Luận văn Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu đầu xe khách khi xảy ra va chạm trực diện (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu đầu xe khách khi xảy ra va chạm trực diện (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 QUANG DƯ THIẾT KẾ TỐI ƯU TÍNH AN TOÀN KẾT CẤU ĐẦU XE KHÁCH KHI XẢY RA VA CHẠM TRỰC DIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 S K C0 0 5 2 4 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2017
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM QUANG DƯ THIẾT KẾ TỐI ƯU TÍNH AN TOÀN KẾT CẤU ĐẦU XE KHÁCH KHI XẢY RA VA CHẠM TRỰC DIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/ 2017
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM QUANG DƯ THIẾT KẾ TỐI ƯU TÍNH AN TOÀN KẾT CẤU ĐẦU XE KHÁCH KHI XẢY RA VA CHẠM TRỰC DIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN THÀNH TÂM Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/ 2017
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ và tên: PHẠM QUANG DƯ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 25/10/1989 Nơi sinh: Đăk lăk Quê quán: Thái Bình Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 89/57 Đường số 57, P.14, Quận Gò Vấp, Tp.HCM. Điện thoại cơ quan: Điện thoại di động: 0902351788 Fax: Email: phamduot89@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Cao đẳng: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2007 đến 2010. Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐH Công Nghiệp Tp.HCM. Ngành học: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2010 đến 2012. Nơi học (trường, thành phố): Trường 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 07/ 2012 Trường ĐH Công Nghiệp Giảng viên đến nay Tp.HCM. 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 22 tháng 04 năm 2017 (Ký tên và ghi rõ họ tên) PHẠM QUANG DƯ 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. Thầy đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiển luận văn, Thầy đã hướng dẫn cho tôi các phương pháp nghiên cứu, truyền đạt những kinh nghiệm, kiến thức và thường xuyên kiểm tra các kết quả nghiên cứu của tôi. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo Khoa Công Nghệ Động Lực – Trường ĐH Công Nghiệp TP HCM đã tạo điều kiện mọi mặt cho tôi trong quá trình tôi đi học cũng như thực hiển luận văn. 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 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 22 tháng 04 năm 2017 Học viên : PHẠM QUANG DƯ iii
7. TÓM TẮT Xe khách là một phương tiện phổ biến và quan trọng nhất trong mạng lưới giao thông đường bộ nhưng các vụ tai nạn do va chạm trực diện luôn dẫn đến chấn thương và thương vong lớn cho tài xế và hành khách. Do đó, tiến hành thực hiện nghiên cứu cải tiến và tối ưu kết cấu đầu ô tô khách nhằm giảm khối lượng và gia tốc va chạm là hết sức cần thiết. Nghiên cứa này dựa theo tiêu chuẩn ECE R94 và ECE R66, ứng dụng kỹ thuật máy tính (CAE) trong đó phần mềm HYPERMESH xây dựng mô hình phần tử hữu hạn sau đó mô phỏng phân tích an toàn kết cấu đầu ô tô khách khi xảy ra va chạm trực diện bằng LS - DYNA. Căn cứ vào vấn đề tồn tại kết cấu đầu xe khách, tiến hành đưa ra các phương án cải tiến thiết kế để đảm bảo bền cho kết cấu và không xâm phạm không gian an toàn theo ECE R66. Trong những phương án được chọn đó là sử dụng vật liệu Nhôm A5052 trong thiết kế cải tiến kết cấu sát – xi