Nghiên cứu thiết kế tối ưu kết cấu an toàn cho ô tô khách Universe theo tiêu chuẩn ECE R66

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.1.1. Nghiên cứu trong nước

1.1.2. Nghiên cứu ngoài nước

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

1.3. Đối tượng nghiên cứu

1.4. Phương pháp nghiên cứu

1.5. Nội dung nghiên cứu

1.6. Phạm vi nghiên cứu

1.7. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM

1.7.1. Tiêu chuẩn va chạm trực diện

1.7.2. Tiêu chuẩn tính an toàn lật nghiêng ô tô khách ECE R66

1.7.3. Lý thuyết biến dạng phi tuyến tính

2. XÁC ĐỊNH TRỌNG TÂM XE

2.1. Xác định trọng tâm theo chiều dọc

2.2. Xác định trọng tâm theo chiều cao

2.3. Xác định độ lệch trọng tâm theo chiều ngang

2.4. Giới hạn lật đổ

2.5. Vận tốc góc khi lật

2.6. Vận tốc góc ban đầu ω0

2.7. Phần mềm HyperMesh

2.8. Phần mềm HyperView

2.9. Phần mềm Ls – Dyna

2.10. Phần mềm SPSS

2.11. Phần mềm Matlab

2.12. XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN XE Ô TÔ KHÁCH

2.12.1. Xây dựng mô hình xe khách Universe 3D

2.12.2. Bản vẽ Cad 2D xe Universe

2.12.3. Bản vẽ 3D xe Universe Ghế ngồi

2.12.4. Tạo mặt giữa và chỉnh sửa mô hình trong Hypermesh

2.12.4.1. Tạo mặt giữa cho mô hình

2.12.4.2. Chỉnh sửa mô hình

2.12.4.3. Chia lưới mô hình và kiểm tra chất lượng lưới

2.12.4.4. Chỉnh sửa và kiểm tra lưới

2.12.5. Thiết lập mô hình lật nghiêng theo tiêu chuẩn ECE R66

2.12.5.1. Thiết kế mặt phẳng lật và mặt phẳng va chạm

2.12.5.2. Thiết kế không gian an toàn theo tiêu chuẩn ECE R66

2.12.5.3. Tạo vật liệu, thuộc tính và gán điều kiện biên theo tiêu chuẩn ECE R66

2.12.5.3.1. Tạo vật liệu

3. TẠO THUỘC TÍNH

3.1. Gán thông số vật liệu và thuộc tính vào đối tượng cần thiết lập

3.2. Điều kiện biên theo tiêu chuẩn ECE R66

3.3. Tính toán khối lượng tổng thể và đặt khối lượng lên mô hình

3.3.1. Tính toán khối lượng tổng thể mô hình

3.3.2. Đặt khối lượng lên mô hình

3.4. Tạo phương trọng lực tác dụng

3.5. Tạo liên kết toàn bộ các phần trên mô hình

3.5.1. Tạo liên kết không gian an toàn với sàn xe

3.5.2. Tạo liên kết các đối tượng còn lại

3.6. Tạo tiếp xúc cả xe với mặt đường và đặt vận tốc góc Omega

3.6.1. Tạo tiếp xúc cả xe với mặt đường

3.7. Xuất tọa độ trọng tâm và tạo tín hiệu khảo sát thông tin đầu ra

3.7.1. Xuất tọa độ trọng tâm của xe

3.7.2. Tạo tín hiệu khảo sát thông tin đầu ra của trọng tâm

3.8. Tạo thẻ Control Cards để điều khiển quá trình mô phỏng

3.9. Kiểm tra lỗi trước khi đưa vào LS – Dyna mô phỏng

3.10. Xuất file trong Hypermesh và quá trình mô phỏng trong LS – Dyna

3.10.1. Xuất file trong Hypermesh

3.10.2. Chạy file mô phỏng trong LS – Dyna

3.11. Hiển thị kết quả trên Hyperview

4. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – THIẾT KẾ CẢI TIẾN VÀ TỐI ƯU MÔ HÌNH KHUNG XƯƠNG

4.1. Hiện thị kết quả trong Hyperview

4.2. Vị trí xuất hiện ứng suất tập trung

4.3. Kết luận mô hình ban đầu từ kết quả mô phỏng

4.4. Giảm độ dày khung xương bên hông để đạt tới không gian an toàn

4.5. Cải tiến và kết quả

4.5.1. Kết quả cải tiến

4.5.2. Thiết kế tối ưu mô hình khung xương

4.5.3. Chọn biến lượng tối ưu hóa cho mô hình khung xương

4.5.4. Thiết kế thí nghiệm mô phỏng

4.5.5. Kết quả thu thập số liệu thí nghiệm mô phỏng

4.5.6. Dùng SPSS lập phương trình hồi quy thực nghiệm

4.5.7. Thực hiện tính toán hồi quy

4.5.8. Kết quả hồi quy trọng lượng M theo các biến x1, x2, x3, x4

4.5.9. Kết quả hồi quy của khoảng cách D1

4.5.10. Kết quả hồi quy của khoảng cách D2

4.5.11. Giải phương trình hồi quy bằng Matlab

4.5.12. Mô phỏng kiểm nghiệm quá trình tính toán tối ưu

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu

