MỤC LỤC
MỤC LỤC..................................i
LỜI NÓI ĐẦU.............................1
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ SKY ACTIV VÀ CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA KHUNG VỎ Ô TÔ ................. 2
1.1. Giới thiệu chung về Mazda và công nghệ Sky ActiV........................ 2
1.1.1. Lịch sử phát triển.............................................................................. 2
1.1.2. Công nghệ SkyActiv......................................................................... 3
1.2. Các yêu cầu kỹ thuật của khung vỏ để đảm bảo an toàn giao thông và tiêu chuẩn an toàn của người khi va chạm...... 6
1.2.1. Các yêu cầu chung của khung vỏ xe.................................................. 6
1.2.2. Đặc tính hiến dạng và các yêu cầu kỹ thuật của khung vỏ xe khi va chạm trực diện.........7
1.2.2.1. Hình dạng mặt ngoài đầu xe........................................................... 7
1.2.2.2. Cản trước (Ba-đơ-sốc).................................................................... 8
1.2.2.3. Dầm dọc khung xe......................................................................... 9
1.2.2.4. Trụ A........................................................................................... 11
1.2.2.5. Trụ lái và vô lãng......................................................................... 12
1.3. Các tiêu chuẩn an toàn cho người khi va chạm trực điện.............. 13
1.4. Kết luận chương 1............................................................................ 15
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ VA CHẠM TRỰC DIỆN CỦA Ô TÔ...............16
2.1. Lý thuyết va chạm và các yếu tố đặc trưng của va chạm hai vật rắn.............16
2.1.1.Các khái niệm cơ bản của lý thuyết va chạm. .................................. 16
2.1.2. Các giả thuyết gần đúng của lý thuyết va chạm.............................. 17
2.1.3.Các yếu tố đặc trưng của va chạm hai vật rắn. ................................ 17
2.2 Các định lý cơ học sử dụng trong quá trình tính toán va chạm...... 22
2.2.1. Định lý biến thiên động lượng......................................................... 22
2.2.2. Định luật về lực tác dụng và phản lực tác dụng............................... 22
2.3. Các mô hình nghiên cứu va chạm.................................................... 23
2.3.1. Mô hình va chạm điểm.................................................................... 23
2.3.2. Mô hình va chạm của các vật rắn tuyệt đối..................................... 23
2.3.3. Mô hình va chạm có xét đến đặc tính của vùng va chạm................ 23
2.4. Đông học và động lực học của ôtô khi va chạm trực diện............. 25
2.4.1. Va chạm trực diện của ô tô vào vật cản cứng.................................. 25
2.4.2. Va chạm của hai ô tô....................................................................... 27
2.5. Kết luận chương 2............................................................................ 34
CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG VA CHẠM TRỰC DIỆN KHUNG VỎ TRÊN XE MAZDA ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SKY ACTIV BODY...... 35
3.1. Chức năng và phân loại khung vỏ xe.............................................. 35
3.2. Các loại tải trọng tác dụng lên khung vỏ xe.................................... 36
3.3. Đặc tính kết cấu khung vỏ xe khảo sát ........................................... 37
3.3.1. Giới thiệu chung.............................................................................. 38
3.3.2. Thông số kỹ thuật........................................................................... 38
3.3.3. Cấu trúc tối ưu, phương pháp sản xuất và cách sử dụng vật liệu.... 38
3.3.4. Cấu trúc an toàn khi va chạm......................................................... 42
3.4. Mô phỏng va chạm trực diện khung vỏ trên xe mazda ứng dụng công nghệ Sky Activ Body........ 44
3.4.1. Giả thiết các bước xây dựng mô hình.............................................. 45
3.4.2. Các bước xây dựng mô hình............................................................ 46
3.4.3. Xác định hệ tọa độ chung................................................................ 46
3.4.4. Phân mảnh cấu trúc khung vỏ xe khảo sát...................................... 46
3.4.5. Xác định các nút, lưới phần tử........................................................ 47
3.4.6. Gán các phần tử.............................................................................. 47
3.4.7. Ghép nối các mảnh cấu trúc............................................................ 47
3.4.8. Phương pháp năng lượng để xác định biến dạng và ứng suất của khung vỏ xe khi va chạm trực diện...... 47
3.4.9. Các giả thiết khi mô phỏng quá trình va chạm................................ 48
3.4.10. Xác định các phương án tính toán................................................. 49
3.4.11. Một số kết quả mô phỏng và biến dạng của khung vỏ xe............. 50
3.5. Kết luận chương 3............................................................................ 51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................... 58
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ SKY ACTIV VÀ CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA KHUNG VỎ Ô TÔ
1.1. Giới thiệu chung về Mazda và công nghệ Sky ActiV
1.1.1. Lịch sử phát triển
Mazda Motors Corporation là công ty đa quốc gia sản xuất xe hơi của Nhật Bản. Mazda là nhà sản xuất ô tô lớn thứ 15 trên toàn thế giới. Mazda chính thức có mặt tại Việt Nam năm 2011 và nhanh chóng trở thành “hiện tượng” trên thị trường ô tô.
