Mô phỏng, phân tích và đánh giá dao động và tiếng ồn của động cơ bằng FEM CÁC BẢN VẼ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Đàm Thanh Phương ĐỀ TÀI Mô phỏng, phân tích và đánh giá dao động và tiếng ồn trên động cơ ô tô bằng.
ĐỀ TÀI: Mơ phỏng, phân tích đánh giá dao động tiếng ồn động ô tô FEM ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỀ TÀI: MƠ PHỎNG, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘNG VÀ TIẾNG ỒN TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ BẰNG FEM Người hướng dẫn: DAO TS LÊ MINH ĐỨC Đàm Thanh Phương ThS LÊ CƠNG TÍN Giảng viên duyệt: TS NGUYỄN QUANG TRUNG Đà Nẵng, 07/2022 TÓM TẮT Tên đề tài: “ Mơ phỏng, phân tích đánh giá dao động tiếng ồn động ô tô FEM ” Sinh viên thực hiện: Đàm Thanh Phương Số thẻ sinh viên: 103180164 Lớp: 18C4CLC - Đề tài: “Mô phỏng, phân tích đánh giá dao động tiếng ồn động ô tô FEM” với mục tiêu nghiên cứu ảnh hưởng dao động tiếng ồn đến sức khỏe người tác hại đến kết cấu tơ Tìm hiểu ngun nhân gây dao động tiếng ồn động Qua thiết lập điều kiện biên mơ hình hóa động tơ phần mềm HyperWorks, từ phân tích, đánh giá dao động tiếng ồn động - Nội dung đề tài “Mơ phỏng, phân tích đánh giá dao động tiếng ồn động ô tô FEM” chia làm chương với phần kết luận Phần đầu đồ án giới thiệu tổng quan dao động tiếng ồn động ô tô Phần sở lý thuyết dao động tiếng ồn Tiếp theo phương pháp tiếp cận toán dao động tiếng ồn động ô tô Và phần cuối nội dung đồ án phân tích dao động tiếng ồn động ô tô phương pháp FEM ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA: Cơ khí giao thơng CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Phan Văn Nguyên Số thẻ sinh viên: 103180164 Đàm Thanh Phương Lớp: 18C4CLC Khoa: Cơ khí giao thơng 103180167 Ngành: Cơ khí động lực Tên đề tài đồ án: Mơ phỏng, phân tích đánh giá dao động tiếng ồn động ô tô FEM Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: – Mục tiêu nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng lực khí thể đến dao động tiếng ồn động ô tô – Đối tượng nghiên cứu: Động ô tô loại: Động kỳ, xylanh cụ thể sau: Công suất: 99kW 7000 rpm Số xilanh: Thứ tự làm việc: 1-3-4-2 Tỷ số nén: 11,5 – Phạm vi nghiên cứu: Tập trung nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng lực khí thể đến dao động tiếng ồn động ô tô lý thuyết mơ hình hóa – Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết mơ hình hóa: Cơ sở lý thuyết, mơ hình tính tốn mơ dao động tiếng ồn động ô tô Dao động tiếng ồn động tơ tính tốn theo phương pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Hyperworks Cơ sở lý thuyết đánh giá tiếng ồn tốn, giải pháp thực mơ Nội dung phần thuyết minh tính toán: a Phần chung: TT Họ tên sinh viên Phan Văn Nguyên Đàm Thanh Phương Nội dung Chương 1: Tổng quan dao động tiếng ồn động 1.1 Vấn đề nghiên cứu dao động tiếng ồn động 1.2 Tổng quan yếu tố gây dao động tiếng ồn động ô tô 1.3 Một số phương pháp tính dao động tiếng ồn động tô Chương 2: Cơ sở lý thuyết dao động tiếng ồn 2.1 Lý thuyết tổng quan dao động tiếng ồn kỹ thuật 2.2 Cơ sở lý thuyết tính tốn dao động tiếng ồn phương pháp phần tử hữu hạn 2.3 Cơ sở đánh giá dao động tiếng ồn động ô tơ Chương 3: Phương pháp tiếp cận tốn dao động tiếng ồn động ô tô 3.1 Phương pháp tính tốn, mơ tần