Bài viết Ứng dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn trong phân tích độ bền nhíp lá xe tải nhẹ trình bày nội dung ứng dụng máy tính trong thiết kế tính toán hoàn chỉnh bộ nhíp cho hệ thống treo phụ thuộc trên mẫu xe tải KIA FRONTIER K165.
Lê Cơng Tín, Lê Minh Đức 64 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG PHÂN TÍCH ĐỘ BỀN NHÍP LÁ XE TẢI NHẸ AN APPLICATION OF FINITE ELEMENT ANALYSIS IN DURABILITY ANALYSIS OF MULTI-STEEL LEAF SPRING FOR LIGHT TRUCKS Lê Cơng Tín, Lê Minh Đức* Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng1 *Tác giả liên hệ: minhducle@dut.udn.vn (Nhận bài: 04/4/2022; Chấp nhận đăng: 16/5/2022) Tóm tắt - Bài báo trình bày nội dung ứng dụng máy tính thiết kế tính tốn hồn chỉnh nhíp cho hệ thống treo phụ thuộc mẫu xe tải KIA FRONTIER K165 Bộ nhíp kiểm tra đánh giá mức độ an toàn theo tiêu chí tính tốn bền hai phương pháp: (a) Thiết kế truyền thống (b) phân tích phần tử hữu hạn (FEA) Độ bền nhíp phân tích nhờ hỗ trợ module Optistruct Hyperworks Ứng suất biến dạng nhíp theo tải trọng thẳng đứng tính tốn theo phương pháp FEA Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên nhíp thay đổi từ 100010000 N Kết tính tốn ứng suất chuyển vị theo phương pháp FEA cho độ sai lệch dương cực đại so với phương pháp truyền thống không 15% 1,5% Kết tính tốn cho thấy sử dụng FEA để xác định ứng suất chuyển vị để tăng hiệu q trình tính tốn thiết kế nhíp xe tải Abstract - This paper presents the design of multi-steel leaf springs for the dependent suspension system of light trucks model KIA FRONTIER K165 using computer-aided calculations The multi-steel leaf springs are tested and evaluated for safety according to durability calculation criteria by using two methods: (a) traditional design and (b) Finite Element Anlysis method (FEA) The durability of the multisteel leaf springs is examined by the support of the Optistruct module in Hyperworks The stress and strain of leaf springs under vertical loads are calculated by the FEA The range of vertical loads acting on the tweezers is changed from 1000 10000 N The results of the FEA stress and displacement calculations show that the maximum positive deviation compared with the traditional method are no more than 15% and 1.5%, respectively The results show that, FEA can be used to determine the stress and displacement to increase the efficiency of the design process of the truck springs Từ khóa - Quy trình thiết kế sản phẩm ứng dụng; Phần mềm HyperWorks; Nhíp xe tải; Phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEA); Phân tích độ bền Key words - Application design process; HyperWorks software; Multi steel leaf spring; Finite Element Analysis method (FEA); Durability analysis Đặt vấn đề Trong giai đoạn cạnh tranh toàn cầu ngày nay, ngành nói chung ngành sản xuất linh kiện/phụ tùng tơ nói riêng khơng thể tồn khơng có giải pháp phát triển sản phẩm với chất lượng tốt nhất, giá thành cạnh tranh chất lượng đảm bảo Trong xu đó, cơng ty sản xuất linh kiện phụ tùng ô tô nước phải đẩy mạnh ứng dụng cơng nghệ, đón đầu xu