Nghiên cứu an toàn ô tô khách va chạm dãy phân cách

Nội dung text: Nghiên cứu an toàn ô tô khách va chạm dãy phân cách

1. NGHIÊN CỨU AN TOÀN Ô TÔ KHÁCH VA CHẠM DÃY PHÂN CÁCH RESEARCH SAFETY OF BUS IMPACT GUARDRAIL KS. Lê Hoàng Phương Học Viên Lớp Cao Học Khóa : 2013 – 2015B Khoa Cơ Khí Động lực Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật cao Thắn Email: lehoangphuong150486vn@gmail.com TÓM TẮT Dựa theo tiêu chuẩn Châu Âu EN khách cần phải thiết kế thêm cơ cấu hấp 1317, ứng dụng phần mềm LS – DYNA thụ năng lượng đặt ở cản dưới của đầu xây dựng mô hình phần tử hữu hạn và xe. Kết quả mô phỏng cho thấy khi lắp mô phỏng phân tích tính năng an toàn thêm bộ hấp thụ năng lượng va chạm thì của kết cấu đầu xe khách khi va chạm với gia tốc va chạm tại tâm xe giảm và năng dãy phân cách một góc 200. Để nâng cao lượng động năng tại thời gian kết thúc mô tính an toàn, giảm tổn thương cho hành phỏng giảm. Từ khóa: Kết cấu ô tô khách, thiết kế thực nghiệm, phân tích mô phỏng, hấp thụ năng lượng. ABSTRACT Base on the European standard injury to passengers need to design more EN 1317, the finite element model of bus energy absorbing structure located at the was developed and LS – DYNA software underside of the head bus. The was used to simulate structural safety of simulation results show that when adding bus when impact guardrail with a corner the collision energy absorption, the 200. In oder to enhance safety and reduce accelerator collisions at reducing car
2. center and kinetic energy at the end simulation time reduction. Keywords: Bus structure, design of experiments, analysis simulation, energy obsorption. 1. Lời nói đầu thiết. Tác giả Đặng Quý đã nghiên cứu và Ngày nay, với sự phát triển của xã tính toán động lực học va chạm ô tô, các hội, con người giữ vai trò rất quan trọng với biện pháp giảm tổn thất khi va chạm, tuy nhu cầu ngày càng cao trong cuộc sống. nhiên chưa thực hiện các cải tiến liên quan Nhiều ngành lĩnh vực được phát triển, nâng [1]. Tác giả Nguyễn Quang Anh (2007) đã cao không ngừng nhờ sự đóng góp to lớn nghiên cứu động lực học và độ bền của khung vỏ ô tô va chạm trực diện, nghiên cứu của nền khoa học kỹ thuật. Đất nước ta ngày nay, khi đang hội nhập vào nền kinh tế của này chỉ tính toán động lực học của ô tô và độ thế giới thì việc tiếp thu các phát minh khoa bền của khung xương chứ không thực hiện học kỹ thuật mới là việc tất yếu để phát triển mô phỏng quá trình va chạm của ô tô với nền kinh tế. Ô tô là một phương tiện được sử dãy phân cách [2]. Tác giả Nguyễn Thành dụng rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều lĩnh Tâm đã nghiên cứu thiết kế tối ưu hóa kết vực nhằm phục vụ cho nhu cầu của con cấu khung xương và sát – xi ô tô khách, người. Do đó, ngành công nghệ kỹ thuật ô tô Nghiên cứu này chỉ thiết kế tối ưu kết cấu khung xương và sát – xi ô tô khách chứ ngày càng được đầu tư và phát triển, không ngừng nâng cao chất lượng, cải tiến