đầu xe khách. Sau đó tiến hành tối ưu hóa kết cấu để giảm khối lượng và gia tốc va chạm. Sử dụng phương pháp thiết kế thực nghiệm trực giao tiến hành thiết kế mô phỏng, ứng dụng phần mêm SPSS xây dựng phương trình hồi quy cho mục tiêu tối ưu. Ứng dụng giải thuật di truyền GA trong Matlab tiến hành tính toán tìm giá trị tối ưu. Kết quả cho thấy, khối lượng các biến sau khi tối ưu giảm 9,8 %, gia tốc giảm 9,9 % so với trước tối ưu mà không gian an toàn vẫn không bị xâm phạm theo tiêu chuẩn an toàn khi xảy ra va chạm trực diện. iv
8. ABSTRACT Passenger car is one of the popular and important vehicle in transportation but the accidents caused by head-to-head collision are always leading to injuries and faltalities to passengers and drivers. Therefore, studying the structural optimization of passenger car’s head is urgently needed. This thesis is based upon the standard ECE R94 and ECE R66, applications of computer engineering (CAE) software which HYPERMESH to build finite elements model then simulate and analyze the structural safety of passenger car’s head when head- to-head collision happens with LS-DYNA. Base on the structural problems of the passenger car’s head, proceeding to give these improvement design to ensure the sustainability of structure and does not violate the safety space. In the selected solution, A5052 Aluminum is used in the structural improvement design of passenger car’s head. Then proceed to optimize structure to reduce mass and acceleration impact. Using the method of orthogonal experiment design to design simulation, applying software SPSS regression equation construction for optimal goal. Applying Genetic Algorithm in Mat-lab to calculate to find the optimize value. The results showed that the volume of the variables after the optimization reduced 9.8 % compared with the previous optimization, acceleration reduced 9,9 %, compared to before the optimizaton that safe space is still not compromised safety standards when head- to- head collision occurred. 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 xv Chương 1 TỔNG QUAN 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 2 1.2.1. Nghiên cứu trong nước 2 1.2.2. Nghiên cứu ngoài nước 3 1.3. Mục tiêu nghiên cứu 6 1.4. Đối tượng nghiên cứu 6 1.5. Phương pháp nghiên cứu 6 1.6. Nội dung nghiên cứu 6 1.7. Phạm vi nghiên cứu 7 1.8. Sơ đồ nghiên cứu 7 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM 8 vi
10. 2.1. Cơ sở lý thuyết 8 2.2. Cơ sở lý thuyết về va chạm 9 2.2.1. Va chạm 9 2.2.2. Lực va chạm và xung lực va chạm 9 2.2.3. Động học và động lực học của ô tô khi va chạm trực diện 9 2.2.3.1. Đặc tính biến dạng không đổi của đầu trước của xe (F = const) 11 2.2.3.2. Đặc tính biến dạng tuyến tính của đầu trước của xe 11 2.2.3.3. Lực biến dạng phụ thuộc tuyến tính vào vận tốc biến dạng 12 2.2.3.4. Lực quán tính của xe. 13 2.2.3.5 Tính ổn định và suất tiêu hao nhiên liệu của kết cấu. 13 2.2.3.6 Biến dạng đàn hồi và định luật Hooke 15 2.2.3.7. Định luật Poisson 15 2.2.3.8. Giới hạn bền và hệ số an toàn của vật liệu 16 2.3. Cơ sở lý thuyết tính toán tối ưu hóa 17 2.3.1. Lý thuyết về tối ưu hóa. 17 2.3.2. Tối ưu hóa kết cấu. 18 2.4. Phần mềm HyperMesh 18 2.5. Phần mềm HyperView 19 2.6. Phần mềm Ls – Dyna 19 2.7. Phần mềm SPSS 20 2.8. Phần mềm MatLab 20 Chương 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN XE Ô TÔ KHÁCH . 22 3.1. Mô hình 2D xe khách 22 3.2. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn 22 3.2.1 Quy trình 22 3.2.2. Bản vẽ 3D xe khách Ghế ngồi 23 3.3. Chia lưới mô hình và kiểm tra chất lượng lưới 23 3.3.1. Chia lưới 24 vii
