Luận văn 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 (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn 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 (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM HỒNG THAO 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 NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ÐỘNG LỰC - 60520116 S K C0 0 5 1 0 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM HỒNG THAO NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƢU KẾT CẤU AN TOÀN LẬT NGHIÊNG Ô TÔ KHÁCH GHẾ NGỒI UNIVERSE TRÊN CƠ SỞ TIÊU CHUẨN AN TOÀN CHÂU ÂU ECE R66 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/ 2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM HỒNG THAO NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƢU KẾT CẤU AN TOÀN LẬT NGHIÊNG Ô TÔ KHÁCH GHẾ NGỒI UNIVERSE TRÊN CƠ SỞ TIÊU CHUẨN AN TOÀN CHÂU ÂU ECE R66 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN THÀNH TÂM Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/ 2016
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ và tên: PHẠM HỒNG THAO Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 11/03/1990 Nơi sinh: Quảng Ngãi Quê quán: Quảng Ngãi Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Số 92/21 Đường số 2, Khu Phố 9, P.Trường Thọ, Quận Thủ Đức, Tp.HCM Điện thoại cơ quan: 837154304 Điện thoại di động: 0938930468 Fax: 837154292 Email: hongthaoqn90@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Cao đẳng: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2008 đến 2011. Nơi học (trường, thành phố): Trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng. Ngành học: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô tô. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2011 đến 2013. Nơi học (trường, thành phố): ĐH Công Nghiệp Tp.HCM Ngành học: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô tô. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Tháng 9/ 2013 đến Công ty Cổ phần Cơ khí Xây Thợ máy 02/ 2016 dựng Giao thông (Tracomeco) Tháng 02/ 2016 Trường Cao Đẳng Viễn Đông Giảng viên đến nay Tp. Hồ Chí Minh i
5. 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. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 09 năm 2016 (Ký tên và ghi rõ họ tên) PHẠM HỒNG THAO ii
6. LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô đã giảng dạy trong chương trình Cao học ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, những người đã truyền đạt cho tôi những kiến thức hữu ích về chuyên ngành của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Thành Tâm đã tận tình hướng dẫn cho tôi trong thời gian thực hiện luận văn. Mặc dù trong quá trình thực hiện luận văn có những giai đoạn không được thuận lợi nhưng những kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm của Thầy đã cho tôi biết cách tiến hành thực hiện đề tài một cách thực tế nhất, đáp ứng được trong phạm vi nghiên cứu mà thầy đảm nhiệm hướng dẫn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo Công ty Cổ phần Cơ Khí Xây dựng Giao thông (Tracomeco) đã tạo điều kiện để tôi tiếp xúc thực tế mô hình thiết kế mà đề tài tôi đề cập đến. Mặc dù đã cố gắng tiếp thu nhiều kiến thức từ các thầy cô và cập nhật thêm nhiều tài liệu liên quan, nhưng do trình độ hạn chế và thời gian thực hiện ngắn cho nên luận văn không thể nào tránh được những sai sót. Rất mong nhận được sự góp ý của quý Thầy Cô và các bạn đọc để đề tài được hoàn thiện hơn. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 17 Tháng 9 năm 2016 Học viên : PHẠM HỒNG THAO iii