mẫu không cải tiến năng lượng hấp thụ va chạm mã Mạng lưới giao thông công cộng ngày [3]. Nghiên cứu này ứng dụng phần mềm LS càng được phát triển, đặc biệt là vận chuyển – DYNA xây dựng và phân tích mô hình hành khách tập thể, đường dài. Do đó, nhu phần tử hữu hạn và mô phỏng tính an toàn cầu ô tô khách và ô tô buýt ngày càng nhiều kết cấu đầu ô tô khách khi va chạm với dãy 0 và trở thành một hệ thống giao thông quan phân cách một góc 20 theo tiêu chuẩn Châu trọng của quốc gia, mặc dù ô tô khách là một Âu EN 1317, đồng thời thiết kế thêm bộ hấp thụ năng lượng đặt ở cản dưới của đầu xe trong những phương tiện giao thông an toàn, tuy nhiên tai nạn giao thông vẫn xảy ra, đặc nhằm giảm lực va đập, giảm được tổn biệt là va chạm giữa ô tô khách với dãy phân thương cho hành khách khi va chạm xảy ra. cách làm cho nhiều hành khách bị thương 2. Xây dựng mô hình phân tích tính an hoặc tử vong. Nhằm ngăn ngừa và hạn chế toàn xe khách va chạm với dãy phân cách tổn thương cho hành khách thì việc nghiên một góc 200 cứu và phân tích quá trình va chạm là rất cần
3. Thiết kế dãy phân cách bằng phần mềm Bảng 1: Thuộc tính vật liệu SOLIDWORK theo tiêu chuẩn 22 TCN và Tên Mô Hệ số Khối ứng dựa vào mô hình CAD 3D ô tô khách từ nhà dun Poisso lượng suất sản xuất. Sau đó sử dụng phần mềm đàn n riêng giới HYPERWORKS trong môi trường LS- hồi (kg/mm3 hạn DYNA tiến hành xây dựng mô hình phần tử (Gpa) ) (Mpa) hữu hạn phân tích ô tô khách và dãy phân Q235 210 0,3 7,85.10-6 235 cách. Để cho việc tính toán tin cậy và mô Q345 210 0,3 7,85.10-6 345 phỏng nhanh, kết cấu ô tô khách được chia lưới dạng vuông có kích cỡ 20mm. Sau khi Mặt đất đặt xe sử dụng vật liệu cứng chia lưới xong tiến hành kiểm tra chỉnh sửa để mô phỏng. Tiếp xúc giữa các kết cấu chất lượng lưới nhằm tăng độ chính xác trong xe sử dụng trong quá trình mô phỏng và giảm thiểu mất AUTOMATIC_SINGER_SURFACE để mát năng lượng. Các thanh kết cấu được liên thiết lập; tiếp xúc giữa các kết cấu của xe với kết với nhau bằng cùng tiếp điểm, nếu không mặt đường, kết cấu của xe với dãy phân cách liên kết được cùng tiếp điểm thì tiến hành va chạm sử dụng hàn kết cấu. Sát- xi với cầu xe được liên kết AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE bằng phương thức để thiết lập, hệ số ma sát là 0,5. Gia tốc 2 CONSTRAINED_EXTRA_NODES_OPTI trọng trường g = 9,8m/s , vận tốc mô phỏng 0 ON. Các bộ phận có khối lượng như hành va chạm là 70km/h. Tạo góc 20 hợp bởi mô khách, ghế ngồi, hành lý, thùng nhiên liệu, hình dãy phân cách và mô hình xe khách ắc quy, hệ thống điều hòa không khí, cửa trong phần mềm HYPERMESH bằng cách kính, động cơ, thì gắn khối lượng cho mô vào Tool >> rotate. Mô hình phần tử hữu hình. Sau khi chia lưới xong tiến hành chọn hạn sau khi xây dựng như ở hình 1. vật liệu, thiết lập thuộc tính và gán điều kiện biên cho mô hình. Kết cấu khung xương sử dụng sắt Q235, kết cấu sắt-xi sử dụng sắt Q345, thuộc tính vật liệu như Bảng 1.
