụ vẽ biểu đồ XY mạnh mẽ, mang lại trực quan rõ ràng và dễ hiểu HyperView cũng cho phép lưu kết quả hình ảnh động 3D ở định dạng H3D nhẹ để bạn có thể hình dung và chia sẻ kết quả CAE một cách thuận tiện Để khởi động HyperView, từ Start Menu chọn Altair HyperWorks 9.0.
HyperView Hoặc có thể Send to biểu tượng HyperView trên màn hình Desktop rồi nhấp kép chuột lên biểu tượng trên màn hình để khởi động Phần mềm mở ra với hộp thoại cho phép người dùng chọn lựa file để hiển thị mô phỏng rồi nhấn Apply để hoàn tất như Hình 2.19
Hình 2 19 Giao diện làm việc của phần mềm HyperView 2.6.3 Phần mềm LS-DYNA
LS-DYNA là phần mềm mô phỏng đa năng và tiên tiến được phát triển bởi Livermore Software Technology Corporation (LSTC) Là một chương trình phân tích phần tử hữu hạn, nó được thiết kế để phân tích đáp ứng động phi tuyến của các cấu trúc 3D, cho phép mô phỏng các sự kiện thực tế và dự đoán phản ứng của nguyên mẫu, từ đó rút ngắn thời gian thiết kế Khả năng phân tích tiếp xúc tự động ở mức độ cao và các tính năng kiểm tra lỗi được kích hoạt giúp tăng độ chính xác và độ tin cậy của kết quả LS-DYNA hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong các ngành ô tô, hàng không vũ trụ, xây dựng, quân sự, sản xuất và công nghệ sinh học công nghiệp, là công cụ chủ lực cho nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực mô phỏng động lực học và tối ưu hóa thiết kế.
Khả năng tương thích và hỗ trợ hoàn toàn tự động giữa HyperMesh và LS-DYNA cùng với tính năng phát hiện lỗi cho phép người dùng trên toàn thế giới giải quyết các bài toán thiết kế khó khăn, kể cả các vụ tai nạn phức tạp Kết quả mô phỏng sau khi sử dụng LS-DYNA được so sánh với dữ liệu thực nghiệm từ nhiều khách hàng khác nhau, cho thấy tính nhất quán và độ tin cậy của phương pháp Các thử nghiệm mở rộng ở mức độ cao cho người dùng chứng tỏ phần mềm hỗ trợ hiệu quả trong quá trình phân tích, từ đó mang lại các kết quả mô phỏng chính xác và phù hợp với thực tế thiết kế.
LS-DYNA được sử dụng để giải quyết các bài toán đa vật lý, bao gồm cơ khí, truyền nhiệt và chất lỏng, hoặc các hiện tượng riêng lẻ như ứng suất nhiệt và tương tác giữa cấu trúc và chất lỏng Giao diện làm việc của phần mềm được thể hiện như Hình 2.20.
Hình 2 20 Tổng giao diện làm việc của phần mềm LS-DYNA
Sau khi ta khởi động phần mềm LS – DYNA lên thì ở thanh công cụ ta nhấn vào biểu tượng dấu mũi tên quay xuống để mở bảng hộp thoại Start Input and
Hình 2 21 Hộp thoại Start Input and Output 2.6.4 Phần mềm Matlab
MATLAB (Matrix Laboratory ) là phần mềm cung cấp môi trường tính toán số và lập trình, do công ty MathWorks thiết kế MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao
26 diện người dùng và liên kết với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác Giao diện làm việc của phần mềm như Hình 2.22
Hình 2 22 Giao diện làm việc phần mềm Matlab 2.6.5 Phần mềm SPSS
SPSS (viết tắt của Statistical Package for the Social Sciences) là một phần mềm máy tính chuyên dụng cho công tác thống kê, cho phép xử lý và phân tích dữ liệu sơ cấp — các thông tin được thu thập trực tiếp từ đối tượng nghiên cứu Phần mềm này được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu điều tra xã hội học và kinh tế lượng, hỗ trợ nhập liệu, thực hiện các phân tích thống kê và diễn giải kết quả một cách có hệ thống.
Phần mềm SPSS có các chức năng chính bao gồm:
Để thực hiện phân tích thống kê một cách toàn diện, bài viết trình bày chu trình từ thống kê mô tả (lập bảng chéo, tần suất và mô tả dữ liệu) đến phân tích khám phá và thống kê mô tả tỉ lệ; ở mức phân tích đơn biến, các công cụ chủ chốt gồm trung bình, t-test và ANOVA để so sánh giữa nhóm, cùng với các phép đo tương quan (giữa hai biến, tương quan từng phần và khoảng cách) và kiểm tra phi tham số khi cần; ở cấp độ dự đoán cho kết quả số, hồi quy tuyến tính được dùng để dự báo và ước lượng giá trị, đồng thời xác định các nhóm tiềm năng thông qua phân tích yếu tố, phân tích cụm (hai bước, K-means, phân cấp) và phân tích phân biệt nhằm phân biệt giữa các lớp Tham khảo tại SPSS: https://vi.wikipedia.org/wiki/SPSS
- Quản lý dữ liệu bao gồm lựa chọn trường hợp, chỉnh sửa lại tập tin, tạo ra dữ liệu gốc
- Vẽ đồ thị: Được sử dụng để vẽ nhiều loại đồ thị khác nhau với chất lượng cao
Quy trình làm việc của phần mềm SPSS
Đầu tiên, mở các file dữ liệu ở định dạng SPSS hoặc bất kỳ định dạng dữ liệu nào bạn đang làm việc với Tiếp theo, tiến hành xử lý dữ liệu bằng cách tính tổng và tính trung bình cho từng cột hoặc từng hàng để rút ra các insight và xu hướng từ bảng số liệu.