7. TÓM TẮT Mặc dù xe khách là một trong những phương tiện an toàn nhất nhưng tai nạn gây ra chấn thương, thương vong vẫn xảy ra, đặc biệt là tai nạn lật nghiêng và chạm trực diện làm cho nhiều người chấn thương và tử vong cùng lúc đó. Do đó, vấn đề về an toàn hành khách là vấn đề quan trọng đối với các nhà sản xuất xe khách. Đề tài ứng dụng kỹ thuật máy tính (CAE) xây dựng mô hình phần tử hữu hạn xe khách Universe ghế ngồi. Sau đó mô phỏng phân tích độ cứng khung xương ban đầu của mô hình theo tiêu chuẩn an toàn lật nghiêng Châu Âu ECE R66. Kết quả độ cứng, khối lượng khung xương ban đầu lớn. Tiến hành giảm bề dày theo cách truyền thống để khung xương biến dạng chạm đến không gian an toàn, làm giảm khối lượng khung xương xe khách. Tiếp tục cải tiến bằng việc thay đổi thiết kế về kết cấu khung xương ở những vị trí ảnh hưởng đến biến dạng. Kết quả cải tiến cho thấy khối lượng giảm thêm 5%. Tuy nhiên, phương pháp cải tiến này chưa thật sự tối ưu. Thông qua bài toán tối ưu, tiến hành thiết kế thực nghiệm mô phỏng đưa ra phương trình hồi quy thực nghiệm bằng SPSS. Ứng dụng giải thuật di truyền GA trong Matlab để giải phương trình hồi quy thực nghiệm để tìm kích thước độ dày thép tương ứng với biến thiết kế được chọn với hàm mục tiêu là: tổng khối lượng các biến được chọn là nhỏ nhất và các ràng buộc điều kiện về khoảng cách từ khung xương đến không gian an toàn phải lớn hơn không. Kết quả đạt được là tổng khối lượng các biến được chọn giảm 18,5% so với trước khi tối ưu. iv
8. ABSTRACT Although Coach/ bus is one of the safest transportation but sometime the accidents still happen, especially frontal or tilt accidents and make many people are injured and died at the same time. Therefore, the issue of bus safety is an important issue for manufacturers. Technical topics computer applications (CAE) modeling finite element Universe bus seats. Then simulation analysis initial stiffness of skeletal models safety standard ECE R66 European tilt. As a Results hardness, initial volume larger skeleton. Conduct a thickness reduction in the traditional way to skeletal deformation reaches a safe space, reduce the volume of passenger car frame. Continuing improvements by changing the design of the structural skeleton in positions affecting deformation. Results showed improved volumes decreased by 5%. However, this improved method is not really optimal. Through optimization problems, conduct simulation experimental design given empirical regression equation by SPSS. Application of genetic algorithms in Matlab GA to the empirical regression equation to find the size that corresponds to the thickness of steel design variables are selected with the objective function is: the total volume of the selected variables is the smallest and the binding conditions on the distance from the frame to secure the space must be greater than zero. Results achieved as the total volume of the selected variables decreased 18.5% compared to the prior optimization. v
9. MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Abstract v Mục lục vi Danh sách các chữ viết tắt x Danh sách các hình xi Danh sách các bảng xvi Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1 1.2.1. Nghiên cứu trong nước 2 1.2.2. Nghiên cứu ngoài nước 3 1.3. Mục tiêu nghiên cứu 4 1.4. Đối tượng nghiên cứu 5 1.5. Phương pháp nghiên cứu 5 1.6. Nội dung nghiên cứu 5 1.7. Phạm vi nghiên cứu 5 1.8. Sơ đồ nghiên cứu 6 Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM 7 2.1. Cơ sở lý thuyết 7 2.1.1. Tiêu chuẩn va chạm trực diện 7 2.1.2. Tiêu chuẩn tính an toàn lật nghiêng ô tô khách ECE R66 7 2.2. Lý thuyết biến dạng phi tuyến tính 9 vi
10. 2.3. Xác định trọng tâm xe 13 2.3.1. Xác định trọng tâm theo chiều dọc 13 2.3.2. Xác định trọng tâm theo chiều cao 13 2.3.3. Xác định độ lệch trọng tâm theo chiều ngang 14 2.3.4. Giới hạn lật đổ. 15 2.3.5 Vận tốc góc khi lật 17 2.3.6. Vận tốc góc ban đầu 0 18 2.3.7. Kết luận 20 2.4. Phần mềm HyperMesh 20 2.5. Phần mềm HyperView 21 2.6. Phần mềm Ls – Dyna 22 2.7. Phần mềm SPSS 22 2.8. Phần mềm Matlab 23 Chƣơng 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN XE Ô TÔ KHÁCH 24 3.1. Xây dựng mô hình xe khách Universe 3D 24 3.1.1. Bản vẽ Cad 2D xe Universe 25 3.1.2. Bản vẽ 3D xe Universe Ghế ngồi 29 3.2. Tạo mặt giữa và chỉnh sửa mô hình trong Hypermesh 30 3.2.1 Tạo mặt giữa cho mô hình 30 3.2.2. Chỉnh sửa mô hình 31 3.3. Chia lưới mô hình và kiểm tra chất lượng lưới 31 3.3.1. Chia lưới 31 3.3.2. Chỉnh sửa và kiểm tra lưới 32 3.4. Thiết lập mô hình lật nghiêng theo tiêu chuẩn ECE R66 37 3.4.1.Thiết kế mặt phẳng lật và mặt phẳng va chạm. 37 3.4.2. Thiết kế không gian an toàn theo tiêu chuẩn ECE R66 39 3.5. Tạo vật liệu, thuộc tính và gán điều kiện biên theo tiêu chuẩn ECE R66 39 3.5.1. Tạo vật liệu 39 vii
11. 3.5.2. Tạo thuộc tính 42 3.5.3. Gán thông số vật liệu và thuộc tính vào đối tượng cần thiết lập 42 3.5.4. Điều kiện biên theo tiêu chuẩn ECE R66 43 3.6. Tính toán khối lượng tổng thể và đặt khối lượng lên mô hình 43 3.6.1. Tính toán khối lượng tổng thể mô hình 44 3.6.2. Đặt khối lượng lên mô hình 45 3.7. Tạo phương trọng lực tác dụng 46 3.8. Tạo liên kết toàn bộ các phần trên mô hình. 47 3.8.1. Tạo liên kết không gian an toàn với sàn xe 47 3.8.2. Tạo liên kết các đối tượng còn lại 49 3.9. Tạo tiếp xúc cả xe với mặt đường và đặt vận tốc góc Omega 52 3.9.1. Tạo tiếp xúc cả xe với mặt đường 52 3.10. Xuất tọa độ trọng tâm và tạo tín hiệu khảo sát thông tin đầu ra. 54 3.10.1. Xuất tọa độ trọng tâm của xe 54 3.10.2. Tạo tín hiệu khảo sát thông tin đầu ra của trọng tâm 55 3.11. Tạo thẻ Control Cards để điều khiển quá trình mô phỏng 55 3.12. Kiểm tra lỗi trước khi đưa vào LS – Dyna mô phỏng 57 3.13. Xuất file trong Hypermesh và quá trình mô phỏng trong LS – Dyna 58 3.13.1. Xuất file trong Hypermesh 58 3.13.2. Chạy file mô phỏng trong LS – Dyna 59 3.14. Hiển thị kết quả trên Hyperview 60 3.15. Kết luận 61 Chƣơng 4. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – THIẾT KẾ CẢI TIẾN VÀ TỐI ƢU MÔ HÌNH KHUNG XƢƠNG 62 4.1. Giới thiệu 62 4.2. Hiện thị kết quả trong Hyperview 62 4.2.1. Vị trí xuất hiện ứng suất tập trung 63 4.2.2. Kết luận mô hình ban đầu từ kết quả mô phỏng 65 4.3. Giảm độ dày khung xương bên hông để đạt tới không gian an toàn 65 viii