4. Từ kết quả mô phỏng cho thấy khi xe chuyển động với vận tốc 70km/h va chạm với dãy phân cách một góc 200. Tại thời điểm 6ms cản dưới bên trái của ô tô khách bắt đầu va chạm với tấm tôn sóng, khi đó tấm tôn sóng và cản dưới bên trái xe biến dạng, trong khoảng thời gian từ 0ms đến 6ms thì động năng giảm từ 2015kJ đến 2006kJ do quá trình bánh xe ma sát với mặt đường, gia tốc cực đại tại tâm xe là 0,227mm/ms2. Từ 6ms đến 200ms là khoảng Hình 1: Mô hình phần tử hữu hạn kết cấu xe thời gian vật liệu đầu xe và dãy phân cách khách và dãy phân cách biến dạng, một phần năng lượng được hấp 3.Phân tích kết quả mô phỏng thụ bởi vật liệu chế tạo đầu xe với dãy phân Dùng phần mềm LS – DYNA mô cách khi đó năng lượng động năng giảm từ phỏng phân tích động thái kết cấu đầu ô tô 2006kJ đến 1810kJ, gia tốc cực đại tại tâm 2 khách trong quá trình va chạm với dãy phân xe là 4,054mm/ms . cách một góc 200, thời gian mô phỏng 4. Cải tiến tăng hấp thụ năng lượng va 200ms, tốc độ va chạm 70km/h, kết quả mô chạm phỏng được thể hiện ở hình 2. Hình 2 cho Nhằm tăng tính an toàn cho hành thấy tại thời điểm 200ms kết cầu cản dưới khách khi xe xảy ra va chạm với dãy phân đầu ô tô khách biến dạng lớn. cách một góc 200. Từ việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết va chạm về năng lượng hấp thụ, nghiên cứu này đề xuất tiến hành thiết kế cản dưới của đầu xe có thêm bộ phận giảm chấn nhằm hấp thụ năng lượng va đập để giảm thiểu tối đa gia tốc cực đại. Cơ cấu hấp thụ năng lượng cho cản bên dưới đầu xe Hình 2: Hình biến dạng kết cầu cản dưới được thế kế gồm 3 thanh đỡ và 5 thanh hấp đầu ô tô khách ở 200ms
5. thụ. 3 thanh đỡ kết nối với sườn xe, 5 thanh Tiến hành mô phỏng kiểm nghiệm hấp thụ kết nối với cản dưới đầu xe được chỉ khả năng hấp thụ năng lượng của cơ cấu, kết ra trong hình 4.3, hình 4.4, hình 4.5. quả mô phỏng thể hiện ở hình 6, hình 7, hình 8, hình 9 và hình 10. Từ hình 6, hình 7, hình 8, hình 9 và hình 10 cho thấy kết cấu hấp thụ bị biếng dạng, khả năng hấp thụ năng lượng tương đối tốt. Gia tốc đo tại trọng tâm xe cho thấy, khi chưa lấp cơ cấu hấp thụ năng lượng thì gia tốc là 4,054mm/ms2, khi xe lắp đặt cơ cấu hấp thụ năng lượng thì gia tốc là Hình 3 Kết cấu của cơ cấu hấp thụ năng 3,723mm/ms2 giảm 8% và năng lượng động lượng năng là 1754kJ giảm 3% so với không lắp đặt bộ hấp thụ năng lượng. Hình 4 Cơ cấu hấp thụ năng lượng gắn kết Hình 6 Mô phỏng cơ cấu hấp thụ năng với sườn xe lượng đầu xe (a)Trước biến dạng (b)Sau biến dạng Hình 5 Cơ cấu hấp thụ năng lượng gắn kết Hình 7 Cơ cấu hấp thụ năng lượng đầu xe với đầu xe trước và sau va chạm
6. thỏa mãn theo tiêu chuẩn.Thông qua các kết quả mô phỏng cho thấy, kết cấu đầu xe khách không đảm bảo an toàn. Để nâng cao tính an toàn, giảm tổn thương cho hành Không có cơ cấu Có cơ cấu khách cần phải thiết kế thêm cơ cấu hấp thụ hấp thụ năng lượng hấp thụ năng lượng năng lượng đặt ở cản dưới của đầu xe. Kết Hình 8 Kết cấu cản dưới đầu xe lúc có và quả mô phỏng cho thấy khi lắp thêm bộ hấp chưa có cơ cấu hấp thụ năng lượng thụ năng lượng va chạm thì gia tốc va chạm tại tâm xe giảm 8% và năng lượng động năng tại thời gian kết thúc mô phỏng 200ms giảm 3%. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GVC.MSc. Đặng Quý, “Nghiên Hình 9 Đồ thị so sánh gia tốc trọng tâm xe cứu và tính toán động lực học va chạm ô tô, có và không có bộ hấp thụ năng lượng các biện pháp giảm tổn thất khi va chạm”, nguồn từ trang Web: NG/Noisan4.html [2] Nguyễn Quang Anh (2007), “Nghiên cứu động lực học và độ bền của Hình 10 Đồ thị so sánh động năng xe có và khung vỏ ô tô va chạm trực diện”, nguồn từ không có bộ hấp thụ năng lượng trang Web: 5. Kết luận cuu-dong-luc-hoc-va-do-ben-cua-khung-vo- Nghiên cứu này đã thực hiện xây oto-va-cham-truc-dien.htm dựng mô hình phân tích an toàn ô tô khách [3] Nguyễn Thành Tâm, “Thiết kế tối va chạm dãy phân cách. Mô phỏng và phân ưu hóa kết cấu khung xương và sát – xi ô tô tích được tính năng an toàn của kết cấu đầu khách”. Khoa học giáo dục Kỹ thuật, xe khách theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 1317 31(2015):29-35. và tiến hành cải tiến kết cấu đầu xe khách
7. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.