1.1.2. Công nghệ Sky Activ
Cốt lõi của các dòng sản phẩm phẩm Mazda chính là công nghệ Sky Activ. Bên cạnh động cơ hiệu suất cao, công nghệ Sky Activ còn bao gồm những cải tiến quan trọng trên toàn bộ chiếc xe bao gồm hộp số Sky Activ tự động có thể kết nối tất cả đòi hỏi về việc vận hành, hộp số sàn để các xe đều sang số giống như chiếc xe thể thao MX-5 huyền thoạị. Bắt đầu từ động cơ, cách tiếp cận cơ bản của Mazda tập trung vào việc cải thiện qui trình đốt cháy, với điểm cốt lõi là tỷ lệ nén cao.
Trong một mục đích cao nhất, công nghệ Sky Activ khiến đổi mới cảm xúc trong sự chuyển động, với hiệu suất tiêu hao nhiên liệu tối ưu và góp phần giảm thiểu khí thải ra môi trường.
1.2. Các yêu cầu kỹ thuật của khung vỏ để đảm bảo an toàn giao thông và tiêu chuẩn an toàn của người khi va chạm
1.2.1. Các yêu cầu chung của khung vỏ xe
Quá trình thiết kế và chế tạo khung vỏ xe phải đảm bảo được những yêu cầu chủ yếu sau :
- Khung vỏ xe phải đảm bảo độ bền, độ cứng trong các điều kiện sử dụng và các chế độ chuyển động khác nhau của xe.
- Bố trí chung hợp lý, có hình dáng khí động học.
1.2.2. Đặc tính hiến dạng và các yêu cầu kỹ thuật của khung vỏ xe khi va chạm trực diện.
Khả năng tự bảo vệ cho người và xe dựa trên nguyên tắc về độ cứng vững của khoang hành khách với việc thiết kế các khu vực biến dạng kết hơp vái hệ thống bảo vệ an toàn. Những tiêu chuẩn dưới đây có thể áp dụng cho tất cả các dạng va chạm:
- Khả năng chuyển đổi động năng thành biến dạng.
- Đảm bảo không gian sống sót cho người trên xe.
- Gia tốc của người khi va chạm phải thấp.
1.2.2.1. Hình dạng mặt ngoài đầu xe.
Hình dạng mặt ngoài vát tròn được xem như dạng mặt ngoài rất phổ biến khi tạo kiểu dáng đầu và đuôi xe. Qua phân tích các thử nghiệm cho thấy hình dạng bên ngoài có ảnh hưởng khá lớn đến đặc tính biến dạng. Với hình dạng mặt ngoài vát tròn thì khi va chạm vào vật cản sẽ gây ra biến dạng lớn hơn cho kết cấu đầu xe.