12. 4.4. Cải tiến và kết quả 66 4.4.1. Cải tiến 66 4.4.2. Kết quả cải tiến 68 4.5. Thiết kế tối ưu mô hình khung xương 69 4.5.1. Chọn biến lượng tối ưu hóa cho mô hình khung xương 69 4.5.2. Thiết kế thí nghiệm mô phỏng 70 4.6. Kết quả thu thập số liệu thí nghiệm mô phỏng 71 4.7. Dùng SPSS lập phương trình hồi quy thực nghiệm 72 4.7.1. Thực hiện tính toán hồi quy 73 4.7.2. Kết quả hồi quy trọng lượng M theo các biến x1, x2, x3, x4. 74 4.7.3. Kết quả hồi quy của khoảng cách D1 75 4.7.4. Kết quả hồi quy của khoảng cách D2 75 4.8. Giải phương trình hồi quy bằng Matlab 76 4.9. Mô phỏng kiểm nghiệm quá trình tính toán tối ưu. 79 4.10. Kết luận 80 Chƣơng 5. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 81 5.1. Kết luận chung 81 5.2. Hạn chế và hướng phát triển của đề tài 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 ix
13. DANH SÁCH CÁC CHỮ 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 G, G’, G’’ Là tọa độ trọng tâm khác nhau khi xe lật EG, EG’, EG” Động năng trong quá trình lật đổ J Moment quán tính Q235B, Q345B Loại thép Cacbon dùng làm thử nghiệm x
14. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1. Kiểm nghiệm thực tế lật nghiêng ô tô khách 4 Hình 1.2: Sơ đồ nghiên cứu 6 Hình 2.1: Không gian an toàn theo mặt cắt ngang 8 Hình 2.2: Không gian an toàn theo mặt cắt dọc 8 Hình 2.3: Tiêu chuẩn ECE R66 để kiểm tra an toàn lật nghiêng 9 Hình 2.4: Mối quan hệ ứng suất và biến dạng. 10 Hình 2.5: Quan hệ ứng suất – biến dạng của vật liệu đàn hồi, vật liệu đàn dẻo. 11 Hình 2.6: Thí nghiệm thực tế và miền giới hạn đàn hồi. 11 Hình 2.7: Mô tả quá trình biến dạng trượt của vật liệu. 13 Hình 2.8: Sơ đồ khối lượng phân bố trên xe theo chiều dọc 13 Hình 2.9: Cân xe lên bàn cân 14 Hình 2.10: Cân bánh xe bên trái lên bàn cân 15 Hình 2.11: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên xe. 16 Hình 2.12: Xe đang đứng yên trên mặt phẳng lật. 17 Hình 2.13: Xe bắt đầu lật. 17 Hình 2.14: Sau khi lật 18 Hình 2.15: Sự thay đổi trọng tâm khi lật 18 Hình 2.16: Xác định động năng ban đầu bằng LS – Dyna 20 Hình 2.17: Giao diện phần mềm HyperMesh 21 Hình 2.18: Giao diện phần mềm Hyperview 21 Hình 2.19: Giao diện phần mềm LS – Dyna. 22 Hình 2.20: Giao diện phần mềm SPSS 23 Hình 2.21: Giao diện phần mềm Matlab 23 Hình 3.1: Sơ đồ chi tiết nghiên cứu theo tiêu chuẩn an toàn lật nghiêng ECE R66.24 Hình 3.2: Bản vẽ 2D thiết kế bên trong xe nhìn từ trên xuống. 25 Hình 3.3: Bản vẽ 2D thiết kế bên ngoài nhìn từ hông của xe. 25 xi
15. Hình 3.4: Bản vẽ thiết kế 2D nhìn phía trước và phía sau của xe 26 Hình 3.5: Bản vẽ 2D kết cấu mảng chụp đầu của xe 26 Hình 3.6: Bản vẽ 2D kết cấu mảng chụp đuôi của xe. 27 Hình 3.7: Bản vẽ 2D mảng hông trái và phải của xe 27 Hình 3.8: Bản vẽ 2D kết cấu mảng sàn xe 28 Hình 3.9: Bản vẽ 2D kết cấu mảng nóc của xe. 28 Hình 3.10: Bản vẽ 2D kết cấu mảng khung giữa của xe liên kết với Chassis đầu và đuôi. 28 Hình 3.11: Bản vẽ 2D kết cấu mảng Chassis của xe nhìn từ phía trên xuống. 