Tính toán kiểm tra khung xe, cầu trước, cầu sau khi xe chở quá tải ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ TÍNH TOÁN KIỂM TRA KHUNG XE, CẦU TRƯỚC, CẦU SAU KHI XE CHỞ QUÁ TẢI GVHD: MSc ĐẶNG QUÝ SVTH: NGUYỄN PHAN NGỌC CHÂU VÕ THANH DANH S K L0 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01/2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÍNH TỐN KIỂM TRA KHUNG XE, CẦU TRƯỚC, CẦU SAU KHI XE CHỞ QUÁ TẢI GVHD : MSc ĐẶNG QUÝ SVTH : NGUYỄN PHAN NGỌC CHÂU MSSV : 10105011 SVTH: VÕ THANH DANH MSSV: 13145050 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật tơ TÍNH TỐN KIỂM TRA KHUNG XE, CẦU TRƯỚC, CẦU SAU KHI XE CHỞ QUÁ TẢI GVHD : MSc ĐẶNG QUÝ SVTH : NGUYỄN PHAN NGỌC CHÂU MSSV : 10105011 SVTH: VÕ THANH DANH MSSV: 13145050 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Tên tiểu luận: Họ tên Sinh viên: NGUYỄN PHAN NGỌC CHÂU VÕ THANH DANH MSSV: 10105011 MSSV: 13145050 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật tơ I NHẬNXÉT Về hình thức trình bày & tính hợp lý cấu trúc tiểu luận: Về nội dung (đánh giá chất lượng tiểu luận, ưu/khuyết điểm giá trị thực tiễn) II NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG III ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Giảng viên hướng dẫn TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Tên tiểu luận: Họ tên Sinh viên: NGUYỄN PHAN NGỌC CHÂU VÕ THANH DANH MSSV:10105011 MSSV: 13145050 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô I NHẬNXÉT Về hình thức trình bày & tính hợp lý cấu trúc tiểu luận: Về nội dung (đánh giá chất lượng tiểu luận, ưu/khuyết điểm giá trị thực tiễn) II NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG III ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Giảng viên phản biện LỜI CẢM ƠN Vinh dự sinh viên trường danh tiếng khu vực Trong suốt khoảng thời gian học tập mái trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, chúng em cố gắng nỗ lực học tập để xứng đáng với trường mà người xung quanh ca tụng, ao ước Và để hồn thành tốt khóa học trường, chúng em nhận không học vơ vị, khơ khan mà đằng sau tâm huyết, tận tâm, đan xen học khía cạnh khác sống từ thầy cô Chúng em vô biết ơn thầy điều Kính chúc sức khỏe điều tốt đẹp khác đến với thầy trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM nói riêng người làm nghề giáo nói chung, điều tất yếu đến với người thầy cô dành thời gian đời họ nghiệp trồng người Và để hồn thành tập đồ án tốt nghiệp này, suốt hai tháng kể từ lúc giao nhiệm vụ, chúng em trải qua khơng khó khăn rắc rối lần nghiên cứu thực đề tài lớn thực tế đến Và để vượt qua khó khăn đó, vai trị người thầy dẫn dắt điều thiếu Chúng em biết ơn bảo tận tình quý báo mà thầy Đặng Quý dành cho chúng em, giúp chúng em hồn thành tốt môn học cuối quãng đời sinh viên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Kính chúc thầy thật nhiều sức khỏe an vui! Xin chân thành cảm ơn NHÓM THỰC HIỆN ĐỀ TÀI MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt ký hiệu Danh mục bảng Danh mục hình Chương 1: TỔNG QUAN 10 1.1 Tính cấp thiết đề tài 10 1.2 Tóm tắt 10 1.3 Giới hạn vấn đề 11 Chương 2: XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN CÁC CẦU KHI XE CHỞ QUÁ TẢI 80% 19 2.1 Xác định tọa độ trọng tâm xe xe không tải 19 2.2 Sự phân bố tải trọng lên cầu trước cầu sau xe tải 80% 20 2.2.1 Trường hợp xe trạng thái tĩnh 20 2.2.2 Trường hợp xe phanh với lực phanh cực đại 21 2.2.3 Trường hợp xe truyền lực kéo cực đại 21 Chương 3: TÍNH TOÁN KIỂM TRA KHUNG