1.2.2.2. Cản trước (Ba-đơ-sốc).
Các nghiên cứu của Viện nghiên cứu an toàn giao thông Mỹ cho thấy cản trước hấp thụ năng lượng sẽ hạn chế đáng kể biến dạng phần đầu xe với va chạm ở tốc độ thấp.
1.2.2.3. Dầm dọc khung xe.
Kết cấu đầu xe được định dạng với hai dầm dọc chạy dọc theo toàn bộ chiều dài xe. Phần dầm dọc đầu xe không chỉ tạo ra hình dạng bên ngoài của đầu xe mà còn có chức năng hấp thụ năng lượng và có biến dạng. Qua các nghiên cứu cho thấy năng lượng va chạm được hấp thụ khoảng 70% đến 75% tại các dầm dọc, 20% đến 22% ở vỏ ngoài xe và khoang chắn bánh, 3% đến 10% cho các bộ phận khác.
1.2.2.5. Trụ lái và vô lăng.
Trụ lái và vô lăng không có ảnh hưởng đáng kể đến sự tiêu tán năng lượng khi va chạm trực diện. Tuy nhiên nó ảnh hưởng rất lớn đến tình trạng chấn thương của người trên xe đặc biệt là người lái. Để hạn chế tối đa nguy hiểm đầu người lái đập vào vô lăng khi va chạm ở tốc độ cao (khoảng 35 đến 40 km/h khi xe va chạm với vật cản cứng) mặc dù đã-có dây an toàn nhưng vô lăng vẫn được thiết kế như một phần tử mềm và có chứa túi khí. Vô lăng an toàn với định dạng nan hoa và có vùng xốp mềm ở giữa vô lăng.
1.3. Các tiêu chuẩn an toàn cho người khi va chạm trực điện.
Việc xây dựng các tiêu chuẩn nhằm đánh giá khả năng chịu va chạm của người để từ đó xác định mức độ chấn thương hoặc giới hạn dẫn đến tử vong khi va chạm trực diện. Để xác định các yếu tố này những phương trình được xây dựng và nó sẽ phản ánh các tiêu chuẩn đó.
Từ khi đưa vào các thử nghiệm va chạm ở Mỹ thì giới hạn của HIC là 1000. Nhiều nghiên cứu về tai nạn cho thấy chỉ số đó là tương đối thấp, nhất là đối với những người trẻ tuổi và khỏe mạnh. Theo kinh nghiệm bộ não bị chấn thương nghiêm trọng dẫn đến tử vong khi chỉ số HIC từ 1500 đến 2000.
Mục tiêu đặt ra của đồ án là :
- Nghiên cứu công nghệ Sky ActiV, các cơ sở khoa học về động học và động lực học của khung vỏ ôtô và các cơ sở về thực nghiệm va chạm để định hướng cho những tính toán lý thuyết và thực nghiệm bằng phần mềm LS DYNA đối với khung vỏ xe khảo sát.
Xác định phương pháp tính và xây dựng mô hình tính để tính biến dạng và ứng suất của khung vỏ ôtô khi va chạm nhằm đánh giá độ bền và an toàn bị động của khung vỏ xe.
- Xây dựng phương pháp thực nghiệm và quy trình thực nghiệm va chạm trực diện của khung vỏ xe nhằm kiểm chứng các kết quả tính toán lý thuyết và qua đó đánh giá tổng quát về độ bền và an toàn bị động của khung vỏ xe.
1.4. Kết luận chương 1
Chương 1 đã giới thiệu chung về công nghệ Sky Active trên dòng xe Mazda; Các yêu cầu kỹ thuật đối với xe và người trong va chạm làm tiền đề cho phân tích cơ sở lý thuyết va chạm trong chương 2
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ VA CHẠM TRỰC DIỆN CỦA Ô TÔ
2.1. Lý thuyết va chạm và các yếu tố đặc trưng của va chạm hai vật rắn.
2.1.1. Các khái niệm cơ bản của lý thuyết va chạm.
2.1.1.1. Thời gian va chạm.
Trong qua trình va chạm giữa các vật rắn, thời gian va chạm rất nhỏ. Nếu ta ký hiệu t1 là thời điểm đầu va chạm và t2 là thời điểm cuối va chạm thì ∆t= t2 – t1 sẽ rất nhỏ. Ngoài ra cũng có thể chọn thời điểm đầu va chạm t = 0 và thời điểm cuối va chạm t thì ∆t= t.