29 Hình 3.12: Bản vẽ 2D kết cấu mảng Chassis của xe nhìn từ bên hông. 29 Hình 3.13: Bản vẽ 3D xe khách Universe 29 Hình 3.14: Tạo mặt giữa cho mô hình 3D. 30 Hình 3.15: Trước và sau khi tạo mặt giữa. 30 Hình 3.16: Các lỗ trước và sau khi bị xóa 31 Hình 3.17: Trước và sau khi xóa các mặt bo tròn 31 Hình 3.19: Các vị trí nút lưới chưa gắn kết với nhau 32 Hình 3.20: Bảng hiển thị chất lượng lưới. 33 Hình 3.21: Màu tương ứng với chất lượng lưới phần mềm hiển thị 33 Hình 3.22: Trước và sau khi chỉnh sửa lưới 33 Hình 3.23: Bảng điều chỉnh chất lượng lưới 34 Hình 3.24: Liên kết các phần tử với nhau bằng các mối hàn. 34 Hình 3.25: Kiểm tra lỗi lưới toàn bộ mô hình 35 Hình 3.26: Hộp thoại tạo điểm bất kỳ với tọa độ cho trước 38 Hình 3.27: Tạo mặt phẳng lật và mặt phẳng va chạm từ các điểm đã tạo 38 Hình 3.28: Hộp thoại điều khiển góc lật tới hạn 38 Hình 3.29: Cố định mặt phẳng lật và mặt phẳng va chạm 39 Hình 3.30: Không gian an toàn xe Universe được thiết kế theo tiêu chuẩn ECE R66 39 Hình 3.31: Hộp thoại tạo vật liệu cho mô hình 40 xii
16. Hình 3.32: Đường cong ứng suất kéo nén thực nghiệm 41 Hình 3.33: Thiết lập thông số của vật liệu và gán đường cong kéo nén thực nghiệm. 42 Hình 3.34: Hộp thoại tạo thuộc tính vật liệu 42 Hình 3.35: Hộp thoại gán thuộc tính vật liệu 43 Hình 3.36: Hộp thoại thiết lập đặt khối lượng lên mô hình. 45 Hình 3.37: Kết quả hiển thị đặt khối lượng đại diện cho kính bên mảng hông. 45 Hình 3.38: Kiểm tra khối lượng toàn bộ mô hình. 46 Hình 3.39: Thiết lập đồ thị trọng lực 47 Hình 3.40: Tạo phương trọng lực tác dụng theo đồ thị trọng lực 47 Hình 3.41: Hộp thoại tạo liên kết bằng nút của sàn với không gian an toàn của xe 47 Hình 3.42: Chọn các nút cần liên kết trên sàn xe. 48 Hình 3.43: Chọn loại liên kết cho không gian an toàn. 48 Hình 3.44: Chọn PID đối tượng cần liên kết. 48 Hình 3.45: Thiết lập liên kết không gian an toàn với nút trên sàn xe. 49 Hình 3.46: Hiện thị kết quả liên kết không gian an toàn hoàn thành. 49 Hình 3.47: Liên kết Bệ đỡ – Sườn xe 49 Hình 3.48: Liên kết Cầu xe – Mâm bánh xe 50 Hình 3.49: Liên kết Lốp – Mâm Bánh xe 50 Hình 3.50: Liên kết động cơ với đuôi Chassis 50 Hình 3.51: Tạo kiểu liên kết cho Bệ đỡ với Cầu xe. 51 Hình 3.52: Thẻ thiết lập liên kết cứng Bệ đỡ - Cầu xe 51 Hình 3.53: Liên kết Bệ đỡ - Cầu xe. 51 Hình 3.54: Chọn các đối tượng để tạo tiếp xúc của xe với mặt đường. 52 Hình 3.55: Tạo tên thiết lập tiếp xúc. 52 Hình 3.56: Thiết lập tiếp xúc của xe và mặt đường. 52 Hình 3.57: Hiện kết quả thiết lập tiếp xúc 53 Hình 3.58: Chọn các đối tượng để đặt vận tốc góc  53 Hình 3.59: Gán giá trị vận tốc góc và tọa độ tâm lật 53 xiii
17. Hình 3.60: File thông báo tọa độ trọng tâm 54 Hình 3.61: Vị trí tọa độ trọng tâm trên mô hình 55 Hình 3.62: Hộp thoại tạo tín hiệu quan sát đầu ra. 55 Hình 3.63: Hộp thoại Keywords. 55 Hình 3.64: Hộp thoại control energy. 56 Hình 3.65: Hộp thoại control hourglass 56 Hình 3.66: Hộp thoại control termination 56 Hình 3.67: Hộp thoại control time step. 56 Hình 3.68: Hộp thoại data base binary d3plot 57 Hình 3.69: Hộp thoại Card Data base option. 57 Hình 3.70: Kiểm tra lỗi trước khi mô phỏng 57 Hình 3.71: Lỗi hàn lưới khi kiểm tra mô hình. 58 Hình 3.72: Hộp thoại thông báo không xuất hiện lỗi trong phân tích CAE 58 Hình 3.73: Hộp thoại xuất file k để mô phỏng trong LS – Dyna 59 Hình 3.74: Hộp thoại nạp File k vào chạy mô phỏng LS –Dyna 59 Hình 3.75: Quá trình mô phỏng diễn ra và thời gian mô phỏng còn lại. 60 Hình 3.76: Hộp thoại duyệt tìm file d3plot để chạy kết quả trong Hyperview. 