LỜI NÓI ĐẦU
Với sự phát triển của nền kinh tế thì nhu cầu đi lại của người dân ngày càng tăng vì thế mà nhu cầu về ô tô chở khách cũng ngày càng tăng. Nhiều cơ sở nhà máy sản xuất lắp ráp đóng mới được xây dựng nhằm đáp ứng một phần nhu cầu về ô tô chở khách. Do hiện nay các loại về ô tô khách được đóng chưa nhiều nên việc thiết kế các loại ô tô khách phù hợp với đặc điểm của Việt Nam là điều cần thiết. Sau quá trình học tập chuyên ngành ô tô trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội em đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp “Thiết kế tính toán khung xe khách chạy liên tỉnh”. Trong đề tài em đã sử dụng các tiêu chuẩn để thiết kế khung xe khách chạy liên tỉnh sao cho phù hợp với đặc điểm của Việt Nam. Đồng thời ứng dụng phầm mềm tính kết cấu ANSYS để tính bền khung xương xe thiết kế với các giả thiết tương đối gần giống với quá trình chịu tải trọng của xe đảm bảo tính chính xác và thời gian tính toán. Ngoài ra trong nội dung đồ án em đã nghiên cứu sử dụng phần mềm ANSYS để mô phỏng quá trình va chạm của xe đây là việc chưa được thực hiện ở Việt Nam. Do thời gian làm đồ án có hạn nhưng em cũng đã đạt được một số kết quả khả quan. Trong thời gian sắp tới em sẽ tiếp tục nghiên cứu thêm để đạt được những kết quả cao hơn.
Trong quá trình làm đồ án em đã được thày giáo : PGS.TS………….. và toàn thể các thày trong bộ môn ô tô đã hướng dẫn nhiệt tình và động viên khích lệ em hoàn thành nội dung đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cám ơn.
Hà nội, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
……………….
GIỚI THIỆU CHUNG
Ý NGHĨA VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
I. THỰC TẾ PHÁT TRIỂN CỦA NGHÀNH CÔNG NGHIỆP ÔTÔ Ở VIỆT NAM.
Sau hơn 10 năm phát triển, công nghiệp ô tô Việt Nam vẫn chưa tự chủ được so với mục tiêu đặt ra. Ngành sản suất ô tô Việt Nam vẫn tiếp tục phụ thuộc nặng nề vào nước ngoài trên mọi phương diện. Ngày 3 tháng 12 năm 2002 Thủ tướng Chính phủ đã có quyết định số 175/2002/QĐ-TTG về việc phê duyệt chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020. Là xây dựng và phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam trở thành một ngành quan trọng của đất nước, có khả năng đáp ứng ở mức cao nhất nhu cầu thị trường trong nước và tham gia vào thị trường khu vực và trên thế giới.
II. Ý NGHĨA VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI.
Đã hoàn thành được việc thiết kế khung xe khách chạy liên tỉnh với việc lựa chọn các thông số về kích thước, kết cấu và kiểm bền khung xương xe có độ chính xác cao.
Giải quyết được vấn đề mà từ trước tới nay ở Việt Nam chỉ có một số lượng nhỏ thực hiện, đó là việc ‘Tính bền khung xương xe bằng phần mềm ANSYS’. Nhưng mới chỉ ở mức độ tính bền khung ở chế độ tải tĩnh. Trong đề tài này còn giải quyết được vấn đề mô phỏng khung xe khi va chạm rơi ở độ cao 5 (m) bằng modul LS-DYNA của phần mềm ANSYS.
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ KHUNG VỎ TRÊN Ô TÔ CHỞ KHÁCH
I. TỔNG QUAN VỀ KHUNG VỎ Ô TÔ CHỞ KHÁCH.
1. Chức năng, nhiệm vụ
Khung xe là hệ thống dầm truyền lực, nhận và truyền tất cả các lực cũng như phản lực trong quá trình vận hành của xe. Nó là cơ sở lắp đặt các cụm, các hệ thống của xe như động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống treo, các cơ cấu điều khiển, hệ thống lái và các thiết bị phụ chuyên dùng, cabin, tải trọng.
2. Phân loại
2.1. Theo kết cấu của khung:
Dựa theo kết cấu của khung ta có thể chia khung ra làm ba loại chính như sau:
- Loại khung có xà dọc ở hai bên.
- Loại khung có xà dọc ở giữ.
- Loại hỗn hợp hay còn gọi là loại khung hình chữ X.
2.3. Theo các loại hệ thống chịu lực trên ô tô:
Dựa theo các loại hệ thống chịu lực trên ô tô ta có thể chia khung ra làm ba loại chính như sau:
- Khung chịu lực: Khi vỏ đặt lên khung qua các mối nối đàn hồi. Trường hợp này khung cứng hơn vỏ nhiều nên chịu được các tác động của ngoại lực và có thể biến dạng nhưng không truyền đến vỏ.