B3: Tạo các bảng và các biểu đồ - bao gồm đếm các phổ biến hay các thống kê tổng hơn (nhóm) thông qua các trường hợp;
B4: Chạy các thống kê suy diễn như ANOVA, hồi quy và phân tích hệ số
B5: Lưu dữ liệu và đầu ra theo nhiều định dạng file
Cách khởi động phần mềm
Trên màn hình desktop Windows, hãy nhấp vào biểu tượng SPSS; hoặc mở Start và chọn SPSS (phiên bản bạn đang cài đặt) Tùy mục đích phân tích dữ liệu của bạn, hãy chọn công cụ phù hợp như thống kê suy diễn, vẽ biểu đồ hoặc phân tích hồi quy tuyến tính để thực hiện các phân tích một cách chính xác (Hình 2.23).
Hình 2 23 Giao diện làm việc phần mềm SPSS
XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN XE Ô TÔ KHÁCH VÀ MÔ PHỎNG LẬT NGHIÊNG
Xây dựng mô hình xe khách 29/34 chỗ
3.1.1 Bản vẽ Cad 2D xe khách 29/34 chỗ
Bản vẽ Autocad 2D do nhà sản xuất trong nước cung cấp với các thông số và kích thước tổng thể ô tô khách như sau:
- Chiều dài tổng thể của xe L = 8700 (mm)
- Chiều rộng tổng thể của xe B = 2400 (mm)
- Chiều rộng cơ sở bánh trước 2023 (mm)
- Chiều rộng cơ sở bánh sau 1650 (mm)
- Chiều cao khi có bánh xe là H = 3126 (mm)
- Các kích thước về tiết diện thép vuông hộp khác nhau cấu thành khung xương xe khách 29/34 chỗ ngồi
Các bản vẽ 2D được thể hiện ở Hình 3.1 - 3.6
Hình 3 1 Bản vẽ 2D kết cấu mảng chụp đầu của xe
Hình 3 2 Bản vẽ 2D kết cấu mảng chụp đuôi của xe
Hình 3 3 Bản vẽ 2D mảng hông trái và phải của xe
Hình 3 4 Bản vẽ 2D kết cấu mảng sàn xe
Hình 3 5 Bản vẽ 2D kết cấu mảng mui xe
Hình 3 6 Bố trí chung sát xi
Dựa vào các thông số kích thước từ bản vẽ AutoCAD 2D do nhà sản xuất trong nước cung cấp, tác giả tiến hành xây dựng bản vẽ 3D bằng phần mềm SolidWorks để đảm bảo sự nhất quán giữa thiết kế hai chiều và mô hình ba chiều, đồng thời phục vụ cho quá trình tinh chỉnh chi tiết và kiểm tra khả thi trước khi sản xuất.
Tạo mặt giữa và chỉnh sửa mô hình trong Hypermesh
Sau khi thiết kế thành công mô hình tổng thể xe khách 29/34 chỗ ở dạng 3D, chúng tôi đưa mô hình này vào phần mềm Hypermesh để xây dựng quy trình mô phỏng Phần mềm Hypermesh được sử dụng để phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH), cho phép đánh giá độ bền, khả năng chịu tải và hiệu suất của kết cấu xe dưới các điều kiện tải trọng khác nhau, từ đó tối ưu hóa thiết kế và đảm bảo an toàn vận hành.
3.2.1 Tạo mặt giữa cho mô hình
Khi ta thiết kế mô hình khung xương xe khách ở dạng 3D bằng phần mềm
Trong SolidWorks, mô hình sẽ ở dạng khối, nên cần xác định các mặt chuẩn: mặt giữa, mặt trái và mặt phải Việc có ba mặt này giúp quá trình chia lưới và thiết lập tham số diễn ra thuận tiện và chính xác, từ đó tối ưu hóa mô phỏng, kiểm soát kích thước và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.
- Từ Menu chính, chọn Geom Midsurface AutoMidsurface, trong surf chọn
All, rồi chọn Extract để tạo mặt giữa mô hình theo Hình 3.8, 3.9
Hình 3 9 Trước và sau khi tạo mặt giữa 3.2.2 Chỉnh sửa mô hình
Xóa lỗ trên mô hình là bước quan trọng để đơn giản hóa và tối ưu cho quá trình chia lưới sau khi đã tạo mặt giữa Các lỗ này là các lỗ bắt bulông và sau khi xóa sẽ giúp mô hình gọn gàng, giảm phức tạp hình học và tăng hiệu suất meshing Những lỗ được đánh dấu chữ "xP" sẽ bị loại bỏ và thay bằng một mặt phẳng tương ứng, như minh họa ở Hình 3.10.
Hình 3 8 Tạo mặt giữa cho mô hình 3D
Hình 3 10 Các lỗ trước và sau khi bị xóa
- Xóa các mặt trùng, các góc bo tròn:
Trong quá trình xây dựng mô hình 3D và chia lưới, có thể xuất hiện các mặt trùng nhau khiến lưới bị lỗi và sinh ra nhiều lưới xấu Để hạn chế sự trùng lặp và đảm bảo việc phân chia lưới diễn ra chính xác, các mặt trùng và các góc bo tròn sẽ bị xóa, thay vào đó các mặt phẳng được kéo dài để giao nhau tạo thành góc vuông và cạnh sắc (Hình 3.11).
Hình 3 11 Trước và sau khi xóa các mặt bo tròn
Trong phần mềm HYPERMESH có các chức năng xây dựng thêm một số chi tiết, bộ phận như: tạo thêm mặt, cắt mặt…với không gian 2D, 3D tương tự như CAD để chỉnh sửa hoặc thêm hoàn thiện mô hình Để hoàn thiện cho việc mô phỏng cần tạo thêm mặt đường, tường va chạm trong giao diện phần mềm HYPERMESH.