60 Hình 3.77: Hiển thị kết quả mô phỏng trong Hyperview 61 Hình 4.1: Kết quả mô phỏng khung xương ban đầu. 63 Hình 4.2: Ứng suất tập trung của mảng hông bên trái. 63 Hình 4.3: Ứng suất tập trung của mảng hông bên phải. 64 Hình 4.4: Ứng suất tập trung của đầu xe. 64 Hình 4.5: Ứng suất tập trung của nóc xe. 64 Hình 4.6: Ứng suất tập trung của đuôi xe. 65 Hình 4.7: Khối lượng khung xương khi giảm độ dày 66 Hình 4.8: Kết quả mô phỏng sau khi giảm độ dày 66 Hình 4.9: Cải tiến thanh đứng cửa sổ kính bên hông. 67 Hình 4.10: Cải tiến gia cường miếng ốp hình chữ nhật ở đuôi mảng hông. 67 Hình 4.11: Gia cường ốp ở chụp đuôi xe 68 xiv
18. Hình 4.12: Khối lượng khung xương giảm thêm khi cải tiến 68 Hình 4.13: Kết quả mô phỏng sau cải tiến. 69 Hình 4.14: Chọn biến thiết kế tối ưu 69 Hình 4.15: Dữ liệu tính toán hồi quy đưa vào SPSS 73 Hình 4.16: Định dạng kiểu dữ liệu trong Variable View. 73 Hình 4.17: Đưa biến phụ thuộc M và biến độc lập X để phân tích hồi quy. 74 Hình 4.18: Kết quả xuất ra từ SPSS về phân tích hồi quy khối lượng M 74 Hình 4.19: Kết quả xuất ra từ SPSS về phân tích hồi quy khoảng cách D1. 75 Hình 4.20: Kết quả xuất ra từ SPSS về phân tích hồi quy khoảng cách D2 76 Hình 4.21: Thuật toán chương trình chính trong Matlab 77 Hình 4.22: Thuật toán chương trình con hàm mục tiêu 77 Hình 4.23: Thuật toán chương trình con hàm điều kiện 78 Hình 4.24: Hiển thị kết quả 78 Hình 4.25: Tính D1, D2 để kiểm tra từ kết quả tối ưu 78 Hình 4.26: Kết quả hiển thị sau khi tối ưu. 79 xv
19. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3.1: Thống kê thông số chất lượng chia lưới mô hình xe khách Universe. 35 Bảng 3.2: Giải thích một số tiêu chuẩn chất lượng lưới 36 Bảng 3.3: Thông số vật liệu Q235B và Q345B. 40 Bảng 3.4: Thông số của vật liệu thiết lập trong mô hình 40 Bảng 3.5: Bảng thông số kéo nén thực nghiệm 41 Bảng 3.6: Bảng tổng hợp vật liệu và thuộc tính của các đối tượng trong mô hình 43 Bảng 3.7: Bảng đơn vị đo lường theo tiêu chuẩn 43 Bảng 3.8: Bảng khối lượng tổng thể của mô hình 44 Bảng 4.1: Kích thước độ dày thiết kế ban dầu và kích thước sau khi giảm độ dày . 65 Bảng 4.2: Các cấp độ của biến 71 * 4 Bảng 4.3: Thiết kế thực nghiệm mô phỏng theo U6 (6 ). 71 Bảng 4.4: Kết quả thu thập số liệu thí nghiệm 71 Bảng 4.5: Bảng thiết lập hồi quy mặt phản ứng bậc 2 của các biến. 72 Bảng 4.6: Giá trị tính toán các biến x, trọng lượng M, khoảng cách D sau tối ưu 79 Bảng 4.7: Bảng giá trị kiểm nghiệm trước tối ưu và sau tối ưu 80 xvi
20. Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề Tai nạn xe buýt là tai nạn thường xuyên xảy ra trên toàn thế giới. Ở Châu Âu, 150.000 người bị thương và 150 người chết mỗi năm đối với tai nạn xe buýt này[1]. Tại Mỹ trong năm 2004, Cục Quản lý An toàn giao thông quốc gia báo cáo ước tính có khoảng 16.000 chấn thương và tử vong trong tai nạn xe buýt, trong số này, hơn một nữa các trường hợp tử vong xảy ra trong tai nạn này không liên quan đến va chạm[2]. Vì vậy, an toàn hành khách xe buýt là một vấn đề quan trọng trong ngành công nghiệp xe buýt, và mối quan tâm này đang dần gia tăng mỗi năm. Đảm bảo sự an toàn của hành khách xe buýt không chỉ xem xét như tiếp thị mà đã trở thành một nghĩa vụ theo quy định của tiêu chuẩn quốc tế mà hiện nay đang được ở một số quốc gia, cũng như một