Nghiên cứu này tập trung vào việc thiết kế ô tô khách Universe với mục tiêu tối ưu hóa kết cấu an toàn ô tô theo tiêu chuẩn ECE R66. Tai nạn xe buýt, đặc biệt là tai nạn lật nghiêng, đã gây ra nhiều thương vong. Do đó, việc đảm bảo an toàn ô tô là một vấn đề cấp bách cho các nhà sản xuất. Đề tài này sử dụng kỹ thuật máy tính (CAE) để xây dựng mô hình phần tử hữu hạn cho xe khách Universe, từ đó mô phỏng và phân tích độ cứng của khung xương theo tiêu chuẩn an toàn lật nghiêng Châu Âu. Kết quả cho thấy độ cứng và khối lượng khung xương ban đầu lớn, cần thiết phải giảm bề dày để đạt được không gian an toàn.

1.1. Tầm quan trọng của an toàn ô tô

An toàn hành khách là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong ngành công nghiệp ô tô. Theo thống kê, tai nạn xe buýt gây ra hàng ngàn thương vong mỗi năm. Việc áp dụng các tiêu chuẩn an toàn như tiêu chuẩn ECE R66 không chỉ giúp giảm thiểu rủi ro mà còn nâng cao uy tín của nhà sản xuất. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc cải tiến kết cấu ô tô khách có thể giảm thiểu đáng kể thiệt hại trong các vụ tai nạn. Do đó, nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn mang lại ứng dụng thực tiễn cao trong việc thiết kế và sản xuất ô tô khách an toàn hơn.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này áp dụng phương pháp mô phỏng và phân tích kết cấu ô tô bằng phần mềm CAE. Mô hình phần tử hữu hạn được xây dựng cho xe khách Universe, cho phép phân tích độ cứng và khả năng chịu lực của khung xương. Các thông số như khối lượng, độ dày và vị trí của các thành phần khung xương được điều chỉnh để đạt được hiệu quả tối ưu. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc giảm độ dày khung xương có thể làm giảm khối lượng tổng thể mà vẫn đảm bảo an toàn cho hành khách. Phương pháp này không chỉ giúp cải tiến thiết kế mà còn tạo ra một quy trình tối ưu hóa hiệu quả cho các nhà sản xuất ô tô.

2.1. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn

Mô hình phần tử hữu hạn được xây dựng dựa trên các thông số kỹ thuật của xe khách Universe. Phần mềm HyperMesh được sử dụng để tạo mô hình 3D và chia lưới cho khung xương. Sau đó, phần mềm LS-Dyna được áp dụng để mô phỏng các tình huống lật nghiêng theo tiêu chuẩn ECE R66. Kết quả từ mô phỏng cho thấy vị trí ứng suất tập trung và khả năng chịu lực của khung xương, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến thiết kế. Việc sử dụng phần mềm CAE không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao độ chính xác trong việc phân tích và thiết kế kết cấu an toàn cho ô tô.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa kết cấu ô tô khách Universe có thể giảm khối lượng khung xương lên đến 18,5% mà vẫn đảm bảo các tiêu chuẩn an toàn. Các cải tiến thiết kế được thực hiện dựa trên các phân tích mô phỏng cho thấy sự thay đổi về độ dày và vị trí của các thành phần khung xương có ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu lực và độ bền của xe. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng các phương pháp tối ưu hóa trong thiết kế không chỉ giúp giảm thiểu trọng lượng mà còn nâng cao tính an toàn cho hành khách. Kết quả này có thể được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô, đặc biệt là trong việc phát triển các mẫu xe mới.

3.1. Đánh giá an toàn ô tô

Đánh giá an toàn cho xe khách Universe được thực hiện thông qua các tiêu chuẩn an toàn quốc tế. Kết quả cho thấy rằng khung xương sau khi cải tiến đạt yêu cầu về không gian an toàn theo tiêu chuẩn ECE R66. Việc giảm độ dày khung xương bên hông và cải tiến các vị trí chịu lực đã giúp tăng cường khả năng bảo vệ hành khách trong trường hợp xảy ra tai nạn. Điều này không chỉ có ý nghĩa về mặt kỹ thuật mà còn góp phần nâng cao nhận thức về an toàn giao thông trong cộng đồng.

Luận văn thạc sĩ về thiết kế an toàn cho ô tô khách Universe theo tiêu chuẩn ECE R66