số dao động riêng động tơ (phương pháp phân tích Normal Mode) 3.2 Phương pháp phân tích dao động động tác dụng hợp lực khí thể 3.3 Phương pháp tính tốn, mơ tiếng ồn động tơ gây lực khí thể Chương 4: Phân tích dao động tiếng ồn động ô tô FEM 4.1 Giới thiệu phần mềm phân tích dao động tiếng ồn phương pháp FEM (HyperWorks) 4.2 Phương pháp xây dựng mơ hình FEM Động ô tô phần mềm Hyperworks Kết luận hướng phát triển Kết luận Hướng phát triển đề tài b Phần riêng: TT Họ tên sinh viên Phan Văn Nguyên Đàm Thanh Phương Đàm Thanh Phương Phan Văn Nguyên Nội dung 4.3 Phân tích điều kiện biên 4.4 Xây dựng mơ hình phần tử 4.5.1 Mơ phân tích tần số dao động riêng động ô tô tốn Nomal Mode 4.5.2 Mơ phân tích dao động phản hồi động ô tô tác động khí thể tốn VTF 4.5.3 Mơ phân tích tiếng ồn động tơ tác động lực khí thể tốn NTF Các vẽ, đồ thị (Ghi rõ loại kích thước vẽ): TT Họ tên sinh viên Phan Văn Nguyên Đàm Thanh Phương Nội dung Bản vẽ thân máy động Xăng Đồ thị công – Đồ thị khai triển Đồ thị VTF vị trí Đồ thị NTF vị trí Họ tên người hướng dẫn: TT Họ tên Phần/Nội dung TS Lê Minh Đức ThS Lê Cơng Tín Tất nội dung Tất nội dung Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 06/04/2022 Ngày hoàn thành đồ án: 03/07/2022 Đà Nẵng, ngày….tháng…năm 2022 Sinh viên thực Phan Văn Nguyên Giảng viên hướng dẫn TS Lê Minh Đức Đàm Thanh Phương Trưởng mơn Cơ khí động lực ThS Lê Cơng Tín TS Lê Minh Đức LỜI NĨI ĐẦU Dao động tiếng ồn động đốt có đóng góp đến ngun nhân gây dao động tiếng ồn ô tô Dao động tiếng ồn gây vấn đề sức khoẻ người sử dụng đồng thời gây tác hại đến kết cấu ô tô Hiện dao động tiếng ồn động tơ nói riêng tơ nói chung quan tâm nghiên cứu kể nước Các phương pháp nghiên cứu bao gồm nghiên cứu thực nghiệm nghiên cứu mô phương pháp số Trong phương pháp số có nhiều ưu điểm tiết kiệm thời gian, chi phí, kết mơ tương đối so với kết thực nghiệm Đó lý chúng em lựa chọn đề tài: “Mô phỏng, phân tích đánh giá dao động tiếng ồn động ô tô FEM” Được giúp đỡ bảo tận tình Thầy TS Lê Minh Đức ThS Lê Cơng Tín tồn thể Thầy khoa Cơ Khí Giao Thơng tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án tiến độ giao Nhưng chưa có kinh nghiệm trình độ thân cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi sai sót, mong Thầy bạn góp ý để đồ án ngày hoàn thiện Việc làm đồ án tốt nghiệp giúp em ôn lại phần lý thuyết học trường, có thêm nhiều kiến thức Đây hành trang để em dễ dàng công việc sau Cuối em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn TS Lê Minh Đức, ThS Lê Công Tín Thầy khoa Cơ Khí Giao Thơng tận tình giúp đỡ, cung cấp cho em thêm nhiều kiến thức bổ ích để em hồn thành tốt đề tài Sinh viên thực Đàm Thanh Phương CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng, số liệu nội dung đồ án trung thực Mọi giúp đỡ cho việc thực đồ án cảm ơn đồ án sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung đồ án Sinh viên thực Đàm Thanh Phương MỤC LỤC NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii CÂU HỎI PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP v TÓM TẮT vi NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .vii LỜI NÓI ĐẦU xi CAM ĐOAN xii MỤC LỤC xiii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ xvii DANH SÁCH CÁC BẢNG .xix DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xx MỞ ĐẦU xxi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DAO ĐỘNG VÀ TIẾNG ỒN ĐỘNG CƠ 1.1 Vấn đề nghiên cứu dao động tiếng ôn động ô tô .1 1.1.1 Tổng quan ngành công nghiệp ô tô Việt Nam .1 1.1.2 Một số khái niệm dao động tiếng ồn .2 1.1.3 Ảnh hưởng tiếng ồn đến người .3 1.1.3.1 Đặc điểm cảm thụ âm người 1.1.3.2 Tác hại tiếng ồn đến người 1.1.4 Một số cơng trình nghiên cứu nước quốc tế vấn đề dao động tiếng ồn động ô tô .5 1.1.4.1 Một số cơng trình nghiên cứu giới vấn đề dao động tiếng ồn động ô tô 1.1.4.2 Một số cơng trình nghiên cứu nước vấn đề dao động tiếng ồn động ô tô 1.2 Tổng quan yếu tố gây dao động tiếng ồn động ô tô .7 1.2.1 Cấu tạo động đốt dùng ô tô .7 1.2.1.1 Piston 1.2.1.2 Thanh truyền 1.2.1.3 Trục khuỷu 1.2.1.4 Cơ cấu phân phối khí 1.2.1.5 Thân máy động 10 1.2.1.6 Nguyên lý hoạt động động đốt 11 1.2.2 Phân tích nguyên nhân gây dao động tiếng ồn động ô tô 12 1.2.2.1 Sự biến thiên áp suất khí chu kỳ làm việc động 12 1.2.2.2 Tác động phận chuyển động qua lại 13 1.2.2.3 Dao động không cân động đốt 13 1.2.2.4 Các phận chuyển động đặc điểm kết cấu lắp ghép .14 1.3 Một số phương pháp tính dao động tiếng ồn động 15 1.3.1 Phương pháp phân tích trực tiếp .15 1.3.2 Phương pháp thực nghiệm 15 1.3.3 Phương pháp số 15 1.3.3.1 Phương pháp sai phân hữu hạn 15 1.3.3.2 Phương pháp phần tử hữu hạn .16 1.3.3.3 Một số phần mềm Mô dao động tiếng ồn 16 10 Mô phỏng, phân tích đánh giá dao động tiếng ồn động FEM Đo phản hồi dao động vị trí số Hình 4.26 – Phản hồi dao động vị trí số máy nổ Nhận xét: Tại điểm phản hồi số 2, dao động cộng hưởng tần số 914 [Hz]; phương X có biên độ dao động lớn, giá trị chênh lệch biên độ phương nhỏ Đo phản hồi dao động vị trí số Hình 4.27 – Phản hồi dao động vị trí số máy nổ Nhận xét: Tại điểm phản hồi số 3, dao động cộng hưởng tần số 914 [Hz]; phương X có biên độ dao động lớn, giá trị chênh lệch biên độ phương nhỏ SVTH: Phan Văn Nguyên Đàm Thanh Phương GVHD: TS Lê Minh Đức ThS Lê Cơng Tín 84 Mơ phỏng, phân tích đánh giá dao động tiếng ồn động FEM Đo phản hồi dao động vị trí số Hình 4.28 – Phản hồi dao động vị trí số máy nổ Nhận xét: Tại điểm phản hồi số 4, dao động cộng hưởng tần số 915 [Hz], 1447 [Hz], 1843 [Hz]; phương X, Y có biên độ dao động lớn, giá trị chênh lệch biên độ phương nhỏ So sánh phản hồi dao động vị trí máy nổ Hình 4.29 – So sánh phản hồi dao động vị trí máy nổ SVTH: Phan Văn Nguyên Đàm Thanh Phương GVHD: TS Lê Minh Đức ThS Lê Cơng Tín 85 Mơ phỏng, phân tích đánh giá dao động tiếng ồn động FEM Nhận xét: Kết so sánh phản hồi vị trí theo phương có biên độ dao động lớn cho thấy tần số cộng hưởng 915 [Hz], biên độ dao động vị trị tương đương Hình 4.30 – Hình dạng chế độ dao động máy nổ Nhận xét: Dao động xoắn dao động dễ xảy khối động Nhận xét chung trường hợp máy số nổ: - Khi máy nổ, khối động bị cộng hưởng tần số 915 [Hz], 1843 [Hz] Tại tần số 915 [Hz] dao động có biên độ lớn - Dao động động theo phương X có biên độ lớn Dao động xoắn trường hợp dao động dễ xảy với khối động - Với tần số cộng hưởng 915 [Hz], nhận định Block động khơng xảy cơng hưởng lực kích thích SVTH: Phan Văn Nguyên Đàm Thanh Phương GVHD: TS Lê Minh Đức ThS Lê Cơng Tín 86 Mơ phỏng, phân tích đánh giá dao