2.1.1.2. Biến dạng và khôi phục khi va chạm.
Trong qúa trình va chạm, vật rắn bị biến dạng ở vùng tiếp xúc. Mức độ và trạng thái biến dạng phụ thuộc vào bản chất đàn hồi của hai vật va chạm với nhau. Căn cứ vào tính chất đàn hồi của vật liệu, người ta có thể phân chia va chạm như sau:
- Va chạm mềm (va chạm dẻo lý tưởng) : không có giai đoạn khôi phục.
- Va chạm đàn hồi: có giai đoạn khôi phục.
- Va chạm tuyệt đối đàn hồi : các vật thể khôi phục lại hình dáng ban đầu.
2.1.3. Các yếu tố đặc trưng của va chạm hai vật rắn.
2.1.3.1. Mô hình va chạm cơ học hai vật rắn.
Xét hai vật rắn va chạm với nhau, ở thời thời điểm va chạm sẽ tồn tại một điểm C thuộc vật rắn B và điểm C’ thuộc vật rắn B’ trung với nhau khi hai vật rắn tiếp xúc. Có thể coi thời điểm lúc đầu va chạm tướng ứng với thời gian t = 0 hoặc t = t1.
Va chạm nhẵn và va chạm không nhẵn: Va chạm được gọi là nhẫn nếu tại mặt tiếp xúc chung bỏ qua ma sát, lực va chạm hướng dọc theo đường va chạm như hình 2.3.
Nếu lực va chạm có thành phần tiếp tuyến khác không (va chạm có ma sát) thì va chạm được gọi là va chạm không nhẵn như hình 2.4.
2.1.3.2. Vận tốc tương đối tại vị trí tiếp xúc.
Vận tốc tương đối ban đầu bao gồm hai thành phần:
- Thành phần theo phương pháp tuyến Cn
- Thành phần song song với mặt phẳng tiếp xúc chung thành phần này sẽ gây nên sự trượt trong quá trình va chạm.
2.1.3.3. Lực tương tác va chạm.
Lực tương tác va chạm F bao gồm hai thành phần theo phương vuông góc với mặt phẳng chung Fn và phương song song FT như biểu diễn trong hình 2.4. Ta có lực theo phương tiếp tuyến với mặt tiếp xúc chung sẽ gây ra ma sát nếu bề mặt của vật thể là không nhẵn và sẽ có hiện tượng trượt trong vùng tiếp xúc. Đối với vật thể nhẵn ma sát có thể bỏ qua.
2.2 Các định lý cơ học sử dụng trong quá trình tính toán va chạm.
2.2.1. Định lý biến thiên động lượng.
Chất điểm có khối lượng M chuyển động với vận tốc V sẽ có động lượng là MV. Nếu có một lực F tác dụng lên chất điểm nó sẽ gây ra biến thiên động lượng theo định lý sau: Đạo hàm theo thời gian động lượng của một chất điểm bằng lực tác dụng lên chất điểm ấy.
2.2.3. Định lý động năng.
Động năng Vật rắn T gồm 2 phần động năng chuyển động tịnh tiến và động năng chuyển động quay.
2.3. Các mô hình nghiên cứu va chạm.
2.3.1. Mô hình va chạm điểm.
Làm mô hình va chạm tiếp xúc điểm giữa các quả cầu, trong mô hình này chỉ quan tâm đến thành phần pháp tuyến của xung lực va chạm. Lực va chạm được coi là rất lớn và tồn tại trong một khoảng thời gian rất nhỏ.