XE KHI XE QUÁ TẢI 80% 23 3.1 Tính toán nội lực dầm dọc 23 3.1.1 Tính phản lực điểm đặt nhíp lên dầm dọc 23 3.1.2 Xác định nội lực dầm dọc 27 3.2 Kiểm tra dầm 32 3.2.1 Môđun chống uốn 32 3.2.2 Ứng suất uốn dầm dọc 35 3.2.3 Biểu đồ nội lực 37 3.2.4 Điều kiện bền 39 Chương 4: PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA BỀN CẦU TRƯỚC KHI CHỞ QUÁ TẢI 41 4.1 Giới thiệu 41 4.2 Phân tích tính tốn lực momen tác động lên cầu trước 43 4.2.1 Sơ đồ lực tác động lên cầu trước 43 4.2.2 Tính tốn momen uốn 44 4.3 Tính toán ứng suất uốn – Kiểm tra bền 49 4.4 Tính tốn – kiểm tra momen xoắn 53 4.5 Hệ số an toàn trường hợp tính tốn 55 Chương 5: PHÂN TÍCH, TÍNH TỐN VÀ KIỂM TRA BỀN CẦU SAU KHI CHỞ QUÁ TẢI .56 5.1 Giới thiệu 56 5.2 Phân tích tính tốn lực, momen tác động lên cầu sau 58 5.2.1 Sơ đồ lực tác động lên cầu trước 58 5.2.2 Tính momen uốn 59 5.3 Tính tốn ứng suất uốn – kiểm tra bền 64 5.3.1 Xác định momen chống uốn 64 5.3.2 Tính tốn ứng suất uốn so sánh 65 5.4 Tính tốn – kiểm tra momen xoắn 67 5.5 Hệ số an tồn trường hợp tính toán 70 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ71 6.1 Kết luận 71 6.2 Đề nghị 71 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU b chiều rộng dầm (m) B chiều rộng sở xe (m) d chiều cao dầm (m) Gn trọng lượng tối đa người xe (N) Ghh trọng lượng hàng hóa tải 80% (N) hg tọa độ trọng tâm xe theo chiều cao (m) Ix momen quán tính mặt cắt ngang trục trung hòa x (m4) Gxe trọng lượng xe xe không tải (N) GTp, GTk tải trọng phân bố lên cầu sau xe phanh truyền lực kéo (N) GSp, GSk tải trọng phân bố lên cầu sau xe phanh truyền lực kéo (N) GTmax, GSmax tải trọng phân bố lên cầu sau xe phanh truyền lực kéo (N) GT, GS Trọng lượng phân bố lên cầu trước cầu sau xe (N) Jτ số mômen xoắn Kđ hệ số thay đổi tải trọng lct, lcs khoảng cách từ điểm đặt nhíp đến bánh trước bánh sau (N) lt, ls chiều dài phần đầu phần sau dầm (m) L chiều dài sở xe (m) Me mômen xoắn từ động (Nm) M, m mơmen uốn (Nm) n hệ số an tồn (hệ số dự trữ bền) m2p, m2p hệ số thay đổi tải trọng tác dụng lên cầu sau xe phanh/truyền lực kéo Qy lực cắt (N) qt : lực phân bố lên bên dầm dọc phần đầu xe xe tải 80% (N/m) qs: lực phân bố lên bên dầm dọc phần lại xe xe tải 80% (N/m) S1, S2: Các lực thẳng đứng tác dụng từ nhíp lên dầm cầu (N) R bán kính xoay (m) rbx bán kính bánh xe (m) t, s độ dày dầm mặt cắt (tiết diện) (m) Wx ,W1,W2 môđun chống uốn (m3) Wρ mômen chống xoắn (m3) X1, X2 : Phản lực lực vòng truyền qua bánh xe chủ động Lực X1, X2 thay đổi chiều phụ thuộc vào bánh xe chịu lực kéo hay lực phanh (Xk hay Xp) Lực X  Xmax ứng với lúc xe chạy thẳng (N) Y1, Y2: Phản lực ngang tác dụng lên bánh xe trái phải (N) Y1’, Y2’: Là lực ngang tác dụng nhíp cầu (N) y khoảng cách từ trục trung hịa đến điểm ngồi mặt cắt ngang (m) Z1, Z2: Phản lực thẳng đứng tác dụng lên cầu sau (N) ZT, ZS phản lực thẳng đứng từ mặt đường tác dụng lên bánh trước bánh sau xe (N) Znt : Phản lực thẳng đứng tác dụng từ nhíp lên dầm cầu trước phía trước bánh xe (N)  7.105 (m3 ) Ứng suất tiếp   m p1 W1 17764, 445 7.10 5  253, 778.106 ( N / m )  253, 778 ( MPa) Ứng suất tiếp cho phép = Ứng suất bền*0.58 =710*0.58 =411,8 (MPa) Ứng suất vừa tính nhỏ ứng suất tiếp cho phép nên trường hợp xe phanh với lực phanh tối đa Xe hoạt động bình thường 5.5 Hệ số an tồn trường hợp tính tốn n  Với   n   max max =    max lớn trường hợp tải trọng khác [ ] ứng suất cho phép vật liệu chế tạo - Với ứng suất uốn: n  - 710  1, 62 438 Với ứng suất tiếp: n  411,8  1.623 253, 