Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của vật liệu làm khung vỏ tới hành khách khi va chạm bằng phần mềm ansys ls-Dyna

Nội dung text: Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của vật liệu làm khung vỏ tới hành khách khi va chạm bằng phần mềm ansys ls-Dyna

1. NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA VẬT LIỆU LÀM KHUNG VỎ TỚI HÀNH KHÁCH KHI VA CHẠM BẰNG PHẦN MỀM ANSYS LS-DYNA EXPLORE, ASSESS THE EFFECT OF MATERIAL FRAME MAKING TO PASSENGERS IN CRASH WITH ANSYS LS-DYNA TS. Nguyễn Khắc Huân1, KS. Phạm Đức Thắng2 1Trường Sĩ quan Cơng binh 2Trường Trung cấp KTCN Nhơn Trạch TĨM TẮT Bài báo này trình bày đánh giá ảnh hưởng của vật liệu làm khung vỏ đến hành khách trong va chạm bằng phần mềm mơ phỏng Ansys LS-DYNA và phân tích dữ liệu trên phần mềm Hyperview. Quá trình mơ phỏng bài tốn giúp nhĩm nghiên cứu khảo sát được tính khả thi của việc thay thế vật liệu thép truyền thống trong ngành sản xuất ơ tơ tại Việt Nam bằng vật liệu mới composite. Bên cạnh đĩ, quá trình mơ phỏng cịn giúp tiết kiệm thời gian trong quá trình thực hiện đề tài nhờ cho phép người lập trình dễ dàng thay đổi gĩc độ va chạm, vận tốc va chạm một cách linh động, dễ dàng đạt được hiệu quả kinh tế cao trong quá trình thử nghiệm thực tế. Từ khĩa: Ansys LS-DYNA; Solidworks; Hyperview; Composite; va chạm. ABSTRACT The current paper assessed the effects of material frame making to passengers in crash by simulating on Ansys LS-DYNA and and analyzing the datas on Hyperview. The aim of this simulation helped group of researchers surveyed the feasibility of replacing traditional steel in the automotive manufacturing industry in Vietnam with new composite materials. In addition, the simulation process also saves time in the process to implement the project by allowing programmers to easily change the angle of impact, the velocity of impact on a flexible, easy to achieve economic results during the actual test. Keywords: Ansys LS-DYNA; Solidworks; Hyperview; Composite; impact; crash. F TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM, Số 8 năm 2014 81 www.cokhivietnam.vn
2. NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI 1. GIỚI THIỆU định khả năng chống va chạm của vật liệu làm khung vỏ xe thơng qua các tiêu chuẩn an tồn Giảm tự trọng của xe và tăng tính an về người của châu Âu. tồn bị động là hai yếu tố quan trọng trong quá trình thiết kế khung vỏ ơ tơ. Trong thiết kế 2. MƠ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN VÀ CÁC chống va chạm ơ tơ, thường một số phần trên TIÊU CHUẨN AN TỒN CHO NGƯỜI KHI của xe sẽ được chế tạo từ nhựa tổng hợp để hấp VA CHẠM thụ năng lượng. Đồng thời cấu trúc các phần của xe cũng được thiết kế sao cho khả năng Kỹ thuật phân tích bài tốn động lực hấp thụ năng lượng là cao nhất nhằm mục đích học va chạm tức thời bằng cách mơ phỏng tăng độ tin cậy và an tồn cho người và xe. trong ANSYS là kỹ thuật dùng để xác định phản ứng của kết cấu dưới tác động của tải phụ Việc kiểm tra sự chống va chạm hay an thuộc thời gian. Ta cĩ thể sử dụng kiểu phân tồn của người và xe được đánh giá bằng quá tích này để xác định các chuyển vị, biến dạng, trình phân tích va chạm. Quá trình đánh giá va ứng suất và lực biến thiên theo thời gian. Quá chạm thường được thực hiện theo các phương trình mơ phỏng cung cấp một cách chi tiết các pháp sau: hiện tượng vật lý xảy ra trong kết cấu của mơ hình từ đĩ giúp cho các kỹ sư cĩ thể điều chỉnh - Thử nghiệm va chạm xe; được trước khi hồn thiện thiết kế trước khi - Mơ phỏng quá trình va chạm bằng các đưa vào sản xuất. phần mềm. Mơ phỏng quá trình va chạm được thực Lựa chọn phương pháp đầu tiên cĩ tính hiện bằng cách sử dụng các phần mềm mơ chính xác và độ tin cậy cao nhưng chi phí và phỏng phần tử hữu hạn. Một mơ hình phần tử thời gian thực hiện cao, do vậy, chưa phù hợp với điều kiện hiện nay tại Việt Nam. Hiện nay, hữu hạn được thiết kế và nhập vào mơi trường việc ứng dụng các phần mềm để mơ phỏng va ANSYS LS-DYNA với các điều kiện biên, tải chạm giữa hai xe cũng mang lại độ chính xác trọng và kiểu phần tử được định nghĩa sát với cao đồng thời giảm bớt chi phí và thời gian tiến các điều kiện va chạm trong thực tế. hành thực nghiệm. Để từng bước xây dựng một pháp qui về tính tốn thiết kế khung vỏ ơtơ chở 2.1. Mơ hình phần tử hữu hạn khách cũng như các tiêu chuẩn áp dụng bắt buộc đối với tính bền khung vỏ ơtơ chở khách Mơ hình khung vỏ ơ tơ và hành khách mang thương hiệu Việt Nam, trong đĩ cĩ tính được thiết kế trong mơi trường Solidworks đến yêu cầu về kết cấu, vật liệu của khung vỏ (hình 1), được xuất ra file *IGES. Sau đĩ, nhập xe cĩ thể tự bảo vệ khi xuất hiện va chạm. Do sang phần mềm Hypermesh để xây dựng phần vậy, trong bài báo này nhĩm tác giả đã sử dụng tử hữu hạn, trong mơi trường này bằng việc phần mềm mơ phỏng Ansys LS-DYNA và phân sử dụng phương pháp chia lưới automesh trên tích dữ liệu trên phần mềm Hyperview để xác từng mảng của kết cấu khung xe (kiểu phần tử định ảnh hưởng của vật liệu làm khung vỏ xe SHELL 163), mơ hình phần tử hữu hạn được ơ tơ tới hành khách trong va chạm nhằm xác thể hiện trong (hình 2). 82 TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM, Số 8 năm 2014 www.cokhivietnam.vn
3. NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI giới hạn 1000: Trong đĩ: bhead: Gia tốc đầu người; t: Thời gian tác động va chạm. Hình 1: Mơ hình hình học xe khách Tiêu chuẩn chấn thương ở ngực SI Với bchest: Là gia tốc của ngực. t: Là thời gian tác động va chạm 3. MƠ PHỎNG THÍ NGHIỆM Hình 2: Mơ hình phần tử hữu hạn Mơ phỏng va chạm được chia làm 4 2.2. Các tiêu chuẩn an tồn cho người khi va trường hợp đối với xe cĩ kết cấu vật liệu thép chạm CT3, sau đĩ thay thế các trường hợp lần lượt bằng vật liệu composite với các điều kiện giống Tiêu chuẩn chấn thương ở đầu HIC, nhau (bảng 1): 4. KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ Mơ phỏng ở các trường hợp trong (bảng 1) với vật liệu làm khung vỏ bằng thép sau đĩ thay bằng vật liệu composite ta được các kết quả như trong phần 4.1; 4.2. Một số hình ảnh va chạm trong trường hợp M1, thể hiện trong hình 3, 4. F TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM, Số 8 năm 2014 83 www.cokhivietnam.vn
4. NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI Hình 3: Khung vỏ bằng vật liệu thép Hình 4: Khung vỏ bằng vật liệu composite Kết quả khảo sát một số nút điển hình được đặt trên hành khách gồm: -Nút 137681: Trên đầu của hành khách; -Nút 347278: Trên ngực của hành khách; -Nút 349295: Trên đùi của hành khách. Kết quả nhận được như sau: Trong đĩ: -Đường màu xanh nước biển đồ thị trong trường hợp M1; - Đường màu đỏ đồ thị trong trường hợp M2; -Đường màu xanh lá cây đồ thị trong trường hợp M3; -Đường màu tím nhạt đồ thị trong trường hợp M4. 4.1. Gia tốc tại các nút khảo sát khi xe sử dụng vật liệu thép Hình 5: Gia tốc tại nút 137681 Hình 6: Gia tốc tại nút 347278 84 TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM, Số 8 năm 2014 www.cokhivietnam.vn
5. NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI Hình 7: Gia tốc tại nút 349325 4.2. Gia tốc tại các nút khảo sát khi xe sử dụng vật liệu composite Hình 8: Gia tốc tại nút 137681 composite Hình 9: Gia tốc tại nút 347278 composite Hình 10: Gia tốc tại nút 349325 composite F TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM, Số 8 năm 2014 85 www.cokhivietnam.vn
6. NGHIÊN CỨU - TRAO ĐỔI Theo biểu đồ thời gian va chạm đến hành khách trên xe sử dụng vật liệu composite đã giảm đi rất nhiều so với xe sử dụng vật liệu thép. Lực tác động cũng giảm do sự hấp thụ năng lượng của vật liệu composite. Kết quả thu được theo tiêu chuẩn HIC và tiêu chuẩn SI Trường hợp Tiêu chuẩn HIC Tiêu chuẩn SI Vật liệu Thép Composite Thép Composite M1 1048.17 788.44 1056.68 869.57 M2 845.33 511.82 684.75 625.83 M3 759.92 378.49 649.55 416.14 M4 3108.22 1063.28 3959.33 1015.64 5. KẾT LUẬN Từ biểu đồ gia tốc ta thấy thời gian hành khách chịu tác động va chạm khi thay thế bằng vật liệu composite giảm đi rất nhiều. Các giá trị theo tiêu chuẩn HIC cho thấy khi xe sử dụng vật liệu composite luơn thấp hơn so với vật liệu thép cacbon. Khả năng hấp thụ năng lượng của vật liệu composite carbon fiber là rất cao, vì vậy nĩ giảm chấn thương khi va chạm. Từ kết quả trên cho thấy cĩ thể sử dụng vật liệu composite trong cơng nghiệp để sản xuất khung vỏ ơ tơ khách vì nĩ cĩ tính năng giảm va chạm rất tốt. Ngày nhận bài: 07/7/2014 Ngày phản biện: 14/8/2014 Tài liệu tham khảo: [1]. Nguyễn Quang Anh:“Nghiên cứu xác định ứng suất và biến dạng khung vỏ xe 7 chỗ MEFA của nhà máy ơtơ SAGACO khi va chạm trực diện giữa 2 xe”; Luận án Tiến sỹ. [2]. Waseem Sarwar and Nasir Hayat, “Crash Simulation and Analysis of a Car Body Using ANSYS LS- DYNA,”Failure of engineering materials and structures, code 09, 2007, pp. 65-72. [3]. Yucheng Liu, “Impact Experimental Analysis and Com-puter Simulation,” Department of Mechanical Engineer-ing, University of Louisville. [4]. www.altairhyperworks.com. [5]. www. www.xansys.org. 86 TẠP CHÍ CƠ KHÍ VIỆT NAM, Số 8 năm 2014 www.cokhivietnam.vn
7. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CƠNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên cĩ 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 cĩ sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CĨ 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.