- Vỏ chịu lực: Loại vỏ này đồng thời là khung (Không có khung chính thức nên vỏ chịu toàn bộ ngoại lực tác dụng lên ô tô).
4. Vật liệu làm khung
Vật liệu để chế tạo khung phải có các tính chất sau:
- Có giới hạn chảy và giới hạn mỏi cao.
- Độ nhậy với ứng xuất tập trung thấp.
- Có tính dập ở trạng thái nguội tốt.
- Có tính hàn (Tính chất này có ý nghĩa khi thực hiện sửa chữa hoặc nâng cấp cải tạo xe).
II. KHÁI QUÁT TÌNH HÌNH CÔNG NGHỆ LẮP RÁP, CHẾ TẠO XE KHÁCH.
Tuỳ thuộc vào nhu cầu thực tế mà từng nhà máy áp dụng các công nghệ sản xuất khác nhau. Sau đây là một số công nghệ sản xuất, lắp ráp, ô tô khách của hai công ty điển hình:
1. Công nghệ lắp ráp chế tạo xe khách của công ty cơ khí giao thông 2 :
Căn cứ vào yêu cầu của Chính Phủ, việc chế tạo một số chi tiết của ôtô phải được tiến hành song song với việc lắp ráp dạng CKD và IKD do vậy việc sản xuất sẽ được bắt đầu đưới dạng CKD bao gồm lắp ráp vỏ thân xe, khung gầm và láp ráp từng cụm chủ yếu cùng với việc lắp ráp sườn và xử lý sơn sơ bộ. Trong thời gian ngắn nhất sẽ chuyển sang lắp ráp dạng IKD. Việc lắp ráp từng cụm vỏ thân xe sẽ được tiến hành từ các bộ phận tháo rời và những chi tiết được sản xuất tại chỗ phấn đấu đạt mức nội địa hoá tới 70% chi tiết.
1.1. Công nghệ sản xuất khung xe :
- Chế tạo dầm dọc và dầm ngang từ khâu tạo phôi tới hoàn chỉnh bằng phương pháp xấn trên máy xấn dài 12m. Dập định hình trên máy dập 3000T -6000T.
- Gia công các lỗ trên khung xe đồng thời với dập vuốt tạo hình dầm dọc.
- Lắp ráp, gá hàn khung xe trên đồ gá chuyên dùng bằng thiết bị hàn tự động, bán tự động, tán đinh gá lắp bằng các thiết bị chuyên dùng đối với các xe tải lớn
1.3. Công nghệ sản xuất thùng xe :
- Khung xương thùng xe được chế tạo bằng phương pháp dập định hình trên các máy dập 600T -1000T, máy xấn thuỷ lực.
- Tấm dày, thành bên, thành trước, thành xe (loại xe tải thùng) được dập trên các máy dập 1000T - 3000T và máy xấn thuỷ lực.
- Ghép hàn thùng xe trên các đồ gá chuyên dùng bằng máy hàn tự động, hàn bấm, hàn có khí CO2 bảo vệ.
1.8. Công nghệ kiểm tra sản phẩm:
- Kiểm tra tốc độ bằng băng thử tốc độ.
- Kiểm tra phanh bằng băng thử phanh.
- Kiểm tra sự trượt ngang xe bằng bệ thử trượt ngang.
- Kiểm tra góc lái bằng các dụng cụ chuyên dùng.
- Kiểm tra đèn pha bằng băng thử đèn pha.
2. Công nghệ lắp ráp, sản xuất xe khách ở Công ty 1-5 :
2.1. Nội dung công việc thực hiện :
- Tháo gỡ thùng hàng và buồng lái ra khỏi ôtô, đồng thời tiến hành nối đuôi khung ô tô.
- Dịch trục để thay đổi chiều dài cơ sở cho phù hợp với điều kiện hoạt động của xe.
- Đóng khung vỏ ô tô khách lên sắt xi ôtô theo kết cấu và kích thước bản vẽ.
- Lắp ghế vào sàn ôtô khách.
- Lắp đặt hệ thống điều hoà.
2.2. Mô tả chi tiết công nghệ sản xuất, lắp ráp khung xương và vỏ xe :
Công nghệ chế tạo khung xương và vỏ xe khách được tiến hành theo các bước sau:
* Chế tạo khung xương vỏ xe :
- Pha cắt vật liệu tôn 2 - 3mm để làm khung xương.
- Xấn dải tôn làm phôi tạo phụ kiện khung xương trên máy xấn thuỷ lực.
- Dập uốn khung xương theo biên dạng vỏ xe.
- Phốt phát hoá các chi tiết khung xương.