Chia lưới mô hình và kiểm tra chất lượng lưới
Muốn chia lưới ta sử dụng phím tắt F12 hoặc chọn Menu 2D Automesh , trong surfs (do mô hình đang ở dạng mặt) chọn All (chọn tất cả đối tượng cần chia), còn việc chia lưới mô hình theo từng mảng ta phải chọn Displayed (chọn các đối tượng hiện thị trên khu vực đồ họa hiện hành), tiếp theo ta nhập giá trị trong Element size là 20 (chia lưới 20 để dễ tính, lưới càng nhỏ thì độ chính xác càng cao tuy nhiên thời gian tính toán rất lâu), tại mục Mesh type chọn Mixed (loại lưới hỗn hợp giữa hình vuông và tam giác nhưng ưu tiên lưới hình vuông hơn), chú ý chọn chế độ
Automatic rồi chọn Mesh Sau khi chia lưới ta được mô hình như Hình 3.12
Hình 3 12 Trước và sau khi chia lưới 3.3.2 Kiểm tra và chỉnh sửa lưới
Việc kiểm tra và chỉnh sửa lưới được thể hiện qua các ý cơ bản sau:
- Kiểm tra và gắn kết lại những phần tử lưới chưa liên kết
+ Tool edges Chọn những phần tử (elems) lưới cần gắn kết với giá trị dung sai tolercance thiết lập Thao tác này có thể thay thế bằng phím tắt Shift + F3
+ Khi thấy xuất hiện các nút phần tử chưa liên kết màu xám như Hình 3.13 Nhấn equivalence để tự động liên kết phần tử lại với nhau
Để kiểm tra tiêu chuẩn chất lượng lưới, hãy chọn Mennu 2D và bật Quality index Chỉ số chất lượng sẽ hiển thị số lỗi và phần trăm lỗi của lưới, giúp đánh giá nhanh mức đáp ứng các tiêu chí chất lượng Để đảm bảo lưới đạt tối ưu, cần sử dụng các công cụ chỉnh sửa lưới và khắc phục lỗi đến mức tối thiểu (xem Hình 3.14).
Hình 3 14 Bảng hiển thị chất lượng lưới
Các lưới lỗi thiết lập trong phần mềm có màu tương ứng (Hình 3.15, 3.16) với cấp độ để dễ nhận biết
Theo bảng điều khiển mặc định như trong Hình 3.15, mô hình hiển thị các phần tử lưới với màu sắc thể hiện trạng thái: xanh dương đậm cho Ideal và Good cho thấy lưới đạt yêu cầu, xanh dương nhạt (Warn) cho lưới tạm được, còn màu đỏ (Worst) và vàng (Fail) cho những lưới bị hỏng hoặc cần chỉnh sửa.
Hình 3 15 Bảng hiển thị màu tương ứng với chất lượng lưới
Hình 3.13 Vị trí các nút lưới chưa liên kết với nhau
- Chỉnh sửa tiêu chuẩn chất lượng lưới:
Từ Mennu 2D chọn Quality index pg3 edit criteria sẽ hiện thị bảng tùy chỉnh chất lượng lưới thể hiện trong Hình 3.17
Hình 3 17 Chỉnh sửa tiêu chuẩn chất lượng lưới
Việc hàn lưới là yếu tố quan trọng để toàn bộ lưới được liên kết với nhau trên một mô hình và đảm bảo sự gắn kết giữa các chi tiết cũng như liên kết rắn của khung xương xe khách Hàn lưới còn được sử dụng để gắn khối lượng lên mô hình, nhằm giúp quá trình mô phỏng đạt độ chính xác cao.
Hình 3 16 Trước và sau khi chỉnh sửa lưới
Từ Menu Chọn 1D Rigids để hàn 2 nút lưới cần hàn với nhau như Hình
Đối với các mối hàn liên kết 2 node với nhau, khi làm việc với Rigids bạn chọn mục Node và chọn Single node Còn với hàn 1 node với nhiều node, bạn chọn Multiple nodes để thiết lập kết nối phù hợp.
Hình 3 18 Các thanh được liên kết với nhau bằng mối hàn
Chú ý: Trước khi hàn ta cần phải tạo Component sau đó chọn Make curent của
Component vừa tạo tức là khi ta hàn các mối hàn đó sẽ thuộc Component mà chúng ta đã tạo để tránh trường hợp một Component có 2 mối hàn Khi đó sẽ xảy ra lỗi trong quá trình mô phỏng
- Sau khi chỉnh sửa các phần tử lưới, tiến hành kiểm tra lưới toàn bộ mô hình như Hình 3.19
Hình 3 19 Kiểm tra lỗi lưới toàn bộ mô hình
Các thông số chất lượng lưới cũng như các tiêu chuẩn chất lượng lưới của mô hình khung xương được thể hiện trong Bảng 3.1, 3.2
Bảng 3 1 Thông số chất lượng lưới của mô hình
STT Thông số chất lượng các phần tử lưới Giá trị
1 Chiều dài cạnh nhỏ nhất (Min length) 20 mm
2 Chiều dài cạnh lớn nhất (Max length ) 20 mm
Tỉ số giữa cạnh dài nhất và cạnh ngắn nhất (Aspect Ratio) gồm giá trị Max/ Min 1
4 Độ cong vênh của phần tử loại tứ giác so với mặt phẳng
Giá trị góc lớn nhất bên trong phần tử kiểu tứ giác (Max
Giá trị góc nhỏ nhất bên trong phần tử kiểu tứ giác (Min
Giá trị góc lớn nhất bên trong phần tử kiểu tam giác (Max
Số lưới và % lưới lỗi
Giá trị góc nhỏ nhất bên trong phần tử kiểu tam giác (Min
9 Góc lệch của phần tử tam giác lớn nhất (Max Skew) 0 0
11 Số lượng phần tử lưới hình tam giác 15
Bảng 3 2 Các tiêu chuẩn chất lượng lưới
Tỉ số giữa cạnh dài nhất và cạnh ngắn nhất của một phần tử hay là khoảng cách ngắn nhất từ một node đến cạnh đối diện với node đó
Aspect ratio không nên vượt quá tỷ lệ 5:1
Các đường cong được tạo bằng các đường thẳng ngắn
Chordal deviation là khoảng cách vuông góc giữa đường cong với đoạn thẳng xấp xỉ
Các giá trị max, min được xác định độc lập cho phần tử kiểu tam giác và tứ giác
Jacobian Độ lệch của phần tử so với một phần tử hoàn hảo, ví dụ như độ lệch của 1 tam giác so với một tam giác đều
Chiều dài tối thiểu của một phần tử, có 2 cách xác định: Cạnh ngắn nhất của một phần tử
Khoảng cách ngắn nhất từ 1 node đến cạnh đối diện
Góc lệch của phần tử tam giác
A là góc nhỏ nhất được tạo bởi sự giao nhau giữa đường trung tuyến và đường trung bình
Hệ số taper chỉ dùng cho phần tử tứ giác
Atri : Chu vi tam giác Aquad : Chu vi tứ giác Giá trí taper = 0, biên dạng của phần tử là hình chữ nhật
Chỉ áp dụng cho phần tử tứ giác, kiểm tra độ cong vênh của phần tử so với mặt phẳng
Giá trị Warpage không được vượt quá 5 0
Thiết lập mô hình lật nghiêng theo tiêu chuẩn ECE R66
3.4.1.Thiết kế mặt phẳng lật và mặt phẳng va chạm
Xác định tọa độ các điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt phẳng lật như sau :
Từ trang Menu chọn Geom Nodes Type in Nhập tọa độ điểm tiếp xúc Create node.(Hình 3.20)
Hình 3 20 Tạo node bất kỳ với tọa độ cho trước
Sau đó ta tiến hành tạo mặt phẳng dựa trên các Node có sẳn
+ Tạo component mới đặt tên tên cho đối tượng mặt lật và mặt phẳng va chạm + Từ trang Menu chọn Geom surface ruled chọn các node cần tạo mặt
Create để tạo mặt như Hình 3.21.