hướng thiết kế, đảm bảo giá trị cốt lõi tính cạnh tranh sản phẩm So với quốc gia giới, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đời muộn Nhiều doanh nghiệp hỗ trợ cho ngành cơng nghiệp tơ Việt Nam cịn sử dụng công nghệ lạc hậu nên giá thành sản xuất cao, khả cạnh tranh thấp, điều dẫn đến doanh nghiệp lắp ráp tơ thường tìm kiếm nguồn cung linh kiện phụ tùng từ nước [1] Việc ứng dụng máy tính thiết kế tính tốn (CAD/CAE) linh kiện tơ hướng hợp lý giúp đẩy nhanh trình phát triển ngành sản xuất ô tô nước Các nghiên cứu khẳng định rằng, thiết kế giảm 30% thời gian chi phí cách sử dụng công cụ CAE (Computer-Aided Engineering) Trong tương lai, cơng cụ CAE giải pháp giúp nhà thiết kế định tốt [2] Các doanh nghiệp ô tô lớn nước tiên phong ứng dụng máy tính thiết kế sản phẩm đơn cử Công ty Cổ phần ô tô Trường Hải (THACO), công ty ô tô VINFAST gặt hái số thành cơng bước đầu Trong báo này, nhóm tác giả trình bày quy trình tính tốn thiết kế linh kiện ô tô ứng dụng CAD/CAE, cụ thể quy trình thiết kế tính tốn nhíp cho xe Tải Ứng dụng FEA tính tốn mơ độ bền nhíp, kết tính tốn có so sánh mức độ sai lệch với kết tính toán theo lý thuyết thiết kế truyền thống Phần mềm FEA sử dụng nghiên cứu HyperWorks với Module xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn Hypermesh tính tốn Optistruct Kết nghiên cứu có ý nghĩa mặt khoa học thực tiễn việc xây dựng quy trình thiết kế tính toán giúp giảm thời gian giá thành sản phẩm, kết tính tốn ứng suất chuyển vị đảm bảo độ tin cậy Quy trình thiết kế, sản xuất nhíp xe Tải 2.1 Quy trình thiết kế, sản xuất nhíp truyền thống Quy trình thiết kế nhíp chưa có cơng cụ máy tính hỗ trợ, nhìn chung thực theo bước [3] Hình Từ quy trình thiết kế (Hình 1) thấy ý tưởng thể vẽ sản phẩm nhíp chất lượng đời sau nhiều lần thử nghiệm Thực tế cho thấy, q trình thử nghiệm phát sinh chi phí cao tốn thời gian nhiều công đoạn thiết kế - sản xuất Vòng lặp thiết kế - tạo mẫu - thử nghiệm làm tăng đáng kể chi phí, từ làm tăng giá thành sản phẩm tăng áp lực tiến độ phát triển sản phẩm The University of Danang - University of Science and Technology (Cong Tin Le, Minh Duc Le) ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 20, NO 7, 2022 Kiểu loại nhíp; chiều dài nhíp; camber; tải trọng lớn; cần có nguồn nhân lực sử dụng thành thạo phần mềm hỗ trợ thiết kế, tính tốn Xác định u cầu Vịng lặp thiết kế - tạo mẫu – thử nghiệm Để đạt mục tiêu chi phí, thời gian chất lượng, nhìn chung giải pháp kỹ thuật tập trung nghiên cứu biện pháp giảm số lần số bước thử nghiệm nhằm đạt tiêu chí cạnh tranh thời kỳ công nghiệp Xác định yêu cầu Vòng lặp thiết kế - tạo mẫu – thử nghiệm Phát triển ý tưởng (Concept development) Vật liệu; kích thước; số lượng nhíp; camber; phân bổ khối lượng; vẽ chi tiết; chi tiết lắp ghép Chế tạo mẫu (Prototype) Thử nghiệm đánh giá (Testing and Evaluation) Bản vẽ thiết kế; sản xuất thử nghiệm Phê duyệt thiết kế Sản xuất thử Sản xuất hàng loạt Kiểm tra kiểm sốt chất lượng Phân tích lựa chọn sản phẩm thực Số hoá sản phẩm (Scan 3D) Bản vẽ thiết kế Xử lý liệu số hoá (CAD) Phân tích