2.3.3. Mô hình va chạm có xét đến đặc tính của vùng va chạm.
Trong thực tế va chạm giữa các vật thể không phải là tiếp xúc điểm do đó khi nghiên cứu va chạm cần phải xét đến đặc tính của vùng va chạm vào mô hình nghiên cứu ở đây là mô hình tương thích rời rạc.
2.4.2. Va chạm của hai ô tô.
2.4.2.1. Va chạm cùng chiều của hai ô tô.
Quá trình va chạm được thực hiện theo hai giai đoạn : giai đoạn biến dạng dẻo và giai đoạn khôi phục, trong trong giai đoạn biến dạng dẻo khối tâm của hai xe sẽ chuyển động thẳng với cùng một vận tốc V.
2.4.2.2. Va chạm ngược chiều của hai ô tô.
Trường hợp hai xe va chạm trực diện ngược chiều nhau có thể giả thiết quá trình va chạm chỉ có giai đoạn biến dạng dẻo và không có giai đoạn hồi phục tức là hệ số hồi phục e=0.
Tuy nhiên trên thực tế va chạm giữa hai ô tô thường xảy ra nhiều hơn va chạm của ôtô vào vật cản cứng. Dòng lưu thông bao gồm các ô tô có khối lượng khác nhau với các thuộc tính biến dạng khác nhau và các hướng va chạm khác nhau. Do đó có thể thấy sự an toàn bị động của người lái ngồi trên xe không chỉ phụ thuộc vào đặc tính biến dạng của xe họ ngồi mà còn phụ thuộc vào cả đặc tính biến dạng của xe va chạm với họ. Vì vậy chúng ta phải xét đến tính tương thích va chạm giữa các xe.
2.5. Kết luận chương 2
Những khái niệm cơ bản của lý thuyết va chạm và các định lý cơ học sử dụng trong quá trình tính toán va chạm sẽ là cơ sở cần thiết để nghiên cứu các dạng mô hình va chạm cơ học, động học và động lực học của ôtô khi va chạm.
CHƯƠNG 3
MÔ PHỎNG VA CHẠM TRỰC DIỆN KHUNG VỎ TRÊN XE MAZDA ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SKY ACTIV BODY
3.1. Chức năng và phân loại khung vỏ xe
Khung vỏ xe là bộ phận chịu lực chính trên xe, nó còn là phần tử cơ sở để bố trí, lắp đặt các cụm, tổng thành của xe. Do đó khung vỏ xe cần đảm bảo độ cứng cao, biến dạng nhỏ, độ bền và độ bền mỏi khi sử dụng, ngoài ra còn phải tránh được hiện tượng cộng hưởng dao động.
- Khung vỏ xe có khung chịu lực bao gồm khung xương là phần tử thanh có tiết diện hộp kín hoặc hở. vỏ xe được lắp đàn hồi vào khung xe. Mối liên kết đàn hồi này gây ra sự dịch chuyển giữa vỏ xe và khung xe đồng thời ngăn chặn rung động và tiếng ồn truyền lên vỏ xe. Khung vỏ xe loại này được sử dụng cho các loại xe tải, xe kéo moóc. Xe con không sử dụng loại kết cấu này vì nó làm tăng khối lượng của xe.
- Khung vỏ xe dạng vỏ chịu lực không có khung xương riêng và hệ thống truyền lực cũng như các hệ thống khác được gắn trực tiếp vào vỏ xe hoặc qua mối liên kết trung gian.
- Khung vỏ xe dạng khung vỏ chịu lực kết hợp trong đó khung vỏ gắn cứng với nhau nhưng bằng mối liên kết có thể tháo được (bu lông). Tải trọng được truyền qua khung xương và một phần qua vỏ xe. Khung vỏ xe loại này thường sử dụng cho xe con hoặc xe khách loại nhỏ.
3.2. Các loại tải trọng tác dụng lên khung vỏ xe
Tải trọng tĩnh tác dụng lên khung vỏ xe gồm có:
- Trọng lượng bản thân của khung vỏ xe.