* Bọc vỏ tôn :
- Cán phẳng tôn cuộn và dập cắt tôn tấm mỏng theo chiều dày (dày 0,8-1,2mm)
- Dập cắt tạo phôi các mảng đầu, hậu, cửa xe.
- Dập tạo hình.
* Lắp hoàn thiện xe :
- Lắp khung vỏ xe với ôtô sắt xi.
- Lắp hệ thống điều hoà.
- Làm sàn gỗ.
- Bọc ống dẫn khí điều hoà.
- Đi đường dây điện nóc.
III. PHÂN TÍCH XE CƠ SỞ
1. Thông số kỹ thuật xe cơ sở:
Xe Huyndai CA - A1 là loại xe tải có trọng tải 8 tấn, công thức bánh 4x2, li hợp ma sát khô loại hai đĩa điều khiển cơ khí, cầu sau chủ động kiểu kép, có tỉ số truyền 5,571. Sắt xi ô tô có dạng hai dầm dọc, được liên kết bởi các dầm ngang. Hệ thống treo kiểu nhíp lá kim loại dạng nửa elíp, có giảm chấn ống thuỷ lực.
2. Phân tích kết cấu khung xe tải Huyndai CA - A1
Khung xe ô tô tải Huyndai CA - A1 là loại khung có dầm dọc ở hai bên. Hai dầm dọc có tiết diện hở (tiết diện hình chữ U) hướng vào trong, được dập từ thép lá 30T có chiều dày 8 mm. Chiều cao dầm dọc có kích thước thay đổi từ 180 mm đến 300 mm, chiều rộng dầm không đổi trên toàn bộ chiều dài dầm và bằng 90 mm.
CHƯƠNG II
CƠ SỞ TÍNH BỀN KHUNG XE
I. CÁC THÀNH PHẦN LỰC TÁC DỤNG LÊN KHUNG
1. Các thành phần tải trọng đặt lên khung
- Trọng tải các cụm, các bộ phận sau của xe coi là tải tập trung .
Như vậy trọng lượng thùng xe và tải trọng định mức sẽ gây ra lực phân bố đều trên suốt chiều dài thùng đặt lên khung : qt = 13,53 (KG/cm)
2. Các phản lực giữa nhíp và khung :
Bộ nhíp tác dụng phản lực lên khung ở vị trí bắt mõ nhíp RT1,RT2, RS1,RS2
Các vị trí đặt mõ nhíp : ZRT1= 69cm, ZRT2= 229cm, ZRS1= 646cm, ZRS2= 802cm. Do nhíp đặt đối xứng nên:
RT1= RT2 = RT/2.
RS1 = RS2 = RS/2.
Với RT và RS là phản lực pháp tuyến từ mặt đường lên cầu trước và cầu sau: ZRT = 149 cm, ZRs = 724 cm
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH BỀN KHUNG XE
1. Theo phương pháp cổ điển
1.1. Các giả thiết tính toán
Để có thể tính uốn khung một cách dễ dàng đồng thời vẫn đảm bảo hệ số an toàn cho phép ta đưa ra một số giả thiết sau :
- Tính uốn khung trong trường hợp chịu tải trọng tĩnh, tăng hệ số an toàn cho phép.
- Chỉ xét phần trọng lượng được treo của ô tô gây uốn trong mặt phẳng dọc của khung, không kể đến hiện tượng xoắn do trọng lượng các cụm đặt lệch đi so với đường tâm khung như bình nhiên liệu, ắc quy.
1.3. Tính khung theo sức bền uốn:
Các lực tác dụng lên dầm dọc mà ta đã phân tích ở trên ngoài gây uốn khung còn gây ứng suất cắt khung. Vì vậy việc kiểm tra bền dầm dọc theo uốn khung còn phải xét đến ảnh hưởng của lực cắt.
1.4.Tính khung theo xoắn:
Tính khung theo xoắn chủ yếu theo chế độ tải trọng 2 (trong hai chế độ tải trọng). Phương pháp tính khung theo xoắn gần đúng dựa trên cơ sở là khung ô tô (loại có hai xà dọc) có độ cứng khi xoắn kém hơn uốn nhiều lần. Khi khung bị xoắn biến dạng uốn xà dọc bé và so với biến dạng xoắn trong nhiều trường hợp có thể bỏ qua.
2. Sử dụng phần mềm tính kết cấu:
Hiện nay ở nước ta đã sử dụng một số phần mềm tính kết cấu vào việc tính bền khung xương xe khách và xe con như SAP90, SAP2000, ANSYS,…Với việc sử dụng các phần mềm tính kết cấu này vào việc tính bền khung xương xe nhà thiết kế tính toán có thể xây dựng các mô hình tương đối thật với các giả thiết ngày càng chính xác với thực tế chịu tải của xe. Có thể tính toán khi xe chịu các loại tải ngẫu nhiên.