+ Sau khi tạo mặt xong, tiến hành chia lưới mặt phẳng lật và mặt phẳng va chạm + Tạo góc giới hạn lật đổ cho mô hình
Từ trang Menu Tool Rotate Component chọn trục xoay B
(chọn tâm xoay) chọn giá trị góc xoay trong Angle ( Góc cần xoay = 32,6 0 )
Rotate + ( Quay cùng kim đồng hồ ), Rotate – ( Quay ngược kim đồng hồ ), cụ thể như Hình 3.22
Hình 3 21 Tạo mặt phẳng lật và mặt phẳng va chạm từ các node đã tạo
Hình 3 22 Hộp thoại xoay góc lật tới hạn
+ Cố định mặt phẳng lật và mặt phẳng va chạm
Tại trang Menu Analysis Constraints Chọn toàn bộ các Node lưới thuộc các mặt này Create, cụ thể như Hình 3.23
Hình 3 23 Cố định mặt phẳng lật và mặt phẳng va chạm
3.4.2 Thiết kế không gian an toàn theo tiêu chuẩn ECE R66
Tương tự như khi tạo mặt phẳng lật và mặt phẳng va chạm thì tạo không gian an toàn cho xe 29/34 chỗ thiết kế căn cứ vào kích thước của xe và tiêu chuẩn an toàn lật nghiêng ECE R66 ta được không gian an toàn như Hình 3.24
Hình 3 24 Không gian an toàn được thiết kế theo tiêu chuẩn ECE R66
Tạo vật liệu, các thuộc tính và điều kiện biên theo tiêu chuẩn ECE R66
- Khung xương xe khách gồm 6 mảng chính: Mảng đầu, mảng đuôi, mảng xương mui, mảng hông trái và phải và các mảng phụ (sàn, ghế ngồi sau)
- Khung xương các mảng được chế tạo bằng thép D135 (Nhật quang), thép D159
+ Khung xương đầu, được xây dựng từ một loại thép hộp 40x40x1.8mm
+ Khung xương đuôi được xây dựng từ loại thép hộp 40x40x1.8mm
+ Khung xương mảng hông trái, mảng phải được xây dựng bởi thép hộp 40x40x1.8mm và 40x80x1.8mm
+ Khung xương mui được xây dựng từ loại thép hộp 40x40x1.6mm và thép 40x40x1.8mm
+ Sát xi xe khách được chế tạo từ thép D357 (thép nhập khẩu từ châu Âu), hai đà chính (thép hộp 60 x100 x 3.9 mm)
+ Sàn xe gồm các thanh thép hộp 40x40x1.8mm
+ Thống kê thông số chi tiết các loại thép được thể hiện ở Bảng 3.3
Bảng 3 3 Bảng thống kê tính chất vật liệu các loại thép khung xương và sát xi ô tô khách
Mật độ phân bố RHO, g/mm 3
Giới hạn bền chảy c , Mpa Ứng suất cho phép
- Để tạo vật liệu kích vào biểu tượng ( Materials ) hoặc chọn Materials trên thanh tiêu đề Create mat name ( Đặt tên vật liệu cần tạo) Color ( Chọn màu) Type (ELASTIC- PLASTIC) Card image ( MATL24) Create
Sẽ xuất hiện hộp thoại như Hình 3.25
Hình 3 25 Tạo vật liệu cho mô hình
Tương tự tạo tên và gán thông số vật liệu tương ứng với các đối tượng còn lại theo thông số của vật liệu Bảng 3.3
- Tạo đường cong ứng suất kéo nén thực nghiệm: Kết quả kéo nén thực nghiệm của vật liệu được thể hiện cụ thể ở Phụ lục 1-4
- Gán thông số tính chất vật liệu vào tên vật liệu đã tạo bằng cách:
Kích chọn vào từng loại vật liệu vừa mới tạo trong danh sách các Materials bên trái
chọn đối tượng cần gán tính chất của vật liệu click chuột phải chọn Card Edit
Nhập thông số tương ứng theo Bảng 3.3 và đường cong ứng suất kéo nén thực đã tạo vào thẻ LCSR.(Hình 3.26)
To create material properties, open the Properties panel and choose Create (or click the Properties icon → Create) Enter a property name, select a color, set Type to SURFACE, and choose Card image as Shell to define the material’s shell attributes Then specify Thickness to indicate the steel thickness, and click Create to save the material property, as illustrated in Figure 3.27 (with Figure 3.26 showing the material properties assignment).
