LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 09 năm 2016 (ký tên và ghi rõ họ tên) NGUYỄN BÁ ĐƯỢC ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn khoa học là TS Nguyễn Thành Tâm, người đã định hướng giải quyết các vấn đề khoa học và tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin cảm ơn tập thể các đồng nghiệp công tác tại trung tâm dạy nghề Phước Lộc đã tạo điều kiện và giúp đỡ cho tôi thực hiện luận văn này. Tôi xin cảm ơn tất cả quý Thầy, Cô tham gia giảng dạy chương trình đào tạo thạc sĩ kĩ thuật cơ khí động lực đã trang bị cho tôi những kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin gởi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân đã quan tâm, động viên và giúp đỡ cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu để hoàn thành bản luận văn. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 09 năm 2016 Học viên: NGUYỄN BÁ ĐƯỢC iii TÓM TẮT Dựa vào tiêu chuẩn ECE R94 và ECE R66 ứng dụng phần mềm LS - DYNA xây dựng mô hình phần tử hữu hạn và mô phỏng phân tích tính an toàn kết cấu đầu ô tô khách khi xảy ra va chạm trực diện.
Căn cứ vào vấn đề tồn tại kết cấu đầu xe, tiến hành đưa ra các phương án thiết kế bộ hấp thụ năng lượng va chạm trực diện đặt trước đầu xe nhằm giảm lực va đập, giảm được tổn thương hành khách khi xảy ra va chạm trực diện, đồng thời mô phỏng kiểm nghiệm tính năng an toàn kết cấu. Kết quả mô phỏng cho thấy, kết cấu đầu xe sau khi cải tiến thỏa mãn điều kiện an toàn. Kết quả, thiết kế bộ hấp thụ năng lượng đặt trước đầu xe thì gia tốc va chạm giảm 14%, tăng tính năng an toàn cho hành khách. Từ khóa: va chạm trực diện, kết cấu ô tô khách, phân tích mô phỏng, cải tiến.
ABSTRACT The finite element model of was developedand LS – DYNA software was use to simulate structural safety of the bus when frontal impact happens. Based on the existing structural problems of the car, proceed given the design plans of the energy absorbing frontal collisions before the car set to reduce impact force, reduce passenger injuries occur and direct touch, test and simulate the structural safety features. Result, the design of energy absorbing front of the car is set accelerator collisions decreased by 14%, increased safety features for passengers. Keywords: Structural passenger cars, frame car, design of experiments, analysis simulation, fimprovement.
iv MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học. i Lời cam đoan. ii Lời cảm ơn. iv Mục lục .v Danh mục ký hiệu và từ viết tắt.
ix Danh sách các bảng .x Danh sách các hình. xi Chƣơng 1 TỔNG QUAN. Tình hình tai nạn giao thông. Nghiên cứu trong và ngoài nước.
Nghiên cứu ngoài nước. Nghiên cứu trong nước. Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu .7 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM. Cơ sở lý thuyết về va chạm.
Lực va chạm và xung lực va chạm. Đặc tính biến dạng không đổi của đầu trước của xe (f = const). Đặc tính biến dạng tuyến tính của đầu trước của xe F. Lực biến dạng phụ thuộc tuyến tính vào vận tốc biến dạng F k.
Biến dạng đàn hồi và định luật hooke. Định luật poisson. Giới hạn bền và hệ số an toàn của vật liệu. Ứng dụng phần mềm vào nghiên cứu.
Phần mềm hypermesh. Phần mềm hyperview. Phần mềm ls – dyna .17 Chƣơng 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN KHUNG XƢƠNG Ô TÔ KHÁCH GHẾ NGỒI TRÊN PHẦN MỀM. Mô hình tổng thể ô tô khách (3d).
Mô hình tổng thể ô tô khách (2d). Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn. Chỉnh sửa mô hình từ file cad 3d trong hypermesh. Chia lưới mô hình khung xương xe khách.
Kiểm tra và chỉnh sửa lưới mô hình khung xương xe khách. Kiểm tra chất lượng lưới. Chỉnh sửa lưới. Chọn vật liệu và đặc tính cho mô hình.
Chọn vật liệu. Tạo đặc tính cho mô hình. Gắn khối lượng trên mô hình xe khách. Tạo liên kết giữa các thành phần trong mô hình.
Tạo set nodes. Tạo set part. Xác định trọng tâm của mô hình xe khách. Tạo tiếp xúc giữa toàn bộ xe với mặt đường, vật cản.
Xác định chiều trọng lực. Gán điều kiện biên. Thiết lập vận tốc. Thiết lập thông số .38 CHƢƠNG 4 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TÍNH AN TOÀN KẾT CẤU ĐẦU XE KHÁCH GHẾ NGỒI VÀ PHƢƠNG PHÁP CẢI TIẾN KẾT CẤU ĐẦU XE KHI XẢY RA VA CHẠM TRỰC DIỆN.
Kết quả của quá trình va chạm trực diện khi chưa gắn bộ hấp thụ năng lượng trực diện. Quá trình va chạm trực diện phía trước. Chuyển vị của xe khi va chạm trực diện lúc chưa cải tiến. Vận tốc của xe khi va chạm trực diện lúc chưa cải tiến.
Gia tốc của xe khi va chạm trực diện lúc chưa cải tiến. Phương pháp cải tiến mô hình trong quá trình va chạm trực diện. Bộ hấp thụ năng lượng va chạm trực diện. Bộ hấp thụ năng lượng va chạm trực diện được gắn cho ô tô khách.
