Đặt vấn đề: Ngày nay, do nhu cầu di chuyển ngày càng cao nên việc sử dụng các phương tiện di chuyển ngày càng phổ biến và tăng cao. Tuy nhiên, giao thông đường bộ hiện nay là một môi trường hỗn hợp với nhiều loại phương tiện khác nhau vì thế điều này đồng nghĩa với việc người tham gia giao thông luôn đối mặt với nhiều nguy hiểm tiềm ẩn. An toàn giao thông luôn là một vấn đề cực kỳ quan trọng và nhận được sự quan tâm hàng đầu. Mặc dù các nhà sản xuất ô tô đã không ngừng hoàn thiện khung kết cấu sườn xe và trang bị nhiều thiết bị an toàn như hệ thống túi khí, dây đai an toàn và hệ thống phanh ABS,… nhưng không thể phủ nhận rằng không có hệ thống nào hoàn hảo tuyệt đối.
Tuy đã có sự tiến bộ đáng kể trong việc nâng cao an toàn giao thông, nguyên nhân gây tai nạn vẫn mang tính đa dạng, bao gồm cả yếu tố con người như vi phạm luật giao thông và thiếu ý thức cảnh giác. Để đạt được mục tiêu giảm thiểu tai nạn giao thông, cần sự kết hợp của nhiều biện pháp như giáo dục và nâng cao nhận thức, cải thiện hạ tầng giao thông, thực thi luật giao thông, cải tiến công nghệ an toàn và tăng cường ý thức cá nhân. Các nhà sản xuất ô tô cũng cần tiếp tục nỗ lực để phát triển công nghệ an toàn và nâng cao chất lượng khung kết cấu xe. Do nguồn kinh phí để nghiên cứu về việc va chạm thực tế còn nhiều hạn chế ở nước ta, từ đó nhóm thực hiện đề tài mong muốn sử dụng công cụ phần mềm LS-Dyna để mô phỏng một số trường hợp va chạm thực tế trên đường bộ thường gặp từ đó giúp chúng ta có cái nhìn thực tế hơn về các vụ va chạm để có thể đưa ra các phương pháp cải tiến giúp giảm thiểu mức độ nghiêm trọng của các vụ tai nạn.
Phạm vi nghiên cứu đề tài: 1. Đối tượng nghiên cứu: Xây dựng tình huống mô phỏng va chạm với vật cản hoặc giữa hai xe ô tô với nhau ở bất kì dòng xe nào. Đối tượng có thể là bất kì dòng xe thực tế nào trên đường như xe bán tải, các dòng xe sedan, xe bus,…Trong đề tài nhóm thực hiện xung quanh các dòng xe bán tải và sedan là chủ yếu. Tình hình nghiên cứu ở nước ta và nước ngoài: 1 Ở trong nước việc ứng dụng phần mềm mô phỏng va chạm đã được áp dụng trong nghiên cứu nhưng chưa được phổ biến rộng rãi trong các trương trình đại học về ngành ô tô từ đó sinh viên gặp khó khăn trong việc sử dụng phần mềm.
Ở các nước phát triển mạnh về ô tô như Nhật Bản, Ấn Độ, Hàn Quốc,… việc áp dụng các phần mềm mô phỏng để tính mức độ va chạm rất phổ biến từ đó đưa ra những cải tiến cho các dòng xe an toàn và hiệu quả hơn. Phạm vi nghiên cứu: Đề tài Ứng dụng phần mềm LS – DYNA mô phỏng và đánh giá mức độ biến dạng ô tô khi va chạm nhằm nghiên cứu và phân tích từ mô hình tổng thể các dòng xe ô tô bằng phần mềm phân tích. Thông qua ứng dụng phần mềm LS - Dyna tiến hành xây dựng mô hình và mô phỏng phân tích mức độ biến dạng ô tô khi xảy ra va chạm từ các hướng. Nhóm thực hiện đề tài đã tiến hành mô phỏng các va chạm dựa trên các từng huống va chạm có thể xảy ra ở nước ta và cơ sở lý thuyết động lực học khi va chạm.