- Trọng lượng các cụm, hệ thống lắp đặt trực tiếp với khung vỏ xe.
- Trọng lượng của người lái, hành khách, hàng hoá trên xe.
- Các phản lực tĩnh từ mặt đường.
3.3. Đặc tính kết cấu khung vỏ xe khảo sát
3.3.1. Giới thiệu chung
Xe Mazda 6 là mẫu xe nhỏ gọn, sản xuất bởi hãng xe Mazda, Nhật Bản. Thế hệ đầu tiên ra đời năm 2012, xe Mazda 6 sử dụng ngôn ngữ thiết kế KODO cùng công nghệ Sky Activ. Mazda 6 là mẫu xe điển hình ứng dụng công nghệ Sky Activ của Mazda. Bằng việc cải tiến các công nghệ cơ bản như là động cơ đốt trong, hộp số, khung gầm.
3.3.2. Thông số kỹ thuật
Thông số kỹ thuật xe Mazda 6 như bảng 3.1.
3.3.3. Cấu trúc tối ưu, phương pháp sản xuất và cách sử dụng vật liệu
3.3.3.1. Về cấu trúc
Khung xe được xem xét trên các nguyên tắc cơ bản. Đối với bộ khung có cấu trúc thẳng và xuyên suốt, trong đó mỗi phần hoạt động theo cách phối hợp với các phần khác của khung.
3.3.3.3. Vật liệu
Lựa chọn vật liệu thân xe ứng dụng công nghệ Sky Activ giúp giảm trọng lượng thân xe, cường hóa cấu trúc thân xe và thông qua tấm thép có độ bền kéo cao đảm bảo độ cứng khi giảm trọng lượng, độ bền kéo cao tăng lên 6% so với xe thông thường. Sử dụng vật liệu có độ bền 590Mpa, cấu trúc tinh thể của thép thỏa mãn yêu cầu tạo hình và hiệu suất làm việc, điều này góp phần chính trong việc giảm trọng lượng.
3.4. Mô phỏng va chạm trực diện khung vỏ trên xe mazda ứng dụng công nghệ Sky Activ Body
Xe với mô hình khung dầm trợ lực từng đoạn trong thí nghiệm va chạm trực diện với tường cứng theo tiêu chuẩn FMVSS208 ở tốc độ 48km/h (30mph)
3.4.1. Giả thiết các bước xây dựng mô hình
Việc xây dựng mô hình của khung vỏ xe khảo sát dựa trên những giả thiết chính như sau:
- Kết cấu khung vỏ xe xem như đối xứng qua mặt phẳng đối xứng dọc xe.
- Trọng lượng bản thân của khung vỏ xe được coi như tải trọng phân bố.
- Trong kết cấu khung vỏ xe chủ yếu sử dụng phần tử dạng vỏ và dầm. Dùng các mặt cắt chuẩn có thông số vật liệu và mặt cắt tương đương cho các phần tử.
3.4.3. Xác định hệ tọa độ chung.
Việc xác định hệ tọa độ chung cho kết cấu nhằm xây dựng các mối quan hệ cơ bản của toàn bộ kết cấu và ghép nối các mảnh cấu trúc. Việc chọn gốc tọa độ tuỳ thuộc vào vị trí thích hợp để xác định tọa độ các nút trong không gian thực của kết cấu. Đối với khung vỏ xe khảo sát có thể sử dụng hai loại hệ tọa độ: hệ tọa độ phần tử cho từng mảnh cấu trúc và hệ tọa độ tổng thể của mô hình tính.
3.4.4. Phân mảnh cấu trúc khung vỏ xe khảo sát.
Trong quá trình chế tạo, khung vỏ xe được hợp nhất từ các mảnh chi tiết theo phương pháp dập và hàn. Do đó để mô phỏng chính xác khung vỏ xe khảo sát, thuận tiện cho tính toán và xử lý số liệu cần sử dụng kỹ thuật phân mảnh cấu trúc. Kỹ thuật phân mảnh cấu trúc khung vỏ xe dựa trên cơ sở phân tích cấu trúc của khung vỏ xe và thực hiện phân mảnh cấu trúc theo quy trình công nghê lắp ráp của nhà sản xuất.