778 76 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 6.1 Kết luận Trong trường hợp xe tải 80% , dầm xe cầu trước xe chịu tải trọng tác động lên khơng an tồn khơng có hệ số an tồn (n  1), cịn dầm sau có hệ số an tồn cao ( n  1, 62, n  1, 623 ) Có thể nói dầm dọc cầu trước, trường hợp ranh giới tải trọng vừa vượt ngưỡng 80%, điều kiện bền không thỏa mãn dẫn đến việc dầm dọc bị phá hủy Khuyến cáo HD120S thùng mui bạt, không nên chở tải đến 80% Lưu ý kêt tính tốn số liệu gần đúng, vì: - Thứ nhất, phần tính tốn này, ta chọn giá trị tải trọng bất lợi để tính tốn (QTmax, QSmax , m2p, m2k) Trên thực tế, xe tải 80%, lực kéo truyền từ động hiệu phanh bị giảm đáng kể (lực kéo yếu quãng đường phanh dài hơn) Vì vậy, giá trị m2k m2p giảm, làm phần tải trọng tăng lên cầu trước phanh cầu sau tăng tốc không đạt đến giá trị QTp, QSk tính tốn Cộng với việc ta giả thiết ZT  GT , Z S  GS ( thực tế ZT  GT , Z S  GS ) Điều làm cho hệ số dự trữ bền có xu hướng giảm - Thứ hai, điều kiện đường xá thực tế phức tạp, nên tải trọng tác dụng lên dầm cầu tải trọng động qua đoạn đường gồ ghề, mấp mơ… điều làm cho dầm dọc cầu phải chịu thêm lực quán tính sinh từ tải trọng động Những điều khơng tính tốn làm cho hệ số dự trữ bền tăng lên - Thứ ba, sai số làm tròn kết 6.2 Đề nghị - Để đảm bảo an toàn cho thân cho khác, đề nghị doanh nghiệp, tài xế cần tuân thủ theo quy định pháp luật hành việc chở tải trọng cho phép 77 - Theo nghị định 46/2016/ NĐ-CP, kể từ ngày 1/1/2017, tải trọng trục xe (bao gồm hàng hóa xếp xe người chở xe) phép vượt tải trọng cho phép cầu đường từ 20% trở xuống - Trên phần tính tốn kiểm tra cho dầm dọc cầu xe, đề nghị khơng lấy kết nầy để định có nên chở tải đến giới hạn hay khơng, cịn chi tiết khác chưa phân tích, kiểm tra 78 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng Quý, Lý thuyết ô tô, NXB Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2012 [2] Đặng Q, Ơ tơ 2, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, 2012 [3] Lê Hồng Ngọc, Sức bền vật liệu, NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 [4] Jame M Gere, Mechanics of Materials, Thomson Learning, Inc 6th Edition- 2004 [5] http://web.ncyu.edu.tw/~lanjc/lesson/C3/class/Chap05-A.pdf [6] https://www.slideshare.net/phongnvt/sc-bn-vt-liu-n-tp-v-l-thuyt-v-bi-tp-sc-bn-vt-liu [7] http://www4.hcmut.edu.vn/~aduy/SucBenVatLieu_K2009/chuong%207.pdf [8] https://www.engineersedge.com/material_science/moment-inertia-gyration-5.htm [9] https://www.engineersedge.com/material_science/moment-inertia-gyration-5.htm [10] https://websrv1.ctu.edu.vn/coursewares/congnghe2/sucbenvatlieu/chuong7.htm [11] https://websrv1.ctu.edu.vn/coursewares/congnghe2/sucbenvatlieu/chuong7.htm [12] https://en.wikipedia.org/wiki/Shear_strength [13] http://what-when-how.com/automobile/front-axle-automobile/ [14] https://en.wikipedia.org/wiki/Torsion_(mechanics) [15] https://www.fxsolver.com/browse/formulas/Torsion+constant+%28Rectangle%29 [16] http://stainless.steelandtube.co.nz/wpcontent/uploads/2014/06/HighTensileSteel4140.pdf [17] https://www.slideshare.net/deepak_223/lecture-10-bending-stresses-in-beams 79 PHỤ LỤC HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM MDSOLIDS ĐỂ PHÂN TÍCH DẦM CHỊU UỐN Từ menu MDSolids chọn MdSolids Module bên phải hình Xác định đặc trưng hình học mặt cắt ngang a Nhấn biểu tượng “Section Properties” 80 b Từ cơng cụ chọn hình dạng mặt cắt ngang mà toán đưa (mặt cắt ngang chữ nhật, tròn, chữ T, I, U,…) c Nhập liệu kích