Thực hiện mô phỏng và phân tích tính an toàn theo tiêu chuẩn quốc tế, thiết lập các điều kiện biên, xây dựng hoàn chỉnh mô hình thông qua tra cứu số liệu về đặc tính, vật liệu kết cấu đầu xe từ các tài liệu liên quan đã được công bố trên các tạp chí. Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài: 1. Mục tiêu: - Tìm hiểu và xây dựng mô hình phần tử hữu hạn và khảo sát các bài toán va chạm thực tế của ô tô. - Thiết lập các điều kiện, mô hình cấu tạo xe, vật liệu va chạm và các thông số va chạm.
- Mô phỏng và đánh giá mức độ biến dạng khi xảy ra va chạm ở ô tô tuỳ thuộc vào từng trường hợp và các mức tốc độ khác nhau. Nhiệm vụ đề tài: - Phân tích về các chạm thực tế. - Xây dựng mô hình và mô phỏng quá trình va chạm. - So sánh và phân tích giữa thực tế và mô phỏng.
- Rút ra được ảnh hưởng của tốc độ đến mức độ biến dạng. - Đưa ra hướng giải quyết cho các chi tiết khung xương bị tác động, biến dạng sau khi va chạm trong kết cấu khung xương đầu xe bằng biện pháp: tăng tiết diện thanh khung 2 xương, tạo gân để gia cố, thay đổi vật liệu, thêm chi tiết và hàn vào khung xương, … ngoài ra cũng cần bố trí thêm các phần tử hấp thu năng lượng khi va chạm nhằm bảo vệ người lái giảm tổn thất về thiệt hại khi xảy ra va chạm. Các bước thực hiện đề tài: - Thu thập, đọc tài liệu liên quan đến đề tài: Tài liệu học phần mềm LS - Dyna; Các tiêu chuẩn quốc tế về ô tô khi va chạm; Các bài báo, khóa luận, nghiên cứu khoa học, … trên Internet. - Thường xuyên liên lạc với giảng viên hướng dẫn để được hướng dẫn và duyệt đề cương, nội dung làm đề tài.
- Thực hiện theo đề cương của đề tài, áp dụng phần mềm LS-Dyna. - Sử dụng phần mềm LS-Dyna để xây dụng mô hình phần tử hữu hạn của khung xe; Thiết lập đặc tính, điều kiện biên (vận tốc, khối lượng, lực tác dụng, thời gian, …) trên mô hình như một vụ va chạm thực tế. - Mô phỏng, đánh giá, đưa ra giải pháp tối ưu cho kết cấu xe sau khi thực hiện va chạm. - Đưa ra ý kiến đóng góp, cải tiến về mức độ an toàn của ô tô.
Giá trị thực tiễn: Sử dụng phần mềm có thể xây dựng lại mô hình và mô phỏng được quá trình va chạm trực tiếp dựa trên các thông số mà vẫn đảm bảo an toàn mà tối ưu. Từ kết quả mô phỏng ta thấy được mức độ biến dạng của ô tô thông qua từng trường hợp mà không phải đưa sản phẩm thật để thử nghiệm, tiết kiệm thời gian và giảm chi phí sản xuất cho nhà chế tạo. Mở ra nhiều hướng nghiên cứu và thiết kế mới, đóng góp vào sự phát triển nhanh chóng của ngành khoa học kỹ thuật. Giới thiệu các phần mềm hỗ trợ : Ta có công cụ hỗ trợ giúp hỗ trợ mô phỏng của phần mềm LS-Dyna: Ls-Dyna, một phần mềm do Livermore Software Technology Corporation (LSTC) phát triển, là một công cụ mô phỏng đa năng được sử dụng rộng rãi để giải quyết các bài toán vật lý cơ bản, đặc biệt là các bài toán động lực học phi tuyến.