Hình 3 27 Tạo thuộc tính vật liệu 3.5.3 Gán thông số vật liệu và thuộc tính vào đối tượng cần thiết lập
Sau khi đã thiết lập được các loại vật liệu và thuộc tính vật liệu thì ta gán các thông số vật liệu tương ứng với các thuộc tính
To assign attributes and materials to a component, click the Components icon, then select Update, and under Comps choose the object to receive the attributes and materials In Card Image, select Part; in Material, choose the material you created; in Property, select the created property Finally, click Update to apply the changes (Figure 3.28).
Hình 3 28 Gán thuộc tính vật liệu 3.5.4 Thiết lập điều kiện biên theo tiêu chuẩn ECE R66
Việc thiết lập điều kiện biên cho mô hình đóng vai trò then chốt, quyết định toàn bộ kết quả mô phỏng Để đảm bảo độ chính xác của kết quả, các đơn vị đo lường cần được thống nhất và chuẩn hóa theo Bảng 3.4, nhằm giảm sự sai lệch do biến đổi đơn vị và tăng tính nhất quán giữa các thành phần của mô hình.
Bảng 3 4 Bảng đơn vị đo lường theo tiêu chuẩn
Modul đàn hồi Lực kg mm ms kg/mm 3 0,0098(mm/ms 2 ) GPa kN
Khối lượng tổng thể và đặt khối lượng lên mô hình
3.6.1 Khối lượng tổng thể mô hình
- Khối lượng trung bình mỗi hành khách là 60 kg và khi xe đầy tải là 34 hành khách + Tổng khối lượng hành khách: 60 x 34 = 2040 kg
- Xe có 34 ghế và mỗi ghế có khối lượng là 12 kg
+ Tổng khối lượng ghế: 12 x 34 = 408 kg
- Theo tiêu chuẩn qui định trung bình mỗi người mang theo bên mình 5 kg hành lý + Tổng khối lượng hành lý: 5 x 34 = 170kg
- Tổng khối lượng của kính cửa sổ bên ( 8 cái ): 240kg
- Tổng khối lượng bánh xe và mâm bánh xe: 165 x 6 660kg
- Khối lượng không kể khung xương: 2040 + 408+ 170 + 240 + 660 + 400 + 130 +
- Khối lượng khung xương xe: 2143 (kg)
-Tổng khối lượng toàn tải của xe: 8280 (kg)
Sau khi tính toán ta được khối lượng tổng thể của mô hình như Bảng 3.5
Bảng 3 5 Bảng khối lượng tổng thể của mô hình
Thứ tự Thành phần Số lượng
Thứ tự Thành phần Số lượng
1 Hành khách 60 kg/người 11 Bánh xe và Mâm
2 Ghế 12 kg/ghế 12 Kính trước 100 kg
3 Hành lý 5 kg/người 13 Kính sau
4 Động cơ 400 kg 14 Kính cửa sổ bên (8 cái) 30 kg/cái
5 Hộp số 130 kg 15 Bình Ắc – qui
6 Phanh 70 kg 16 Hệ thống điều hòa không khí 250 kg
7 Ly hợp 35 kg 17 Két nước
8 Cầu trước và hệ thống treo trước 480 kg 18 Két gió
9 Cầu sau và hệ thống treo sau 725 kg 19 Thùng nhiên liệu
10 Trục Các – đăng 30 kg 20 Bánh xe và Mâm 40 kg
3.6.2 Đặt khối lượng lên mô hình
Khi ta tiến hành đặt khối lượng lên mô hình thì việc đặt khối lượng đó rất quan trọng vì nếu ta đặt sai vị trí thì việc đặt khối lượng không những không có ý nghĩa mà còn làm cho kết quả bài toán mô phỏng không còn chính xác so với thực tế
Có 2 vị trí quan trọng cần chú ý khi đặt khối lượng lên mô hình đó là từng điểm nút của từng mắt lưới hay ở vị trí trọng tâm của khu vực mình đang xét đến
Để đặt khối lượng trong mô hình 1D, từ trang Menu chọn 1D, tiếp tục chọn Masses và Nodes, ở mục Mass nhập giá trị khối lượng cần đặt, nhấp chuột vào vị trí mong muốn để đặt khối lượng và nhấn Create Hộp thoại sẽ xuất hiện như Hình 3.29.
Hình 3 29 Thiết lập khối lượng hành khách
Tương tự ta gán khối lượng cho các đối tượng còn lại.(Hình 3.30)
Sau khi hoàn tất việc đặt khối lượng chi tiết lên mô hình ta muốn kiểm tra xem khối lượng các đối tượng có đúng với thực tế hay không, ta tiến hành như sau:
Từ trang Menu Tool Mass calc Comps ( chọn tất cả đối tượng cần kiểm tra khối lượng ) Select Calculate, cụ thể như Hình 3.31
Hình 3 30 Đặt khối lượng đại diện cho kính bên mảng hông
Hình 3 31 Kiểm tra khối lượng tổng thể của mô hình.
Lưu ý: Khi kiểm tra khối lượng ( cân khối lượng toàn tải của xe ) ta không kiểm tra khối lượng mặt lật và mặt phẳng lật
Tạo phương trọng lực tác dụng
Khung xương xe khách chỉ chịu tác dụng của trọng lực theo tiêu chuẩn ECE R66, vì vậy trong mô hình phải xác định đúng phương tác dụng của trọng lực Để thiết lập phương trọng lực, trước hết cần tạo đồ thị trọng lực làm cơ sở cho việc xác định vector trọng lực tác dụng lên khung xe Việc làm này giúp mô hình phản ánh tải trọng theo ECE R66 và hỗ trợ phân tích độ an toàn, tối ưu hóa thiết kế và đánh giá khả năng chịu lực của khung xe khách trong các điều kiện tải trọng.