thước mặt cắt ngang (chú ý khai báo đơn vị) 81 d Khai báo giá trị mô đun đàn hồi E vật liệu e Nhấn “Compute” => Hiện hình đặc trưng hình học mặt cắt ngang Trong cửa sổ tùy chọn đặc trưng hình học trục y z, lựa chọn “Print” để in kết f Nếu cần xác định dặc trưng hình học với hệ trục ta dùng phép xoay trục lệnh “Rotate” sau nhấn nút “Compute” để nhận dược kết Khai báo chiều dài dầm, liên kết tải trọng để nhận biểu đồ nội lực Nhấn “Back” cửa sổ “Section Properties”, sau click vào biểu tượng “ Determinate Beam” 82 a Chọn biểu tượng phù hợp với loại dầm có liên kết phù hợp với tốn (ví dụ dầm tựa đơn) b Nhập chiều dài dầm toạ độ liên kết (Chú ý đơn vị) 83 c Nhấn “Enter” d Khai báo tải trọng (loại tải trọng, độ lớn, chiều, ý đơn vị) e Nhấn “Enter” f Lặp lại, cần khai báo thêm tải trọng Ở biểu đồ nội lực, Rê chuột đến vị trí dầm biểu đồ tải trọng tọa độ cần kiểm tra ứng suất => Nhấn chuột trái => Hiện cửa sổ Flexure Module => Nhấn “Shear/Moment” => Ta có: 84 g Trên menu “Option” Chọn tuỳ chọn mà bạn muốn: Biểu đồ nội lực hay biểu đồ độ võng, góc xoay h Ghi lại giá trị lực cắt mô men uốn nội lực mặt cắt ngang cần thiết Xác định ứng suất pháp ứng suất tiếp a Nhấn biểu tượng “Back” Determinate Beam module” b Chọn “Flexure module” 85 c Trên tùy chọn “Analysis” nhập trị số lực cắt mô men uốn mặt cắt ngang cần phân tích ứng suất pháp ứng suất tiếp d Nhấn tùy chọn “Normal stresss” để có biểu đồ ứng suất pháp mặt cắt ngang “Shear stress” để có biểu đồ ứng suất tiếp mặt cắt ngang Sử dụng trượt ngang để xác định giá trị thành phần ứng suất điểm dọc theo chiều cao mặt cắt ngang 86 Tùy chọn 3D Solid rendering biễu diễn hình ảnh khơng gian dầm ảnh hưởng lực cắt mômen uốn e Thẻ Allowable stresses nơi để chọn loại thép dùng làm dầm, phần mềm xác định ứng suất cho phép, từ tính tốn giá trị lực mômen cho phép để đảm bảo dầm chịu phần “ Allowable Shear and moment” Một số thuật ngữ chính: Typical Mechanics of Materials Questions: Các dạng tốn a Bài tốn tìm ứng suất để kiểm tra bền b Bài toán tìm tải trọng cho phép c Bài tốn tìm diện tích tiết diện Analysic Options: Các tuỳ chọn phân tích hệ Area: Diện tích tiết diện Axial Force: Lực dọc Area Units: Đơn vị diện tích Bar: Thanh Back: Quay trở lại hình 87 Compress: Nén Compute: Tính tốn Coefficient of Thermal Expan: Hệ số thay đổi nhiệt độ Deflect Units: Đơn vị biến dạng Define Orientation of Bars and Load: Phương trục thanh, lực với trục nằm ngang Draw not ro scale: Vẽ không theo tỉ lệ Deflect Units: Đơn vị biến dạng Elongations: Biến dạng dài Elastic Mod: Modul đàn hồi E Force: Lực Gap/Clearance: Độ hở Horizontal: Phương ngang Joint A supported: Liên kết gối A Length: Độ dài Load Magnitude: Giá trị tải trọng Length: Độ dài Normal stress: Ứng suất pháp Segment : Đoạn Strain: Biến dạng dài tỉ đối Stress: Ứng suất Show Equation: Phương trình tính toán Typical Mechanics of Materials Questions: Các dạng toán Tension: Kéo Temperature Change: Thay đổi nhiệt độ Vetical: Phương dọc 88 89 ... định tải trọng tác dụng lên cầu xe + Tính tốn kiểm tra khung xe xe chở q tải (chỉ giới hạn tính tốn kiểm tra dầm dọc) + Tính tốn kiểm tra cầu trước xe chở q tải + Tính tốn kiểm tra cầu sau xe chở. .. ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật tơ TÍNH TỐN KIỂM TRA KHUNG XE, CẦU TRƯỚC, CẦU SAU KHI XE CHỞ QUÁ TẢI GVHD : MSc ĐẶNG...TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÍNH TỐN KIỂM TRA KHUNG XE, CẦU TRƯỚC, CẦU SAU KHI XE CHỞ QUÁ TẢI GVHD : MSc ĐẶNG QUÝ SVTH : NGUYỄN