2.1. Xây dựng mô hình:
Để xây dựng mô hình chính xác của khung xe ta chọn phương pháp xây dựng mô hình hình học sau đó chia lưới để tạo mô hình phần tử hữu hạn. Cần chú ý rằng để giải quyết bài toán phần tử hữu hạn chúng ta cần có nút và phần tử chứ không chỉ là mô hình hình học, mô hình hình học không tham gia vào lời giải phần tử hữu hạn.
2.3. Khai thác kết quả:
Ta có thể lấy kết quả dưới dạng bảng hoặc dưới dạng biểu đồ
2.4. Kiểm tra tính đúng đắn của kết quả:
III. NHẬN XÉT
Hiện nay với việc sử dụng các công cụ tin học vào việc tính toán thiết kế ô tô đảm bảo tính chính xác, đồng thời giảm bớt thời gian công sức của người thiết kế nhất là với việc tính bền khung xe. Ngoài ra với việc sử dụng các phần mềm tính bền mà một trong những phần mềm mà ngày càng đang được ứng dụng triển khai ở nước ta trong lĩnh vực công nghiệp là phần mềm ANSYS. Ngoài việc sử dụng phần mềm để tính bền cho khung dưới tác động của tải trọng tĩnh mà ta còn có thể kiểm nghiệm khung dưới tác dụng của tải trọng động với mức độ chính xác cao so với các phương pháp cổ điển mà ta còn có thể kiểm tra va đập của khung xe, kiểm tra mô phỏng các ứng sử như khi bị đá rơi, đất đè,…
CHƯƠNG III
BỐ TRÍ TỔNG THỂ, THIẾT KẾ KHUNG XƯƠNG, CỬA, GHẾ VÀ CÁC KHOANG CHỨC NĂNG CỦA XE
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay ở Việt Nam, theo tiêu chuẩn, ô tô khách cỡ lớn được định nghĩa là phương tiện giao thông đường bộ được thiết kế và trang bị cho việc vận chuyển hành khách công cộng với số hành khách lớn hơn 16 người (không kể lái xe) và được chia làm 3 loại :
- Ô tô khách thành phố: là ôtô khách được thiết kế và trang bị cho việc vận chuyển hành khách theo tuyến chạy cố định trong thành phố và ngoại ô, có điều kiện đường tốt (mặt đường bê tông nhựa hoặc bê tông át phan...) và thích ứng với việc đỗ xe thường xuyên. Ô tô khách loại này ngoài số chỗ ngồi còn có thể có thêm một số chỗ đứng cho hành khách đi trên những quãng đường ngắn.
- Ô tô khách đường dài: là ôtô khách được thiết kế và trang bị cho việc vận chuyển hành khách trên các quãng đường dài (nội tỉnh hoặc liên tỉnh), điều kiện đường sá không đồng đều (có thể có các đoạn đường cấp phối, đường đất...), các điểm đỗ xe đón trả khách thường cố định và cách xa nhau. Ôtô khách loại này không bố trí chỗ cho hành khách đứng, nhưng có thể cho phép hành khách đi trên quãng đuờng ngắn đứng ở lối đi dọc.
II. NHỮNG KÍCH THƯỚC TỔNG THỂ CỦA XE KHÁCH
1. Chiều dài toàn bộ xe khách :
Khi thiết kế xe chở khách từ xe tải cơ sở ta cần thay đổi chiều dài khung xe để tận dụng tối đa tải trọng cho phép của xe cơ sở đồng thời tạo sự cân đối cho xe khách chế tạo. Theo tiêu chuẩn 22TCN 302 - 02 chiều dài ô tô khách không lớn hơn 12,20 m, riêng đối với ô tô khách nối toa không lớn hơn 20,00 m.
Theo sổ tay thiết kế xe khách, chiều dài toàn bộ của ô tô khách phải nằm trong gam kích thước sau đây : 5,5 ; 7 ; 8,5 ; 9,5 ; 11 và 11,5.
Cho phép thiết kế ô tô có chiều dài toàn bộ sai lệch với trị số trên là ± 0,5 (m).
Sau khi tham khảo một số loại xe khách đường dài và dựa trên xe cơ sở, ta chọn chiều dài toàn bộ của xe là L = 9850 mm.
3. Chiều dài đầu và đuôi xe :
Theo sổ tay thiết kế xe khách ta có :
Lđầu < (0,30 - 0,35) L0
Lđuôi < (0,50 - 0,65) L0
Ta chọn
Lđầu = 1550 mm
Lđuôi = 3100 mm
4. Góc thoát trước và sau :
Việc chọn góc thoát trước và sau nhằm giúp ô tô vượt qua những chướng ngại vật trên đường một cách dễ dàng. Với ô tô khách, quy định góc thoát trước từ (200 ¸ 300 ), góc thoát sau từ (150¸200 ).