- Tạo đồ thị trọng lực như sau:
Tại thanh pull – down Menu chọn XYPlots Curve Editor Xuất hiện cửa sổ New Đặt tên đồ thị proceed Nhập số liệu theo 2 tọa độ (0; 0,0981) và (1000; 0,00981) Update (Hình 3.32)
Hình 3 32 Tạo đồ thị trọng lực
- Tạo phương của trọng lực tác dụng:
Để thao tác, từ thanh Menu chọn Tools → Create Cards → LOAD → LOAD_BODY_Y và thiết lập theo phương trọng lực tác dụng, sau đó đặt tên cho cấu hình Khi cửa sổ xuất hiện, bấm vào ô LCID và chọn đồ thị trọng lực đã tạo ở bước trước; nhấn Return để xem kết quả, được minh họa cụ thể trong Hình 3.33.
Hình 3 33 Liên kết các chi tiết, bộ phận trên mô hình với nhau
3.7.1 Liên kết không gian an toàn với sàn xe Để tạo được liên kết giữa không gian an toàn với sàn xe ta thực hiện các bước như sau:
- Chọn Analysis entity sets name (Đặt tên: setsanxe) Card image (Part)
set type (ordered) node list Chọn những nút trên sàn xe cần liên kết với không gian an toàn Creat Cụ thể như Hình 3.34
Hình 3 34 Chọn các nút cần liên kết trên sàn xe.
- Từ thanh Menu chọn Tools Creat Cards CONSTRAINED
Trong CONSTRAINED_EXTRA_NODES_SET (Hình 3.35), tiến hành đặt tên cho liên kết liên quan đến Không gian an toàn Xuất hiện hộp thoại như Hình 3.36, tiếp theo chọn vào thẻ PID, rồi chọn component cần liên kết thuộc Không gian an toàn và nhấn Return để hoàn tất thao tác.
Hình 3 35 Chọn loại liên kết cho không gian an toàn.
- Cuối cùng vào thẻ Analysis interfaces name (Chọn tên liên kết đã tạo ở bước 2) chọn add trong slave chọn sets kích vào sets chọn setsanxe
(đã tạo ở bước 1) update, cụ thể như Hình 3.37
Muốn xem kết quả chỉ cần chọn vào thẻ review sẽ cho kết quả như Hình 3.38
Chú ý: Khi ta tạo liên kết thành công giữa 2 đối tượng và bấm review sẽ thấy xuất hiện các nút liên kết có màu đỏ và đối tượng cần liên kết màu xanh dương Nếu ở bước này ta làm không giống như trên thì xem như chưa đúng
Hình 3 37 Thiết lập liên kết không gian an toàn với nút trên sàn xe.
Hình 3 38 Kết quả liên kết không gian an toàn với sàn xe
3.7.2 Tạo liên kết các đối tượng còn lại
Tương tự như thiết lập liên kết giữa không gian an toàn và sàn xe Tiến hành tạo
Hình 3 36 Vào PID chọn đối tượng không gian an toàn
53 liên kết của hệ thống xe liên quan đến các mối nối chính như Bệ đỡ – Sát xi, Cầu xe – Mâm bánh xe, Mâm bánh xe – Lốp xe, Động cơ – Đuôi sát xi và Bệ đỡ với Cầu xe Những liên kết này được thể hiện cụ thể trong Hình 3.39–3.42, cho thấy cách các thành phần liên thông và chịu lực khi xe vận hành.
- Liên kết Bệ đỡ với Sát xi:
Hình 3 39 Liên kết Bệ đỡ – Sát xi
- Liên kết Cầu xe với Mâm bánh xe
Hình 3 40 Liên kết Cầu xe – Mâm bánh xe
- Liên kết Lốp – Mâm bánh xe
Hình 3 41 Liên kết Lốp – Mâm Bánh xe
- Liên kết Động cơ với đuôi sát xi
Để tạo động cơ theo dạng phần tử thể tích, sử dụng công cụ drag trên thẻ 2D để xây dựng động cơ dưới dạng phần tử thể tích, rồi liên kết động cơ với đuôi sát xi bằng các liên kết tương tự như các liên kết đã thiết lập ở trên.
- Liên kết bệ đỡ với cầu xe
Liên kết giữa bệ đỡ và cầu xe được xác định là liên kết cứng (cùng loại vật liệu cứng), nên không thể chọn CONSTRAINED_EXTRA_NODES_SET như các liên kết ở trên mà buộc phải dùng CONSTRAINED_RIGID_BODIES để đảm bảo tính ràng buộc phù hợp với đặc tính vật liệu và cấu trúc.
Cụ thể các bước làm như Hình 3.43
After you’ve created the link type, open the Analysis tab, go to Interfaces, select the newly created name, and click Add In the Master field, choose comps (Bệ đỡ), then click Update In the Slave field, choose comps (Cầu xe), click Update again (Figure 3.44), and finally click Review (Figure 3.45).
Hình 3 42 Liên kết động cơ với đuôi sát xi
Hình 3 43 Tạo kiểu liên kết cho Bệ đỡ với Cầu xe.
Hình 3 44 Hộp thoại liên kết cứng Bệ đỡ - Cầu xe
Hình 3 45 Liên kết Bệ đỡ - Cầu xe.
Tạo tiếp xúc xe với mặt đường và đặt vận tốc góc Omega
3.8.1 Tạo tiếp xúc cả xe với mặt đường
Gồm có 03 bước tiến hành:
- Đầu tiên chọn thẻ Analysis entity sets đặt tên trong name (settiepxuc)
card image chọn Part set type chọn non-ordered comps chọn tất cả các
56 đối tượng của xe ngoại trừ không gian an toàn và các mối hàn Rigids Creat (Hình
Hình 3 46 Chọn các đối tượng để tạo tiếp xúc của xe với mặt đường.
- Sau đó chọn thẻ Analysis interfaces Creat name (Đặt tên tiếp xúc va chạm) type (Surface to surface) card image (surface to surface) Creat
Hình 3 47 Tạo tên thiết lập tiếp xúc.
Trong hướng dẫn này, từ vị trí hộp thoại trên, người dùng thực hiện lần lượt: chọn Add (Hình 3.48), đặt tên cho phần tử vừa được tạo ở bước 2, chọn master và gắn với set đã tạo ở bước 1, chọn slave là comps (mặt nền), nhấn Update và cuối cùng chọn Review để xem kết quả như minh họa trong Hình 3.49.