Cấu tạo bộ hấp thụ năng lượng va chạm trực diện cho ô tô khách. Đệm cao su. Thanh giảm chấn. Cản trước giảm chấn.
Kết quả quá trình va chạm trực diện khi gắn bộ hấp thụ năng lượng va chạm trực diện. Qua trình va chạm trực diện phía trước. Chuyển vị của xe khi va chạm trực diện khi có bộ hấp thụ. Vận tốc của xe khi va chạm trực diện khi có bộ hấp thụ.
Gia tốc của xe khi va chạm trực diện khi có bộ hấp thụ. So sánh kết quả va chạm trước và sau khi gắn thêm bộ hấp thụ năng lượng va chạm trực diện. So sánh chuyển vị của xe trước và sau khi gắn thêm hấp thụ năng lượng va chạm trực diện. So sánh vận tốc của xe trước và sau khi gắn thêm hấp thụ năng lượng va chạm trực diện.
So sánh gia tốc của xe trước và sau khi gắn thêm hấp thụ năng lượng va chạm trực diện .57 Chƣơng 5 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN. Hướng phát triển .59 TÀI LIỆU THAM KHẢO .60 viii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ECE R66 Tiêu chuẩn Châu Âu PTHH Phần tử hữu hạn CAE Kỹ thuật máy tính t Khoảng cách từ trọng tâm đến trục {U} Chuyển vị nút {e} Hàm trạng thái biến dạng Ứng suất Độ giãn dài Hệ số poisson M Moment L Chiều dài tổng thể của xe B Chiều rộng cơ sở Vận tốc góc J Moment quán tính Q235B, Q245B Loại thép Cacbon dùng làm thử nghiệm MAT Loại vật liệu ix DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3.1: Thông số vật liệu sử dụng trong mô hình .2: Thông số vật liệu trong HyperMesh khi kiểm tra bằng chức năng Utility Material Table.3: Thống kê khối lượng khảo sát các bộ phận trên xe khách ghế ngồi .26 x DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Thử nghiệm của Mỹ theo tiêu chuẩn FMVSS 208 .2: Thử nghiệm theo tiêu chuẩn ÚC .3: Thử nghiệm theo tiêu chuẩn nhật bản .4: Thử nghiệm va chạm của hãng Mercedes-Benz .5: Biến dạng kết cấu khung xương ô tô sau khi va chạm trực diện .1: Mô hình khi xe va chạm với vật cản.2: Phương tác dụng lực lên vật rắn khi nén.3: Không gian an toàn theo mặt cắt ngang .4: Không gian an toàn theo mặt cắt dọc .1: Mô hình khung xương xe khách trong môi trường Catia 3D .2: Mô hình xe khung xương được nhập vào phần mềm HyperMesh .3: Mô hình bên ngoài của xe khách .4: Mô hình khung xương đã chỉnh sửa trước khi chia lưới.5: Mô hình 3D trong môi trường làm việc HyperMesh của xe khách .6: Bảng điều khiển Midsurface .7: Bảng điều khiển chia lưới tự động .8: Hiện thị các lỗi lưới xấu (đỏ), không tốt (vàng), tạm được (xanh da trời) .9: Bảng điều khiển qualityindex .10: Vị trí cần hàn lưới giữa 2 chi tiết .11: Các nút lưới đã được hàn với nhau .12: Bảng thiết lập các thông số về vật liệu .13: Thiết lập tạo đặc tính cho Components.14: Mô hình và bảng điều khiển Masses .15: Thiết lập khối lượng trên mô hình lưới .16: Chức năng hiện thị nhóm liên kết được tạo giữa cầu và mâm xe trước .17: Bảng điều khiển khi tạo Set Part .18: Hộp thoại hiện thị các thông số tính toán của mô hình trong HyperMesh .19: Nhập tọa độ trọng tâm trong bảng điều khiển Nodes .22: Bảng điều khiển chức năng tạo tiếp xúc Interfaces .23: Thiết lập tạo tiếp xúc giữa các bề mặt của đối tượng .24: Bảng nhập tên đối tượng cần tạo tiếp xúc .25: Bảng thiết lập thông số cho bề mặt tiếp xúc .26: Bảng thiết lập đối tượng chính và phụ khi tao tiếp xúc .27: Thiết lập và cập nhật đối tượng tiếp xúc .28: Bảng thiết lập thông số tiếp xúc bề mặt .29: Trong chức năng Tools để tạo chiều trọng lực .30: Bảng nhập tên chiều trọng lực .31: Bảng thông số thiết lập chiều trọng lực theo phương Z.32: Bảng điều khiển định vị đối tượng.33: Chọn đối tượng cần định vị (cố định) .34: Các nodes được định vị trên đối tượng sau khi chọn .35: Mặt đường và vật cản đã được tạo cố định .36: Bảng điều khiển nhập các giá trị về đại lượng chuyển động vật lý .37: Bảng điều khiển Control Cards .38: Thiết lập dung lượng phân tích cho LS - DYNA .39: Thiết lập thông số về năng lượng.40: Thông số tỷ lệ hao hụt năng lượng .41: Thiết lập các thông số về thời gian mô phỏng .42: Thông số xuất dữ liệu tính toán mô phỏng .43: Thiết lập thông số bước thời gian .44: Thông số xác định dữ liệu đầu ra trong mô phỏng .1: Mô hình khung xương va chạm phía trước .2: Mô phỏng ở 180ms với va chạm phía trước khi chưa cải tiến.3: Biến dạng Chassis khi va chạm phía trước khi chưa cải tiến .4: Chuyển vị của xe khi va chạm phía trước lúc chưa cải tiến .