Khả năng mô phỏng đa dạng này 3 đã khiến cho Ls-Dyna trở thành một phần không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, từ ô tô đến tàu thủy, từ ngành xây dựng đến quân sự. 1: Phần mềm mô phỏng LS-Dyna [9] 1. LS-PrePost: LS-PrePost là một phần mềm phân tích kỹ thuật được sử dụng rộng rãi trong ngành kỹ thuật cơ khí và kỹ thuật vật liệu. LS-PrePost thường được sử dụng để chuẩn bị và hiển thị dữ liệu đầu vào và đầu ra cho các ứng dụng mô phỏng hữu ích, chẳng hạn như mô phỏng động cơ, mô phỏng va chạm, mô phỏng độ bền vật liệu, và nhiều ứng dụng khác trong lĩnh vực kỹ thuật cơ khí.
Phần mềm này cung cấp một loạt các tính năng cho việc nhập, xuất và xử lý dữ liệu mô phỏng, bao gồm định dạng dữ liệu đa dạng, chế độ xem 3D tương tác, và công cụ phân tích kết quả bằng đồ thị. 2: Giao diện của LS-PrePost 4 1. LS-Run: LS-Run thường được sử dụng để thiết lập, quản lý và chạy các mô phỏng được tạo ra bằng LS- PrePost: Thiết lập mô phỏng: LS-Run cho phép người dùng hình thành các thông số của mô phỏng như thời gian chạy, số bước thời gian, thông số thuật toán, và các thông số khác. - Quản lý tài nguyên tính toán: LS-Run giúp người dùng quản lý việc sử dụng tài nguyên máy tính như CPU và bộ nhớ để chạy mô phỏng hiệu quả.
- Giám sát tiến trình chạy: LS-Run cung cấp các công cụ để theo dõi tiến trình chạy của mô phỏng, bao gồm hiển thị thông tin về trạng thái của mô phỏng, báo cáo lỗi, và thông tin kết quả. - Quản lý dữ liệu đầu vào và đầu ra: LS-Run hỗ trợ quản lý dữ liệu đầu vào và đầu ra của mô phỏng, bao gồm việc tự động sao lưu và phục hồi dữ liệu. 3: : Các bước thao tác trong giao diện LS-Run => Sau khi tiến hành kiểm tra lỗi hoàn tất ta có thể xem được va chạm đã thiết lập mô phỏng mà mình mong muốn bằng cách thực hiện các bước theo hình 1.4 thể hiện chọn file d3plot để mở chương trình mô phỏng trong LS-PrePost 5 Hình 1. 4: Trình tự mở file mô phỏng sau khi kiểm tra file thành công ở Ls-Run Hình 1.
5: Giao diện sau khi chương trình chạy hoàn tất 6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Thực tiễn về việc va chạm: Hiện nay, tai nạn giao thông đường bộ là vấn đề nan giải không chỉ của một cá nhân mà là vấn đề của mọi gia đình mọi của quốc gia trên thế giới vì khả năng gây tử vong và để lại thương tật cả đời. Vì vậy, vấn đề an toàn giao thông là việc ưu tiên hàng đầu bởi số lượng phương tiện tham gia giao thông ngày càng gia tăng về số lượng cũng như các chủng loại như xe buýt, ô tô, xe máy. Cùng với đó đặt ra một thách thức lớn đối với các hãng xe và nhà nghiên cứu rằng khi có xảy ra tai nạn làm sao để có thể hạn chế thương vong tối đa nhất cho người điều khiển.
Theo Tổ chức Y tế thế giới (WHO), con số xảy ra tai nạn, số người tử vong và bị thương vì tai nạn giao thông luôn tăng theo từng giờ, từng ngày. Hàng năm có khoảng 1,3 triệu người tử vong và 50 triệu người bị thương tật vĩnh viễn vì tai nạn giao thông trên toàn thế giới.