11. 3.3.2 Chỉnh sửa và kiểm tra lưới 24 3.4. Thiết lập mô hình va chạm trực diện theo tiêu chuân Châu Âu 29 3.4.1. Thiết kế đường thử và vật cản 29 3.4.2. Thiết kế không gian an toàn theo tiêu chuẩn ECE R66 30 3.5. Tạo vật liệu, thuộc tính và gán điều kiện biên theo tiêu chuẩn ECE R66 31 3.5.1. Tạo vật liệu 31 3.5.2. Tạo thuộc tính 32 3.5.3. Gán thông số vật liệu và thuộc tính vào đối tượng cần thiết lập 32 3.6. Tính toán khối lượng tổng thể và đặt khối lượng lên mô hình 33 3.6.1. Đặt khối lượng lên mô hình 34 3.6.2. Kiểm tra khối lượng các đối tượng 35 3.7. Tạo phương trọng lực tác dụng 35 3.8. Tạo liên kết toàn bộ các phần trên mô hình 36 3.8.1. Tạo liên kết không gian an toàn với sàn xe 36 3.8.2. Tạo liên kết các đối tượng còn lại 38 3.9. Gán điều kiện biên, thiết lập vận tốc va chạm 38 3.10. Xuất tọa độ trọng tâm và tạo tín hiệu khảo sát thông tin đầu ra 39 3.10.1. Xuất tọa độ trọng tâm của xe 39 3.10.2. Tạo tín hiệu khảo sát thông tin đầu ra của trọng tâm 40 3.11. Tạo thẻ Control Cards để điều khiển quá trình mô phỏng 40 3.12. Kiểm tra lỗi trước khi đưa vào LS – Dyna mô phỏng 41 3.13. Chạy file mô phỏng trong LS – Dyna 41 3.14. Hiển thị kết quả trên Hyperview 42 3.15. Kết luận 42 Chương 4 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG – THIẾT KẾ CẢI TIẾN VÀ TỐI ƯU HÓA KẾT CẤU ĐẦU XE BUS. 43 4.1. Giới thiệu 43 4.2. Hiện thị kết quả trong Hyperview 43 4.3. Thiết kế cải tiến 46 viii
12. 4.3.1. Phương án cải tiến 1 46 4.3.1.1. Kết quả mô phỏng va chạm trực diện theo phương án cải tiến 1 48 4.3.1.2. Nhận xét phương án cải tiến 1 50 4.3.2. Phương án cải tiến 2 50 4.3.2.1. Kết quả mô phỏng cải tiến phương án 02 51 4.3.2.2. Nhận xét phương án cải tiến 2 53 4.4. Thiết kế tối ưu mô hình khung xương đầu xe khách 54 4.4.1. Chia biến cho các thành phần của khung xương đầu xe 54 4.4.2. Thiết kế thí nghiệm mô phỏng 54 4.5. Kết quả thu thập số liệu thí nghiệm mô phỏng 56 4.6. Dùng SPSS lập phương trình hồi quy thực nghiệm 56 4.6.1. Thực hiện tính toán hồi quy 58 4.6.2. Kết quả hồi quy trọng lượng M theo các biến x1, x2, x3, x4 58 4.6.3. Kết quả hồi quy của khoảng cách d + D 59 4.6.4. Kết quả hồi quy gia tốc tại trọng tâm a 60 4.7. Dùng Matlab tiến hành tối ưu hóa các biến thiết kế 61 4.8. Mô phỏng kiểm nghiệm quá trình tính toán tối ưu 63 4.9. Kết luận 66 Chương 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 67 5.1. Kết luận chung 67 5.2. Hạn chế và hướng phát triển của đề tài 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 ix
13. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ECE R66 Tiêu chuẩn Châu Âu số 66. 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 A5052 Nhôm làm thí nghiệm MAT Loại vật liệu ms đơn vị bước thời gian tính theo mili giây x
14. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang Hình 1.1: Thử nghiệm của Mỹ theo tiêu chuẩn FMVSS 208 4 Hình 1.2: Thử nghiệm theo tiêu chuẩn ÚC 5 Hình 1.3: Thử nghiệm theo tiêu chuẩn Nhật Bản 5 Hình 1.4: Thử nghiệm va chạm của hãng Mercedes - Benz 6 Hình 1.5: Sơ đồ nghiên cứu 7 Hình 2.1: Không gian an toàn theo mặt cắt ngang 8 Hình 2.2: Không gian an toàn theo mặt cắt dọc 9 Hình 2.3: Mô hình khi xe va chạm với vật cản 10 Hình 2.4: Phương tác dụng lực lên vật rắn khi nén 16 Hình 2.5: Sơ đồ bài toán tối ưu kết cấu 18 Hình 2.6: Giao diện phần mềm HyperMesh 18 Hình 2.7: Giao diện phần mềm Hyperview 19 Hình 2.8: Giao diện phần mềm LS – Dyna. 20 Hình 2.9: Giao diện phần mềm SPSS 20 Hình 2.10: Giao diện phần mềm Matlab 21 Hình 3.1: Mô hình CAD 2D 22 Hình 3.2: Quy trình xây dựng mô hình phân tích mô phỏng 23 Hình 3.3: Bản vẽ 3D xe khách. 23 Hình 3.4: Trước và sau khi chia lưới 24 Hình 3.5: Các vị trí nút lưới chưa gắn kết với nhau 24 xi
15. Hình 3.6: Bảng hiển thị chất lượng lưới 25 Hình 3.7: Màu tương ứng với chất lượng lưới phần mềm hiển thị 25 Hình 3.8: Trước và sau khi chỉnh sửa lưới 25 Hình 3.9: Bảng điều chỉnh chất lượng lưới 26 Hình 3.10: Liên kết các phần tử với nhau bằng các mối hàn. 26 Hình 3.11: Kiểm tra lỗi lưới toàn bộ mô hình 27 Hình 3. 12: Bảng điều khiển định vị đối tượng 30 Hình 3. 13: Các nodes được định vị trên đối tượng sau khi chọn 30 Hình 3.14: Mặt đường và vật cản đã được tạo cố định 30 Hình 3.15: Không gian an toàn xe Universe được thiết kế theo tiêu chuẩn ECE R66 31 Hình 3.16: Hộp thoại tạo vật liệu cho mô hình 32 Hình 3.17: Hộp thoại tạo thuộc tính vật liệu 32 Hình 3.18: Hộp thoại gán thuộc tính vật liệu 32 Hình 3.19: Hộp thoại thiết lập đặt khối lượng lên mô hình. 35 Hình 3.20: Kiểm tra khối lượng toàn bộ mô hình 35 Hình 3.21: Thiết lập đồ thị trọng lực 36 Hình 3.22: Tạo phương trọng lực tác dụng theo đồ thị trọng lực 36 Hình 3.23: Hộp thoại tạo liên kết bằng nút của sàn với không gian an toàn của xe 36 Hình 3.24: Chọn các nút cần liên kết trên sàn xe. 36 Hình 3.25: Chọn loại liên kết cho không gian an toàn. 37 Hình 3.26: Chọn PID đối tượng cần liên kết 37 Hình 3.27: Thiết lập liên kết không gian an toàn với nút trên sàn xe. 37 xii
16. Hình 3.28: Hiện thị kết quả liên kết không gian an toàn hoàn thành 38 Hình 3.29: Bảng điều khiển nhập các giá trị về đại lượng chuyển động vật lý 39 Hình 3.30: File thông báo tọa độ trọng tâm. 39 Hình 3.31: Vị trí tọa độ trọng tâm trên mô hình 40 Hình 3.32: Hộp thoại tạo tín hiệu quan sát đầu ra 40 Hình 3.33: Hộp thoại nạp File k vào chạy mô phỏng LS –Dyna 41 Hình 3.34: Quá trình mô phỏng diễn ra và thời gian mô phỏng còn 41 Hình 3.35: Hộp thoại duyệt tìm file d3plot để chạy kết quả trong Hyperview 42 Hình 3.36: Hiển thị kết quả mô phỏng trong Hyperview 42 Hình 4.1: Mô hình khung xương trước khi va chạm trực diện 44 Hình 4.2: Mô hình khung xương sau khi va chạm ở bước thời gian 180 ms 44 Hình 4.3: Gia tốc xuất ra từ kết quả mô phỏng ban đầu 45 Hình 4.4: Khối lượng toàn bộ xe ban đầu khi cân mô hình bằng Hypermesh 45 Hình 4.5: Sát – xi đầu xe chưa cải tiến 46 Hình 4.6: Sát – xi đầu xe sau khi cải tiến 46 Hình 4.7: Kết quả mô phỏng cải tiến phương án 1 49 Hình 4.8: Hình đồ thị gia tốc đo được của xe từ phần mềm 49 Hình 4.9: Khối lượng phần đầu xe cân được của phương án cải tiến 1 50 Hình 4.10: Bản thiết kế phương án 2 51 Hình 4.11:Phương án cải tiến 2 về thay đổi vật liệu và kết cấu. 51 Hình 4.12: Kết quả mô phỏng của xe khách khi va chạm trực diện phương án 2 52 Hình 4.13: Đồ thị gia tốc đo được từ trọng tâm của xe của phương án 2 52 Hình 4.14: Khối lượng phần đầu xe cân được ở phương án cải tiến 2 53 xiii