động tiếng ồn động FEM b Máy số nổ Đo phản hồi dao động vị trí số Hình 4.31 – Phản hồi dao động vị trí số máy nổ Nhận xét: Tại điểm phản hồi số 1, dao động cộng hưởng tần số 915 [Hz], 1883 [Hz]; phương X, Z có biên độ dao động lớn, giá trị chênh lệch biên độ phương nhỏ Đo phản hồi dao động vị trí số SVTH: Phan Văn Nguyên Đàm Thanh Phương GVHD: TS Lê Minh Đức ThS Lê Cơng Tín 87 Mơ phỏng, phân tích đánh giá dao động tiếng ồn động FEM Hình 4.32 – Phản hồi dao động vị trí số máy nổ Nhận xét: Tại điểm phản hồi số 2, dao động cộng hưởng tần số 914 [Hz]; phương X có biên độ dao động lớn, giá trị chênh lệch biên độ phương nhỏ Đo phản hồi dao động vị trí số Hình 4.33 – Phản hồi dao động vị trí số máy nổ Nhận xét: Tại điểm phản hồi số 3, dao động cộng hưởng tần số 913 [Hz]; phương X có biên độ dao động lớn, giá trị chênh lệch biên độ phương nhỏ Đo phản hồi dao động vị trí số Hình 4.34 – Phản hồi dao động vị trí số máy nổ SVTH: Phan Văn Nguyên Đàm Thanh Phương GVHD: TS Lê Minh Đức ThS Lê Cơng Tín 88 Mơ phỏng, phân tích đánh giá dao động tiếng ồn động FEM Nhận xét: Tại điểm phản hồi số 4, dao động cộng hưởng tần số 913 [Hz], 1878 [Hz]; phương X, Y có biên độ dao động lớn, giá trị chênh lệch biên độ phương nhỏ So sánh phản hồi dao động vị trí máy nổ Hình 4.35 – So sánh phản hồi dao động vị trí máy số nổ Nhận xét: Tại điểm phản hồi số 4, dao động cộng hưởng tần số 913 [Hz], 1851 [Hz]; phương có biên độ dao động tương đương Hình 4.36 – Hình dạng chế độ dao động động máy nổ Nhận xét: Dao động xoắn dao động dễ xảy khối động Nhận xét chung trường hợp máy số nổ: - Khi máy nổ, khối động bị cộng hưởng tần số 915 [Hz], 1851 [Hz] Tại tần số 913 [Hz] dao động có biên độ lớn SVTH: Phan Văn Nguyên Đàm Thanh Phương GVHD: TS Lê Minh Đức ThS Lê Cơng Tín 89 Mơ phỏng, phân tích đánh giá dao động tiếng ồn động FEM - Dao động động theo phương X, Y, Z có biên độ tương đương Dao động xoắn trường hợp dao động dễ xảy với khối động - Với tần số cộng hưởng 915 [Hz], nhận định Block động không xảy công hưởng lực kích thích KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Kết nghiên cứu đề tài cho phép rút số kết luận sau đây: – Dao động tiếng ồn tơ có tác động tiêu cực đến sức khoẻ người, đồng thời dao động tiếng ồn gây vấn đề liên quan tới độ bền học kết cấu khí Dao động tiếng ồn tơ chủ yếu q trình làm việc động đốt – Việc phân tích cấu tạo ngun lý hoạt động nhận định dao động tiếng ồn động tơ ngun nhân sau: Do tác động q trình cháy hỗn hợp khơng khí nhiên liệu (tức tác động hợp lực khí thể); di chuyển chi tiết tạo nên va chạm học tính cân động cơ; lưu động dịng khí q trình làm việc (nạp, thải) Trong ngun nhân trình cháy xác định nguyên nhân – Việc ứng dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn phân tích dao động tiếng ồn động ô tô khả thi giảm thời gian tính tốn; kết phân tích giúp người thiết kế hiểu q trình dao động phân bố áp suất âm cách trực quan từ đưa phân tích xác Tuy nhiên kết tính tốn phụ thuộc nhiều vào điều kiện chủ quan liên quan tới trình kỹ thực người làm Điều phần ảnh hưởng đến kết tính tốn – Tần số dao động riêng động mode phân tích 915 [Hz]; tần số kích thích cực đại 233 [Hz] số vịng quay 7000 [vịng/phút] Do động khơng xảy tượng cộng hưởng – Xem xét phản hồi dao