3.4.6. Gán các phần tử.
Để gán các phần tử cần phải lựa chọn kiểu loại phần tử và đặc trưng mặt cắt của chúng. Việc lựa chọn kiểu loại và số lượng các phần tử trên từng mảnh cấu trúc cũng như trên toàn bộ khung vỏ xe phụ thuộc vào chế độ tải trọng tác dụng lên kết cấu và thư viện phần tử của chương trình HyperMesh.
Vật liệu chế tạo khung vỏ xe khảo sát là thép tấm có các đặc trưng vật liệu như sau:
- Mô đun đàn hồi : E = 2.1011 (N/m2)
- Khối lượng riêng : γ = 7850 (kg/m3)
3.4.8. Phương pháp năng lượng để xác định biến dạng và ứng suất của khung vỏ xe khi va chạm trực diện.
Phương pháp năng lượng áp dụng phương trình bảo toàn năng lượng trong quá trình va chạm:
T + U = T0 + W (3.14)
3.4.9. Các giả thiết khi mô phỏng quá trình va chạm.
Khi mô phỏng quá trình va chạm theo phương pháp năng lượng có thể dựa trên một số giả thiết sau :
- Hướng va chạm của xe không thay đổi trong quá trình va chạm.
- Thời gian va chạm rất nhỏ nên có thể xem như khối lượng của xe không thay đổi trong quá trình va chạm.
- Xem như dịch chuyển của khung vỏ xe khảo sát sau khi kết thúc quá trình va chạm là nhỏ.
3.4.11. Một số kết quả mô phỏng và biến dạng của khung vỏ xe
Qua các kết quả tính toán mô phỏng va chạm trực diện của xe vào vật cản cứng có thể có những nhận xét sau:
- Kết quả tính toán biến dạng của khung và vỏ xe bằng phương pháp mô phỏng nếu so sánh với các tiêu chuẩn và đặc tính biến dạng của khung vỏ xe khi va chạm trực diện là khá hợp lý.
- Khung xe là phần tử tiếp nhận va chạm đầu tiên và là phần tử hấp thụ năng lượng va chạm chủ yếu trên toàn bộ kết cấu sau đó năug lượng va chạm tiếp tục được hấp thụ ở sàn xe. Khung xe bị biến dạng xoắn vặn gây ra cong vênh các dầm ngang và sàn xe, sàn xe bị xé rách ở một số vị trí liên kết hàn giữa khung và sàn.
Trong các trường hợp đã tính toán, một số trường hợp gia tốc va chạm lớn nhất có giá trị:
+ Trường hợp 1 (khung vỏ thông thường): amax = 301 m/s
+ Trường hơp 2 (ứng dụng cộng nghệ Sky Activ): amax = 272 m/s2
3.5. Kết luận chương 3.
Việc tính toán biến dạng và ứng suất của khung vỏ xe khi chịu tải trọng va chạm có thể giải bằng các phần mềm phân tích kết cấu. Trong đồ án đã sử dụng chương trình phần mềm HyperMesh để xây dựng mô hình tính toán, mô phỏng quá trình va chạm cho một số trường hợp va chạm trực diện của xe bằng phương pháp năng lượng với mô đun LS-DYNA.
Tuy nhiên độ chính xác của các kết quả tính còn phụ thuộc nhiều vào mô hình tính toán có gần sát với thực tế không, các kết quả đầu ra đều là các giá trị gần đúng nội suy trên toàn kết cấu hoặc từng phần kết cấu. Các giá trị này cần được kiểm chứng thông qua việc so sánh giữa kết quả tính trên mô hình và kết quả thử nghiệm thực tế.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Đồ án đã xây dựng mô hình khung vỏ xe và mô phỏng quá trình va chạm trực diện của xe bằng các phần mềm ICATIA & LS-DYNA. Kết quả tính toán có thể giúp người sử dụng phần mềm và nhà sản xuất chế tạo ô tô nắm bắt nhanh chóng những phương pháp chế tạo và cải tiến trong sản xuất ô tô. Việc sử dụng phần mềm để tính toán mô phỏng sẽ làm giảm chi phí cho quá trình kiểm tra vì giảm được thời gian và số lần thử nghiệm mô hình ở ngoài thực tế.