Ta chọn góc thoát trước a1 = 220 ; góc thoát sau a2 = 150
III. BỐ TRÍ BUỒNG LÁI
Trong thực tế tồn tại hai sơ đồ giới hạn chỗ làm việc của người bán vé: loại cố định và loại thay đổi.
Đối với sơ đồ cố định, chỗ làm việc của người bán vé được ngăn ra bởi các thanh chắn và trang bị các máy đổi tiền và bán vé. Chỗ làm việc cần đảm bảo sao cho người bán vé có thể làm việc một cách thuận tiện khi đứng cũng như khi ngồi. Khoang bán vé được trang bị như vậy thường chiếm diện tích từ 0.5 đến 0.8 m2.
Ca bin cần được trang bị các gương quan sát bố trí ở thành trái và phải của xe đảm bảo cho người lái có thể quan sát được các vùng sau: Phía trái của xe khách và phần đường phía sau xe, phía phải và phần đường phía sau, phần phải và trái của khoang hành khách khi mở rèm che cũng như lề vỉa hè.
Ca bin cần phải có tấm che hoặc rèm che không trong suốt có thể di động hoặc điều chỉnh vị trí để bảo vệ cho người lái không bị mặt trời chiếu trực tiếp vào ở bất kỳ vị trí nào của xe...
IV. BỐ TRÍ KHOANG HÀNH KHÁCH
Việc bố trí không gian khoang hành khách phải đảm bảo sự thoải mái và an toàn cho hành khách đồng thời đảm bảo hệ số sử dụng diện tích sàn xe, tận dụng tối đa tải trọng cho phép của ô tô cơ sở.
Sau khi tham khảo một số loại xe khách chạy liên tỉnh đang hoạt động trên thị trường như xe của các hãng Deawoo, Mercedes - Benz, Transinco 1-5 và tiêu chuẩn 22TCN 302 - 02, em xin đưa ra hai phương án bố trí không gian khoang hành khách mà em cho là phù hợp với điều kiện của chúng ta hơn cả.
1. Bố trí cửa lên xuống
Ô tô khách đường chạy liên tỉnh là phương tiện vận chuyển hành khách theo tuyến chạy cố định, trên những quãng đường dài vì thế lượng người lưu thông là tương đối ít. Vì vậy khi bố trí và thiết kế cửa lên xuống ta cần đảm bảo cho hành khách lên xuống dễ dàng và thuận tiện.
2. Lối thoát khẩn cấp
Để đảm bảo an toàn cho hành khách khi có tai nạn xảy ra, trên xe khách phải có đủ số lối thoát khẩn cấp. Tuỳ thuộc vào số lượng hành khách mà tiêu chuẩn 22TCN 302 - 02 đưa ra số lượng lối thoát khẩn cấp tối thiểu theo bảng.
4. Ghế ngồi cho hành khách
Khi bố trí ghế ngồi phải đảm bảo khoảng cách giữa các hàng ghế hợp lý sao cho hành khách ra vào ghế thuận tiện, khi ngồi phải thoải mái không bị vướng đầu gối vào lưng tựa của ghế phía trước. Việc thiết kế ghế ngồi cũng phải tạo cảm giác thoải mái, an toàn cho hành khách. Về vấn đề này, tiêu chuẩn 22TCN 302 - 02 đưa ra một số tiêu chuẩn sau :
- Kích thước ghế :
Chiều rộng ghế ngồi : ³ 400 mm
Chiều sâu ghế ngồi : ³ 350 mm
Chiều cao mặt ghế ngồi (H) : 400 ¸ 500 mm
VI. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA XE THIẾT KẾ
1. Trọng lượng khung vỏ xe khách chế tạo và hành khách
Thống kê trọng lượng thân vỏ xe khách chế tạo như bảng 3.9.
Theo thiết kế, xe khách chế tạo cho phép chở 48 người (kể cả người lái). Theo tiêu chuẩn Việt Nam, đối với xe khách chạy liên tỉnh, trọng lượng của mỗi hành khách là 65 KG. Như vậy tổng trọng lượng của hành khách là : 65 x 48 = 3120 KG. Quy định cho phép hành khách mang theo 10 KG hành lý vậy trọng lượng hành lí mang theo là: 10*45 = 450 (KG)
Như vậy, sau khi đóng mới xe khách chạy liên tỉnh từ xe tải cơ sở Huyndai CA - A1, xe khách chế tạo sẽ có tải trọng toàn bộ là 7700 Kg, vẫn nhỏ hơn tải trọng cho phép của xe tải cơ sở là 8000 KG.
2. Các thông số cơ bản của xe thiết kế
Các thông số cơ bản của xe thiết kế như bảng 3.10.