động động vị trí khác có nhận định: + Biên độ dao động lớn tần số: 910 [Hz]; 1425 [Hz]; 1868 [Hz] + Dao động theo phương X có biên độ lớn nhất, nhiên mức độ chênh lêch không cao, tương đương 0,2 mm SVTH: Phan Văn Nguyên Đàm Thanh Phương GVHD: TS Lê Minh Đức ThS Lê Cơng Tín 90 Mơ phỏng, phân tích đánh giá dao động tiếng ồn động FEM + Kết cấu động hoàn toàn đạt điều kiện làm việc nặng nhọc động Hướng phát triển đề tài Đề tài phát triển theo hướng sau: Nghiên cứu kết hợp mô thực nghiệm phân tích dao động tiếng ồn để đánh giá hiệu độ xác phương pháp mô SVTH: Phan Văn Nguyên Đàm Thanh Phương GVHD: TS Lê Minh Đức ThS Lê Công Tín 91 Mơ phỏng, phân tích đánh giá dao động tiếng ồn động FEM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ công thương Việt Nam, “Hơn 40 doanh nghiệp hoạt động lĩnh vực sản xuất, lắp ráp ô tô” [Online] Xem tại: https://moit.gov.vn/tin-tuc/phat-trien-congnghiep/cong-nghiep-o-to-viet-nam-dang-dan-khang-dinh-vai-tro-la-nga.html Ngày truy cập: 22/07/2021 [2] Nguyễn Đình Trường, “Luận văn thạc sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu phân tích ảnh hưởng rung động mức tiếng ồn cabin ô tô chỗ” Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 2014 [3] Hojat Mahdisoozani, Mehrdad Mohsenizadeh, Mehdi Bahiraei, Alibakhsh Kasaeian, Armin Daneshvar, Marjan Goodarzi, Mohammad Reza Safaei, "Performance Enhancement of Internal Combustion Engines through Vibration Control: State of the Art and Challenges" MDPI, 2019 [4] TS Lâm Mai Long, Giáo trình dao động tiếng ồn tơ Nhà xuất Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh, 2017 [5] Chu Quốc Thắng, Phương pháp phần tử hữu hạn Nhà xuất Khoa học & Kỹ thuật, 1997 [6] Nguyễn Văn Khang, Dao động kỹ thuật Nhà xuất Khoa học & Kỹ thuật, 2004 [7] TS Nguyễn Thanh Quang, Bài giảng môn học cao học rung ồn ô tô Đại học Kỹ thuật Hưng Yên, 2015 [8] Nguyễn Quang Cường, Nguyễn Văn Bang, Nguyễn Thiết lập, “Phân tích rung động kết cấu khung vỏ tơ kích thích từ động cơ” Tạp chí Khoa học Công nghệ, Vol 56, No 3, pp 89-93, 2020 [9] Altair, OptiStruct for Linear Dynamics Altair HyperWorks, 2013 [10] Eugeino,77, “Toyota NR series engines” [Online] Xem tại: Toyota NR series engines (toyota-club.net) Ngày truy cập: 01/2013 – 06/2021 [11] TS Nguyễn Quang Trung, “Hướng dẫn đồ án động đốt trong” Tài liệu nội Khoa Cơ khí Giao thơng – Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng [12] Nguyễn Tất Tiến, Nguyễn lý động đốt Nhà xuất giáo dục, 2003 SVTH: Phan Văn Nguyên Đàm Thanh Phương GVHD: TS Lê Minh Đức ThS Lê Cơng Tín 92 CÁC BẢN VẼ CÁC BẢN VẼ CÁC BẢN VẼ CÁC BẢN VẼ CÁC BẢN VẼ CÁC BẢN VẼ ... quan dao động tiếng ồn động ô tô Phần sở lý thuyết dao động tiếng ồn Tiếp theo phương pháp tiếp cận tốn dao động tiếng ồn động ô tô Và phần cuối nội dung đồ án phân tích dao động tiếng ồn động ô. .. Mơ phỏng, phân tích đánh giá dao động tiếng ồn động FEM CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DAO ĐỘNG VÀ TIẾNG ỒN ĐỘNG CƠ 1.1 Vấn đề nghiên cứu dao động tiếng ôn động ô tô 1.1.1 Tổng quan ngành công nghiệp ô. .. giải pháp phân tích đánh giá dao động tiếng ồn động ô tô 1.2 Tổng quan yếu tố gây dao động tiếng ồn động ô tô Dao động tiếng ồn động ô tơ vấn đề cần nghiên cứu ngành sản xuất động đốt Động đốt