yêu cầu của các tổ chức chính phủ, các chủ sở hữu xe buýt. Tiêu chuẩn khác nhau xác định các cấu trúc cứng cáp khung xương cũng khác nhau theo kiểu tai nạn: va chạm trực diện, va chạm bên hông và lật nghiêng. Theo một cuộc khảo sát của các tài liệu liên quan đến sự cố tai nạn thì hầu hết là nằm trong mô hình lật nghiêng xe buýt là nghiêm trọng nhất. Theo thống kê của Cục Cảnh Sát Giao Thông (CSGT) đường bộ, đường sắt tính đến đầu tháng 1 năm 2014 cả nước có 65.294 phương tiện vận tải hành khách từ 29 chỗ trở lên, trong đó có 1.612 xe khách giường nằm. Trong năm 2013 số vụ tai nạn đường bộ xảy ra là 30.874 vụ, trong đó có đến 21% là do người điều khiển ô tô gây ra và 9,7% liên quan đến ô tô chở khách[3]. Trên cơ sở đó, đề tài đã ứng dụng kỹ thuật máy tính CAE (Computer Aided Engineering) để xây dựng mô hình nghiên cứu để tính toán, mô phỏng tính an toàn của kết cấu khung xe ô tô khách khi xảy ra lật nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu. Dựa trên kết quả mô phỏng, tiến hành thiết kế cải tiến và tối ưu hóa kết cấu khung ô tô khách nhằm đảm bảo độ bền, giảm trọng lượng và an toàn cho hành khách. 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 1
21. 1.2.1. Nghiên cứu trong nƣớc Ở Việt Nam, các hướng nghiên cứu thiết kế cải tiến khung xương và chassis ô tô chủ yếu tập trung tính toán mô phỏng trạng thái bền tĩnh và tính ổn định, trong khi đó các nghiên cứu cơ bản và ứng dụng liên quan tới tính năng an toàn bị động của ô tô (bao gồm va chạm trước, sau, hông, lật nghiêng, vv ) vẫn chưa được thực hiện một cách đầy đủ nhất, và hiện tại đề tài nghiên cứu về vấn đề này đang hướng tới ở một số trường Đại học cũng như doanh nghiệp sản xuất lắp ráp ô tô khách. Cụ thể có một vài nghiên cứu liên quan như sau: - Nghiên cứu tính bền kết cấu khung xương ô tô chở khách theo tiêu chuẩn E/ECE/TRANS/505/66 bằng phần mềm ANSYS của TS. Nguyễn Khắc Huân – ĐHBK Tp. Hồ Chí Minh, năm 2010. Tác giả đã tiến hành kiểm tra khung xương ô tô khách Transinco K46 theo tiêu chuẩn ECE R66 và kết luận đạt yêu cầu không vi phạm không gian an toàn, có trọng lượng nhỏ. - Nghiên cứu, thiết kế, cải tiến tính an toàn lật nghiêng ô tô khách trên cơ sở tiêu chuẩn Châu Âu ECE R66 của thạc sĩ Đỗ Kim Hoàng – Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014. Kết quả nghiên cứu của tác giả là mô hình khung xương ban dầu bị xâm phạm không đạt yêu cầu về tiêu chuẩn ECE R66, tiến hành cải tiến theo phương án là bo góc cạnh. Là nền tảng cho nghiên cứu tối ưu ở hướng phát triển của đề tài. - Nghiên cứu, thiết kế tính an toàn kết cấu ô tô khách khi xảy ra va chạm trực diện của thạc sĩ Đỗ Huyền Trang – Trường ĐH SPKT Tp. Hồ Chí Minh, năm 2015. Từ kết quả mô phỏng không đạt yêu cầu về không gian an toàn khi va chạm trực diện 100%, tác giả cải tiến theo hai phương án là tăng bề dày chassis của xe và phương án gắn thêm bộ hấp thụ dạng tổ ong. Nghiên cứu hướng đến phát triển bộ hấp thụ khi va chạm và nền tảng cho việc tối ưu hóa mô hình. - Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu ô tô khách khi xảy ra va chạm lật nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu của thạc sĩ Dương Chí Thiện – Trường ĐH SPKT Tp. Hồ Chí Minh, năm 2015. Tác giả tiến hành kiểm tra mô phỏng kiểm tra 2
22. S K L 0 0 2 1 5 4