CHƯƠNG IV
KIỂM NGHIỆM BỀN KHUNG XE
I. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM ANSYS, CÁC LĨNH VỰC ÁP DỤNG.
Phần mềm ANSYS do Công ty phần mềm ANSYS ( Hoa Kỳ) phát triển, là một gói phần mềm hoàn chỉnh dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng ứng sử của một hệ vật lý khi chịu tác động của các loại tải trọng khác nhau. Phép phân tích các phần tử hữu hạn là một phương pháp nhờ sự trợ giúp của máy tính để xác định ứng suất, biến dạng của các kết cấu.
Chính vì vậy phần mềm Ansys đã được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật :
- Phân tích kết cấu : được sử dụng để xác định trường chuyển vị, biến dạng, ứng suất và các phản lực.
- Động lực học biến dạng lớn : dùng để mô phỏng biến dạng rất lớn khi lực quán tính đóng vai trò quyết định.
- Phân tích nhiệt : dùng để xác định trường phân bố nhiệt độ trong một vật thể, lượng nhiệt mất đi hoặc tăng lên, gradient nhiệt và dòng nhiệt.
- Phân tích điện từ : được sử dụng để tính toán từ trường trong các thiết bị điện tử, trong phân tích tĩnh điện tần số thấp và tần số cao.
II. CÁC BƯỚC GIẢI BÀI TOÁN TRONG ANSYS.
Chương trình ANSYS có khả năng phân tích nhiều loại bài toán khác nhau từ các bài toán đơn giản, tuyến tính đến các bài toán phức tạp, phi tuyến cũng như các quá trình quá độ. Các tài liệu hướng dẫn sẽ mô tả các bước cụ thể để thực hiện quá trình phân tích đối với từng bài toán khác nhau.Trong phần dưới đây chúng ta chỉ đề cập tới các bước thực hiện chung đối với các bài toán thực hiện trong ANSYS.
Thông thường quá trình phân tích trong ANSYS có 3 bước:
1. Xây dựng mô hình (Preprocessing)
2. Giải bài toán (Solution)
3. Hiển thị các kết quả (Postprocessing)
III. CÁC PHẦN TỬ SỬ DỤNG TRONG TÍNH TOÁN KHUNG XE KHÁCH
Bài toán tính bền khung xe ô tô là bài toán phân tích kết cấu tuyến tính tĩnh với một bước tải. Phương pháp giải bài toán này trong ANSYS là tương đối đơn giản. Công việc khó khăn nhất là chúng ta phải mô tả chính xác mô hình khung xe cũng như hệ thống treo của xe ô tô.
Sau khi nghiên cứu và lựa chọn trong thư viện phần tử của ANSYS, em nhận thấy có hai loại phần tử thích hợp với công việc xây dựng mô hình khung xe và mô tả hệ thống treo. Đó là loại phần tử COMBIN14 và BEAM 188, BEAM 161, SHELL 163,...
IV. XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHO XE KHÁCH THIẾT KẾ
Khi tiến hành thiết kế, đóng mới xe khách từ xe tải cơ sở Huyndai CA - A1, ta đã lựa chọn loại khung chịu lực, vỏ được đặt lên khung qua các mối nối đàn hồi. Theo lý thuyết trong trường hợp này khung cứng hơn vỏ nhiều lần nên chịu được các tác động của ngoại lực và có thể biến dạng nhưng hầu như không truyền đến vỏ. Mặt khác với cách tính truyền thống, việc tính toán cho toàn bộ phần khung, vỏ xe là điều hết sức khó khăn. Vì thế khi tiến hành tính bền cho xe chế tạo ta chỉ xét tới phần khung xe. Tuy nhiên trên thực tế phần xương xe cũng chịu ảnh hưởng nhất định.
1. Phương án xây dựng mô hình khung, vỏ xe
Đối với vỏ xe khách chế tạo của chúng ta, thì phần chịu lực chính là xương xe, phần tôn chỉ mang tác dụng che chắn, bọc ngoài. Vì thế khi xây dựng mô hình ta chỉ xét đến phần khung, xương xe.
2. Phương án đặt tải
- Ta giả thiết rằng tính uốn khung trong trường hợp chịu tải trọng tĩnh.
- Các lực tập trung : Coi các cụm chi tiết, các bộ phận như Ba đờ sốc, két nước…,có tải trọng tương đối nhỏ, là các tải trọng tập trung, đặt tại các điểm tương ứng trên hai dầm dọc của khung xe.