17. Hình 4.15: Các biến x1, x2, x3, x4 được chọn để thí nghiệm tối ư 54 Hình 4.16: Dữ liệu tính toán hồi quy đưa vào SPSS 57 Hình 4.17: Định dạng kiểu dữ liệu trong Variable View. 58 Hình 4.18: Đưa biến phụ thuộc a và biến độc lập X để phân tích hồi quy 58 Hình 4.19: Kết quả xuất ra từ SPSS về phân tích hồi quy khối lượng M 59 Hình 4.20: Kết quả xuất ra từ SPSS về phân tích hồi quy khoảng cách d + D 60 Hình 4.21: Kết quả xuất ra từ SPSS về phân tích hồi quy gia tốc a 61 Hình 4.22: Thuật toán trong MatLab 62 Hình 4.23: Kết quả hiện thị trong MatLab 63 Hình 4.24: Kết quả mô phỏng tối ưu khi xảy ra va chạm trực diện 64 Hình 4.25: Gia tốc a tại trọng tâm xe ứng với kết quả tối ưu 64 Hình 4.26: Khối lượng phần đầu xe sau khi tối ưu cân được. 65 xiv
18. DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 1.1: Tỷ lệ % các dạng va chạm ở Việt Nam năm 2016 1 Bảng 3.1: Thống kê thông số chất lượng chia lưới mô hình xe khách 27 Bảng 3.2: Giải thích một số tiêu chuẩn chất lượng lưới 28 Bảng 3.3: Thông số vật liệu Thép Q235B, Q345B và Nhôm A5052 31 Bảng 3.4: Thông số của vật liệu t hiết lập trong mô hình 32 Bảng 3.5: Bảng tổng hợp vật liệu và thuộc tính của các đối tượng trong mô hình . 33 Bảng 3.6: Thống kê khối lượng khảo sát các bộ phận trên xe khách ghế ngồi 33 Bảng 3.7: Bảng đơn vị đo lường theo tiêu chuẩn 38 Bảng 4.1: Kích thước, tiết diện các thanh gia cố Sát-xi phía trước 47 Bảng 4.2: Kết quả so sánh trước cải tiến và sau cải tiến các yếu tố khảo sát 50 Bảng 4.3: Kết quả so sánh phương án cải tiến 2 với phương án cải tiến 1 53 Bảng 4.4: Các cấp độ của biến. 55 * 4 Bảng 4.5: Thiết kế thực nghiệm mô phỏng theo U6 (6 ) 55 Bảng 4.6: Kết quả thu thập số liệu thí nghiệm 56 Bảng 4.7: Bảng thiết lập hồi quy mặt phản ứng bậc 2 của các biến 57 Bảng 4.8: Giá trị tính toán các biến độ dày x, trọng lượng M, khoảng cách d + D, gia tốc a sau tối ưu 63 Bảng 4.9: Giá trị tổng hợp so sánh phương án cải tiến 2 với sau khi tối ưu 65 xv
19. Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề Ngày nay, với sự phát triển của xã hội, con người đóng vai trò rất quan trọng với nhu cầu ngày càng cao trong cuộc sống. Nhiều ngành, lĩnh vực được phát triển, nâng cao không ngừng nhờ sự đóng góp to lớn của nền khoa học kỹ thuật. Đất nước ta ngày nay, khi đang hội nhập vào nền kinh tế của thế giới thì việc tiếp thu các phát minh khoa học kỹ thuật mới là việc tất yếu để phát triển nền kinh tế. Ô tô là một phương tiện được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực nhằm phục vụ cho nhu cầu của con người. Do đó, ngành công nghệ kỹ thuật ô tô ngày càng được đầu tư và phát triển, không ngừng nâng cao chất lượng, cải tiến mẫu mã. Cùng với sự phát triển của kinh tế, nhất là các nước phát triển thì ô tô được con người sử dụng rất nhiều dẫn đến hậu quả là ô nhiễm môi trường, ùn tắc và tai nạn giao thông, Theo thông kê của Cục CSGT Bộ Công an, cả nước hiện có trên 65.300 chiếc xe ô tô chở khách từ 29 chỗ trở lên. Trong năm 2016 số vụ tai nạn đường bộ xảy ra là 21.568 vụ[1], trong đó có đến 27% là do người điều khiển ô tô gây ra và gần 10% liên quan đến ô tô chở khách. Các vụ tai nạn diễn ra có thể là trực diện, từ bên hông hay đằng sau, quá trình va chạm diễn ra làm biến dạng cấu trúc khung xe do đó làm tổn thương đến hành khách bên trong. Theo các phân tích số liệu về va chạm giữa hai xe trong năm 2016[1] có thể phân loại các dạng va chạm được thể hiện ở bảng sau: Bảng 1.1: Tỷ lệ % các dạng va chạm ở Việt Nam năm 2016. Dạng va chạm Số vụ tai nạn Tỷ lệ % Va chạm trực diện 741 53.6% Va chạm sau 108 7.8% Va chạm bên 443 32.1% 1