Hình 3 48 Thiết lập tiếp xúc của xe và mặt đường.
Hình 3 49 Hiện kết quả thiết lập tiếp xúc.
3.8.2 Gán giá trị vận tốc góc cho mô hình Để thực hiện đặt vận tốc góc cho mô hình ta thực hiện theo các bước sau:
- Chọn menu Analysis entity sets đặt tên trong name ( setvantocgoc) card image chọn Part set type chọn non-ordered comps chọn tất cả các đối tượng của xe ngoại trừ các mối hàn Rigids Creat (Hình 3.50)
Hình 3 50 Chọn các đối tượng để đặt vận tốc góc
- Sau đó vào Tool từ thanh Menu Tools sổ xuống Create Cards
INITIAL INITIAL_VELOCITY_GENERATION Đặt tên (vantocgoc) Tại ô PSID chọn Set_Part_LIST (setvantocgoc – liên kết vừa tạo ở bước 1) Cụ thể như Hình 3.51
Hình 3 51 Gán giá trị vận tốc góc và tọa độ tâm lật
- Ở hộp thoại này, tiến hành gán giá trị vân tốc góc: = 2,42.10-3 (rad/ms) được tính theo công thức 2.25 trong mục 2.5
Do hướng lật va chạm với mặt đường cùng chiều kim đồng hồ và xoay quay trục X theo mô hình, nên mang dấu dương và nhập NX = 1
Tọa độ tâm lật: C (XC, YC, ZC) là tọa độ được chọn từ một điểm bất kì nằm trên trục lật theo tiêu chuẩn ECE R66 Ở đậy tọa độ C (-9203.202, -341.542, 711.985).
Xuất tọa độ trọng tâm và tạo tín hiệu khảo sát thông tin đầu ra
3.9.1 Xuất tọa độ trọng tâm của xe
Tọa độ trọng tâm G (XG, YG, ZG) xuất ra từ phần mềm Hypermesh để tạo điểm khảo sát chiều cao hg, vận tốc, gia tốc…của trọng tâm
Tại thanh công cụ Post summary load Chọn tệp ls-dyna971 ctr_of_gravity summary Xuất hiện hộp thoại thông báo tọa độ trọng tâm
File xuất có thể mở bằng Notepad (Hình 3.52)
Khi tính trọng tâm cho mô hình, cần xóa tất cả các đối tượng mang khối lượng không liên quan đến mô hình Cụ thể, loại bỏ các yếu tố như mặt đường và mặt phẳng va chạm để chỉ các phần có khối lượng liên quan tham gia vào phép tính Việc loại bỏ những thành phần không liên quan giúp tăng độ chính xác của tính toán trọng tâm và tối ưu hóa hiệu suất mô hình.
Hình 3 52 Xuất tọa độ trọng tâm.
Có tọa độ trọng tâm, nhập giá trị để tạo Node ( tương tự ở Mục 3.4.1)
Kết quả cho thấy tọa độ trọng tâm được hiển thị trên mô hình (Hình 3.53), giúp xác định vị trí trọng tâm chính xác trong không gian thiết kế Tiếp theo, liên kết giữa trọng tâm và mô hình được hình thành bằng cách vẽ thêm một thanh liên kết để quan sát và phân tích trực quan mối quan hệ giữa trọng tâm và các thành phần của mô hình.
Hình 3 53 Tọa độ trọng tâm xuất hiện trên mô hình 3.9.2 Tạo tín hiệu khảo sát thông tin đầu ra của trọng tâm:
Tại thẻ Analysis outputblock Đặt tên Chọn đối tượng khảo sát là
Trọng tâm của mô hình được thể hiện trong Hình 3.54, là điểm lõi để diễn giải sự đáp ứng của hệ thống Mục đích của công việc này là xuất ra một tập hợp đồ thị thể hiện sự biến thiên của gia tốc, vận tốc và chuyển vị theo thời gian, từ đó giúp phân tích động lực học và hiệu suất của mô hình Những đồ thị này cung cấp cái nhìn trực quan về cách mà vận tốc và gia tốc thay đổi ứng với các trạng thái làm việc, và cho phép so sánh các điều kiện vận hành để tối ưu hóa thiết kế.
Hình 3 54 Tạo tín hiệu quan sát đầu ra.
Thiết lập các thông số điều khiển
Để thiết lập các thông số điều khiển chọn Analysis Control Cards Chọn và thiết lâp 7 thẻ bên dưới Cụ thể được thể hiện ở Hình 3.55 - 3.61
- KEYWORDS : Áp đặt thông số bộ xử lý (Dung lượng)
- CONTROL_ENERGY: Điều khiển năng lượng
HGEN: Tính toán về hao hụt năng lượng sinh ra và hao hụt tính theo giá trị 10% Chọn 2 cho tính toán và 1 bỏ qua tính toán
RWEN: Tác động lực cản làm năng lượng bị hao hụt, chọn 1 khi bỏ qua tính toán, chọn 2 để tính toán năng lượng bị hao hụt
SLNTEN: Năng lượng trên bề mặt khi vật thể ở trạng thái chuyển động
RYLEN: Hao hụt năng lượng do dao động
Hình 3 56 Thiết lập thông số về năng lượng
Hình 3 55 Thiết lập dung lượng phân tích cho LS - DYNA
- CONTROL_HOURGLASS: Sự hao hụt năng lượng
IHQ: Có 9 lựa chọn ứng với tính chất của mỗi loại vật liệu trong mô hình
QH: Tỷ lệ hao hụt năng lượng, nhỏ hơn 0,1%
- CONTROL_TERMINATION: Tổng thời gian mô phỏng
ENDTIME: Thời gian thực hiện hết quá trình mô phỏng (Đơn vị milisecond)
- CONTROL_TIMESTEP: Điều khiển giới hạn thời gian nhỏ nhất
TSSFAC: Hệ số tỷ lệ cho khoảng thời gian tính toán, mặc định 0,9
DT2MS: Khoảng thời gian ngắn của khối vật thể trong một tình trạng phân tán, có giá trị dương khi vật không chuyển động (vật tĩnh)
Hình 3 57 Thông số tỷ lệ hao hụt năng lượng
Hình 3 58 Thiết lập các thông số về thời gian mô phỏng
Hình 3 59 Thiết lập thông số bước thời gian
- DATABASE_BINARY_D3PLOT: Cơ sở dữ liệu nhị phân mô phỏng
DT: Quãng thời gian xuất dữ liệu (Đơn vị milisecond)
- DATABASE_OPTION: Bảng điều khiển tùy chọn cho việc xuất dữ liệu
MATSUM: Xác định dữ liệu đầu ra của năng lượng vật liệu trong thời gian 4 ms (millisecond)
ELOUT xác định dữ liệu các thành phần, phần tử như ứng suất và sức căng bề mặt cùng các thuộc tính liên quan của mô hình, phục vụ lưu trữ và phân tích sau khi chạy mô phỏng GLSTAT xác định dữ liệu đầu ra của toàn bộ quá trình mô phỏng ở mỗi mili giây (ms), cho phép theo dõi diễn biến và đánh giá hiệu suất theo thời gian thực Sự kết hợp giữa dữ liệu ELOUT và GLSTAT mang lại cái nhìn toàn diện về trạng thái hệ thống và kết quả mô phỏng, hỗ trợ kiểm tra tính đúng đắn và tối ưu hóa thiết kế.