Mô hình mô phỏng cho phép xác định giá trị biến dạng và ứng suất tại các điểm trên khung vỏ xe ở bất kỳ thời điểm nào trong quá trình va chạm. Kết quả tính bằng mô phỏng còn biểu diễn được trường phân bố biến dạng và ứng suất trên toàn bộ khung vỏ xe và từng phần tử của khung vỏ, có thể thấy phần đầu của dầm dọc khung xe và mặt đầu của vỏ xe là những vùng tập trung ứng suất và biến dạng. Đây là những cơ sở quan trọng để tính toán độ bền, an toàn bị động của khung vỏ xe trong quá trình thiết kế, chế tạo và hoàn thiện kết cấu khung vỏ cũng như đánh giá chính xác các tai nạn thực trên đường.
Do hạn chế về mặt thời gian và kiến thức nên trong phần nghiên cứu của đề chưa tìm hiểu kỹ về ứng dụng của các phần mềm, phần cải tiến đầu xe khi xảy ra va chạm trực diện, người nghiên cứu đưa ra hướng nghiên cứu phát triển và kiến nghị như sau:
- Nghiên cứu tìm hiểu và chế tạo ra vật liệu vừa bền, nhẹ và làm tăng sự hấp thụ năng lượng để đảm bảo tính an toàn cho tài xế và người ngồi trong xe cũng như khung xe chạy ở tốc độ cao khi va chạm, ít gây thương vong về con người cũng như biến dạng của khung xương.
- Áp dụng những kết quả cải tiến đạt được trong quá trình mô phỏng vào thực tế để cải tiến làm tăng thêm tính an toàn cho tài xế và người ngồi trong xe và khung xương xe, góp phần làm giảm những thương vong đáng tiếc xảy ra khi va chạm ở tốc độ cao.
Hấp thụ và phân tán lực va chạm là giải pháp tuyệt vời, song đó không phải là vấn đề duy nhất giúp chiếc xe an toàn. Khung vỏ xe cần đủ cứng để không cho các vật thể hay bộ phận khác xâm nhập vào, đồng thời giữ cho người ngồi không bị văng ra ngoài. Vì thế khung vỏ xe không thể hoàn toàn là các vùng hấp thụ lực, mà phải gồm một khung cứng chắc bao bọc bên ngoài, với các vùng hấp thụ lực bố trí trước và sau nó. Trên xe cần phải trang bị dây an toàn và túi khí để đảm bảo an toàn cho người khi va chạm ở tốc độ cao.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyễn Hữu Cẩn và các tác giả, Lý thuyết ô tô máy kéo, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1998.
[2]. Bộ môn ô tô Đại học Bách Khoa, Va chạm ô tô, Hà Nội, 1997.
[3]. Nguyễn Quang Anh, Nghiên cứu động học và độ bền của khung vỏ ô tô khi va chạm trực diện, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Học viện kỹ thuật Quân sự, 2007.
[4]. ThS. Đặng Quý, Nghiên cứu và tính toán động lực học va chạm ô tô, các biện pháp giảm tổn thất khi va chạm, Trường ĐH Sư phạm kỹ thuật, TP.HCM, 2008.
[5]. ECE R94, Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to the protection of the occupants in the event of a frontal collision. Official Journal of the European Union, 2010.
[6]. ECE R66, Uniform Technical Prescriptions Concerning the Approval of Large Passenger Vehicles with Regard to The Strength of Their Superstructure. Untied Nations, 2006.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"