20. Dạng va chạm Số vụ tai nạn Tỷ lệ % Nóc và gầm xe 38 2.7% Va chạm khác 52 3.8% Tổng số 1382 100% Qua số liệu thống kê trong bảng 1.1 ta thấy khoảng 50% số vụ va chạm ở khu vực đầu xe nên va chạm trực diện chiếm chiếm tỷ lệ lớn nhất và gây ra những thiệt hại về người và phương tiện giao thông do đó nhà thiết kế chế tạo ô tô trong và ngoài nước phải tập trung nghiên cứu. 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 va chạm trực diện 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 nước 1.2.1. Nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam, các hướng nghiên cứu thiết kế cải tiến khung xương và Sát-xi 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 ôtô (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: - TS. Nguyễn Thành tâm – ĐHCN TP.HCM, năm 2015, Thiết kế tối ưu kết cấu khung xương và sát-xi ô tô khách, nghiên cứ u này của tác giả tối ưu hóa kết cấu và đưa ra các giá trị tiết diện của các thanh khung và sát – xi mà chưa có phương pháp cải tiến thiết kế[2]. - TS. Nguyễn Khắc Huân – ĐHBK Tp. Hồ Chí Minh, năm 2010, 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. Tác giả đã tiến hành kiểm tra khung xương ô tô khách 2
21. Transinco K46 theo tiêu chuẩn ECE R66 và kết luận đạt yêu cầu không vi phạm không gian an toàn, có trọng lượng nhỏ[3]. - NCS. Nguyễn Quang Anh (2007), Nghiên cứu động lực học và độ bền của khung vỏ ô tô va chạm trực diện, nghiên cứu này chỉ tính toán động lực học của ô tô và độ bền của khung xương chứ không đề xuấ t được giải pháp cải tiế n khi va chạm[4]. - Ths. Đỗ Huyền Trang – Trường ĐH SPKT Tp. Hồ Chí Minh, năm 2015, Nghiên cứu, thiết kế tính an toàn kết cấu ô tô khách khi xảy ra va chạm trực diện, Từ kết quả mô phỏng không đạt yêu cầu về không gian an toàn. Tác giả cải tiến theo hai phương án là tăng bề dày Sát-xi của xe và phương án gắn thêm bộ hấp thụ dạng tổ ong nhằm đạm bảo được không gian an toàn cho tài xế và hành khách[5]. Những đề tài ở trên nằm trong những dẫn chứng về hướng nghiên cứu trong nước về xe khung xe buýt, xe khách đang thực hiện ở các trường Đại học. Tất cả vẫn ở mức độ lý thuyết dựa trên kỹ thuật máy tính CAE để mô phỏng nên những đề tài này chưa được triển khai ở một số doanh nghiệp và ứng dụng vào thực tiễn, bởi những điều kiện khách quan của ngành ô tô trong nước và mức độ thuyết phục đối với doanh nghiệp. Vì vậy với mục đích của tác giả khi thực hiện đề tài này là dựa vào số liệu thực tế đo đạc được để xây dựng mô hình xe khách hoàn toàn mới. Đưa vào phân tích CAE và đánh giá thiết kế ban đầu của nhà sản suất, đạt hay không đạt yêu cầu về tính an toàn theo tiêu chuẩn châu Âu ECE R66. 1.2.2. Nghiên cứu ngoài nước Hiện nay, nghiên cứ u tính an toàn ô tô trên thế giới là khâu nghiên cứ u quan trọng không thể thiếu trong chuỗi nghiên cứ u thiế t kế ô tô, nhằ m đảm bảo an toàn theo tiêu chuẩ n quy định. Đối với nghiên cứu an toàn bị động, các nhà nghiên cứu thiết kế chế tạo ô tô dựa vào tiêu chuẩ n an toàn của nhà chức trách thực hiện nghiên cứ u thiế t kế và thử nghiệm tính năng an toàn trước khi sản xuất hàng loạt. Cùng với đó, các nhà nghiên cứu thiết kế chế tạo ô tô trên thế giới đã thực hiện khá nhiều nghiên cứu và thử nghiệm về va chạm trực diện của xe ô tô với vật cản cứng. Các nghiên cứu tiêu biểu như sau: 3
22. S K L 0 0 2 1 5 4