NODOUT: Xác định về các nút lưới, điểm như hướng dịch chuyển, vận tốc, gia tốc RCFORC: Xác định hợp lực trên một hệ tọa độ x,y, z.
Kiểm tra lỗi trước khi đưa vào LS – Dyna mô phỏng
Để kiểm tra các lỗi trước khi đưa mô phỏng vào LS-DYNA, truy cập khu vực quản lý đối tượng và chọn Utility, sau đó chọn Error check và đánh dấu tất cả các mục cần kiểm tra; thực hiện kiểm tra như hình 3.62 Khi kết quả hiện lên, bảng thông báo lỗi sẽ xuất hiện như hình 3.63.
Hình 3 60 Thông số xuất dữ liệu tính toán mô phỏng
Hình 3 61 Thông số xác định dữ liệu đầu ra trong mô phỏng
Hình 3 62 Kiểm tra lỗi trước khi mô phỏng
Nếu có lỗi xảy ra tiến hành khắc phục Đa số lỗi thường bắt gặp nhất liên quan đến việc hàn lưới Rigids Nhấn chọn lỗi để lỗi hiển thị trên vùng đồ họa, giúp chỉnh sửa và xóa lỗi một cách dễ dàng.
Xuất file trong Hypermesh và quá trình chạy mô phỏng trong LS – Dyna
Để xuất file trong phần mềm ta chọn biểu tượng Export như Hình 3.64 sau đó chọn nơi xuất file *.k Apply để hoàn thành.
Hình 3 64 Xuất file *.k để chạy mô phỏng Lưu ý: Khi ta muốn xuất file để đưa vào phần mềm Ls-Dyna để mô phỏng thì ta phải xuất file *.k Xuất file *.hm khi đưa vào mô phỏng sẽ không chạy được
3.12.2 Chạy file mô phỏng trong LS – Dyna
Khởi động phần mềm LS – Dyna, xuất hiện hộp thoại như Hình 3.65
- Duyệt tìm tập tin “.k” trong hộp input file để tìm file *.k đã tạo ra trong
Hình 3 65 Hộp thoại duyệt tìm file *.k vào chạy mô phỏng
- Lưu trữ kết quả trong hộp Output Print File Run (bắt đầu quá trình mô phỏng)
- Qua trình mô phỏng được bắt đầu, và để biết thời gian mô phỏng kéo dài bao lâu thì nhấn: Ctrl + C gõ SW2 Enter (Hình 3.66)
Hình 3 66 Quá trình mô phỏng diễn ra và thời gian mô phỏng còn lại.
Trong Hình 3.66 thông báo thời gian mô phỏng la 50 giờ 3 phút Thời gian này nhanh hay chậm tùy thuộc vào cấu hình của từng máy.
Hiển thị kết quả trên Hyperview
Kết thúc thời gian mô phỏng, để hiển thị kết quả, mở Hyperview và duyệt đến tập tin 'd3plot' nằm trong thư mục xuất ra từ LS-Dyna (Hình 3.67); nhấn để xem kết quả.
Apply vào biểu tượng để chạy hiện thị kết quả (Hình 3.68)
Hình 3 67 Duyệt tìm file d3plot để chạy kết quả trong Hyperview.
Kết luận
Từ bản vẽ CAD 2D do nhà sản xuất trong nước cung cấp, tác giả đã tiến hành thiết kế và ứng dụng thành công kỹ thuật CAE để phân tích bài toán về ứng suất và biến dạng của khung xương kết cấu ô tô khách 29/34 chỗ ngồi theo tiêu chuẩn ECE R66 Việc sử dụng CAE giúp mô phỏng chính xác và tối ưu hóa cấu hình khung xe nhằm đảm bảo an toàn và tuân thủ các yêu cầu của tiêu chuẩn ECE R66, đồng thời rút ngắn thời gian phát triển và giảm chi phí thử nghiệm thực tế.
Xây dựng thành công mô hình phần tử hữu hạn là nền tảng cho phân tích kết cấu, đánh giá kết quả và lựa chọn phương án thiết kế phù hợp cho xe khách 29/34 chỗ ngồi Quá trình này giúp xác định các yếu tố chịu lực, đề xuất cải tiến và tối ưu hóa cấu trúc khung cùng các hệ thống liên quan để tăng độ an toàn, hiệu suất vận hành và tiết kiệm chi phí Kết quả phân tích cung cấp cơ sở so sánh các phương án thiết kế, từ đó hỗ trợ quyết định tối ưu hóa thiết kế và nâng cấp cho xe khách 29/34 chỗ ngồi.