3. Phương án đặt gối tựa đàn hồi và đặt ràng buộc
3.1. Xây dựng mô hình
Phương pháp xây dựng mô hình giường, xương xe là hoàn toàn giống như cách xây dựng mô hình khung xe. Tuy nhiên để xây dựng chính xác mô hình khung xương xe thì công việc mà chúng ta phải thực hiện lớn gấp nhiều lần. Vì vậy em xin nêu tóm tắt các bước để xây dựng mô hình :
* Bước 1: Đặt tiêu dề bài toán
- Để định nghĩa tiêu đề bài toán : Chọn File/Change Title.
* Bước 4 : Cho hiện ra các điểm chốt
- Để thuận tiện cho việc quan sát chúng ta có thể dùng một số cách sau để có một hướng nhìn tốt hơn:
- Chọn đường dẫn lệnh ‘Utility Menu’>’PlotsCtrls’>’Pan,Zoom,Rotate…’ để chọn hướng nhìn thích hợp hoặc phóng to, thu nhỏ mô hình.
* Bước 5 : Vẽ các đường nối
- Chọn ‘Modeling’ > ’Create’ > ’Lines’ > ‘Lines’> ‘Straight Line’ hộp thoại ‘Create Straight Line’ sẽ xuất hiện cho phép chúng ta nối các đường thẳng từ những điểm chốt đã có.
- Để vẽ các đường thẳng thể hiện giường, xương xe ta nối các điểm chốt đã định nghĩa ở trên. Sau khi nối các điểm chốt ta sẽ có mô hình hình học của giường, xương xe.
* Bước 9 : Tạo các nút phần tử đàn hồi
- Từ menu ‘Preprocessor’ chọn ‘Modeling’>’Create’>’Nodes’>’In Active CS’, hộp thoại ‘Create Nodes in Active Coordinate System’ sẽ xuất hiện. Nó cho phép chúng ta định nghĩa các nút phần tử trên hệ toạ độ hiện thời.
- Nhập toạ độ các nút theo bảng
* Bước 11 : Hiển thị mô hình phần tử hữu hạn
- Chọn đường dẫn lệnh ‘Utility Menu’ > ’PlotsCtrls’ > ’Style’ > ’Size and Shape…’, hộp thoại ’Size and Shape…’ sẽ xuất hiện.
- Chọn ‘On’ ở mục ‘Display of element’.
3.2. Đặt tải và giải bài toán
- Sau khi xây dựng được mô hình phần tử hữu hạn của khung xe, ta tiến hành đặt tải để giải quyết bài toán. Những giả thiết và phương án đặt tải đã được trình bày chi tiết ở phần trên.
- Các bước cụ thể để giải bài toán như sau :
* Bước 1 : Đặt các ràng buộc cho bài toán
- Chọn đường dẫn lệnh ‘Main menu’ > ‘Solution’ > ’Define Loads’ > ’Apply’>’Structural’>’Displacement’>’On Nodes’. Chọn các nút từ (3092 ® 3097). Nháy vào nút ‘Apply’. Chọn ‘All DOF’ ở mục ‘DOFs to be constrained’ để hạn chế hết 6 bậc tự do.
* Bước 2 : Đặt các lực tập trung
- Chọn đường dẫn lệnh ‘Main menu’ > ‘Solution’ > ’Define Loads’ > ’Apply’> ’Structural’>’Force/Moment’>’On Keypoints’
- Chọn lần lượt các điểm theo bảng 8.5, nháy chuột vào ‘Apply’, hộp thoại ‘Apply F/M on KPs’ sẽ xuất hiện.
* Bước 4 : Bắt đầu quá trình phân tích
- Trong menu ‘ Solution’, chọn ‘ Current LS’ để yêu cầu máy phân tích ở chế độ tải trọng hiện thời.
- Nháy vào OK trên cửa sổ hiện ra để kết thúc quá trình phân tích.
3.3. Lấy kết quả
- Ở bài toán tính bền khung, giá trị mà chúng ta quan tâm là lực cắt, mômem và ứng suất tại các phần tử trên khung xe. Chú ý rằng với mỗi phần tử chúng ta có hai giá trị kết quả ứng với điểm đầu và điểm cuối của mỗi phần tử.
- ANSYS cung cấp cho chúng ta kết quả dưới dạng biểu đồ hoặc file số liệu. ở dạng biểu đồ, các giá trị độ lớn được thể hiện qua các dải màu sắc khác nhau, rất thuận tiện cho việc nhận xét và đánh giá kết quả.
V. MÔ PHỎNG VA ĐẬP CỦA XE KHI RƠI TỪ ĐỘ CAO 5 M
1. Cơ sở lý thuyết:
Đối với xe ô tô khách chạy liên tỉnh, ta phải đặc biệt chú ý tới vấn đề an toàn cho hành khách, giảm thiểu tối đa hậu quả đáng tiếc khi có tai nạn xảy ra. Chính vì vậy, sau khi thiết kế đóng mới xe khách, ta phải kiểm tra độ cứng vững của toàn bộ phần khung vỏ xe. Thông thường người ta sử dụng 3 phương pháp thử nghiệm sau để kết luận về tính an toàn của khung vỏ xe khi có tai nạn xảy ra :
- Thử va đập của xe với vật cứng ở tốc độ nhất định.
- Thử va đập của xe khi rơi từ độ cao nhất định
- Cho xe lộn ngược lại, phần nóc tiếp xúc với mặt đường.
1.1. Mô hình va đập và các giả thiết:
* Giả thiết:
- Coi tường cứng tuyệt đối
- Va đập mềm: Xe va đập vào tường và bị biến dạng và dừng lại
1.2. Đặc tính biến dạng của vỏ xe
1.2.1 Xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả động lực học va đập
- Năng lượng của ôtô trước va đập:
E = Ex + ET = 1/2.m.v2
Với:
m : Khối lượng của ô tô
v : Vận tốc ô tô trước va chạm
- Công biến dạng của ô tô:
1.2.2. Đặc tính biến dạng của vỏ xe
- Quy luật của hàm F
+) F = const
+) F = C.x
+) F = k.x
*) Trường hợp 1: F = const
*) Trường hợp 2: F = C.x
*) Trường hợp 3: F = k.
2. Mô phỏng va chạm khung xương xe khách khi rơi từ độ cao 5 m
2.1. Xây dựng mô hình
Đối với vỏ xe khách chế tạo của chúng ta, thì phần chịu lực chính là xương xe, phần tôn chỉ mang tác dụng che chắn, bọc ngoài. Vì thế khi xây dựng mô hình ta chỉ xét đến phần khung, xương xe. Mô hình hình học đã được xây dung như trên. Mô hình phần tử hữu hạn được xây dựng với dạng phần tử là BEAM161 có các hằng số đặc trưng như mô hình đã xây dựng ở phần trên đối với mô hình khung xương xe và kiểu phần tử SHELL163 đối với mặt đất va chạm với độ dày 30 cm.
2.2. Phương án đặt tải
Tải trọng đặt lên mô hình là gia tốc trọng trường có giá trị 9,81 (m/s2) trong thời gian phân tích là 1.5 (s). Trong khoảng thời gian này ta chia làm 102 bước nhỏ. Trong mỗi bước chương trình sẽ ghi kết quả tại mỗi bước. Như vậy bước tăng thời gian là 0,0147 (s)
3. Khai thác kết quả
3.1. Sử dụng bộ hậu sử lý POST1
Ta sử dụng bộ hậu sử lý POST1 để đọc dữ liệu từ file kết quả. Sử dụng lệnh:
Main Menu> Postproc> Read Results> By Load Step or By Time/Freq).
3.3.2. Lấy các kết quả dưới dạng biểu đồ:
Sử dụng lệnh:
Menu> Postproc> Read Results> Last Step
Menu> Postproc> Read Results>Plot Results> Nodal Solution
Chọn Nodal Solution/ DOF Solution/ X- Component…
Main Menu> Postproc> Read Results> By Load Step
Chọn bước 69
Menu> Postproc> Element Table> Define Table> >‘Add’, hộp thoại ‘Difine Additional Element Table Items’ xuất hiện.
3.2. Sử dụng bộ hậu sử lý POST26
Bộ hậu sử lý POST26 được sử dụng để khai thác kết quả với các giá trị phụ thuộc thời gian phân tích tại một nút. Để sử dụng ta dùng lệnh
Main Menu> TimeHist Postpro> Variable Viewer
Trong tính toán trên ta thấy tại nút 1 hay phần tử 1 và 4082 là chỗ biến dạng nhiều nhất. Ta sẽ lấy kết qủa tại nut 1.
4. Nhận xét:
Với việc mô phỏng va chạm khung xe khách thiết kế khi rơi từ độ cao 5 (m) người thiết kế có thể thấy được mức độ biến dạng của khung xương xe từ đó có thể có những điều chỉnh cho phù hợp. Trong nội dung phần đồ án này do thời gian có hạn và mức độ của bài toán tương đối khó do thiếu các chỉ tiêu đánh giá nên em mới chỉ dừng lại ở việc mô phỏng va chạm khi rơi từ độ cao 5 (m) để thấy mức độ biến dạng của khung xương xe.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Hữu Cẩn, Trương Minh Chấp, Dương Đình Khuyến, Trần Khang
Giáo trình Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo. Trường ĐHBK Hà nội, 1978
[2]. Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên
Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo. Nhà xuất bản Đại học và Trung học Chuyên nghiệp,1985
[3]. PGS.Ts. Nguyễn Trọng Hoan
Tập bài giảng Thiết kế tính toán ô tô, Trường ĐHBK Hà nội, 2003
[4]. ANSYS, Inc. Structural Analysis Guide, ANSYS Release 6.1, 04-2002
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"