mơ (CAE) Chế tạo mẫu (Prototype) Thử nghiệm đánh giá (Testing and Evaluation) Phê duyệt thiết kế Sản xuất thử Hình Quy trình thiết kế, sản xuất nhíp truyền thống 2.2 Quy trình thiết kế, sản xuất nhíp ứng dụng CAE Những vấn đề cấp thiết công ty ô tô làm để giảm thời gian chi phí phát triển sản phẩm CAE coi giải pháp hiệu để giải vấn đề Đồng thời CAE đóng vai trị thử nghiệm số thay cho thử nghiệm thực tế với khả tối ưu hóa thơng số thiết kế, hiển thị trực quan kết tính tốn Thiết kế có ứng dụng công cụ CAE giúp giảm thời gian thiết kế cách hiệu từ giảm giá thành nâng cao chất lượng sản phẩm Trong báo tập trung vào nghiên cứu quy trình thiết kế ngược ứng dụng vào thiết kế nhíp xe Tải Mục đích tạo sản phẩm nhanh, phù hợp, bắt kịp phát triển xu hướng thị trường, đảm bảo mặt thời gian, bên cạnh phương pháp cịn góp phần giúp tối ưu mặt chi phí đảm bảo độ tin cậy trình vận hành/ sử dụng Ứng dụng quy trình thiết kế sản có hỗ trợ máy tính giúp dễ dàng kiểm tra chất lượng sản phẩm cách so sánh mơ hình CAD với sản phẩm thực tế từ điều chỉnh mơ hình thơng số cơng nghệ để tạo sản phẩm phù hợp đạt yêu cầu; Việc giảm bước thiết kế sản phẩm, thay vào chọn sản phẩm có quy cách kiểu loại phù hợp để số hố góp phần giảm đáng kể thời gian tạo khn mẫu gia cơng chi phí gia cơng mẫu; Ứng dụng CAE vào quy trình thiết kế nhíp cơng cụ thử nghiệm số góp phần giảm số vòng lặp thiết kế - tạo mẫu - thử nghiệm; Tiêu chí hàng đầu để giảm giá thành sản phẩm; Chế tạo nguyên mẫu mà không cần q trình tính tốn thiết kế truyền thống; Giảm giá thành tiết kiệm thời gian, chi phí thiết kế, thử nghiệm; Bên cạnh ưu điểm, việc ứng dụng máy tính cịn số hạn chế sau: Cần có cơng nghệ đại máy qt hình, phần mềm CAD, CAE; Chi phí đầu tư cơng cụ, phần mềm 65 Kiểm tra kiểm soát chất lượng Sản xuất hàng loạt Hình Quy trình thiết kế, sản xuất nhíp có ứng dụng CAD/CAE Ứng dụng CAE thiết kế, tính tốn nhíp 3.1 Phân tích, số hố sản phẩm thiết kế 3.1.1 Thơng số đầu vào Thông số đầu vào thông tin mô tả điều kiện tải trọng xe Tải cần thiết kế nhíp Các thơng số giả thiết thể Bảng Bảng Thông số tải trọng xe thiết kế nhíp [4] Stt 1.1 1.2 2.1 2.2 2.3 Hạng mục Khối lượng xe Cơ sở Phân bố trục Phân bố trục Khối lượng toàn đầy tải (100%) Tải trọng thiết kế Phân bố trục Phân bố trục Đơn vị Số liệu kg kg kg kg kg kg kg 1700 1220 480 4090 1650 1690 2400 3.1.2 Chọn mẫu nhíp tương đương – số hố Với thơng số phân bố tải trọng Bảng 1, mẫu nhíp xe KIA FRONTIER K165 sản xuất nhà máy nhíp THACO lựa chọn để số hóa mơ hình CAE (số liệu thực đo đạc trực tiếp xe KIA FRONTIER K165 sản xuất lắp ráp THACO) Các thông số hình học Bảng Bảng Thơng số hình học nhíp số hố Stt Thơng số nhíp Số lượng nhíp Bề rộng nhíp, b Chiều dài hai tâm ắc nhíp, L Camber Đơn vị mm mm mm Giá trị 70 1166 112 Lê Cơng Tín, Lê Minh Đức 66 Hình Bản vẽ sơ tổng thể nhíp chọn số hố Hình Bộ nhíp sau thiết kế phần mềm CATIA 3.2 Ứng dụng máy tính mơ độ bền nhíp 3.2.1 Giới thiệu phần mềm HyperWorks HyperWorks phần mềm CAE tiếng thuộc Altair Mỹ ứng dụng rộng rãi phân tích, mơ hình hố mơ phần tử hữu hạn [5] Cơng cụ tạo mơ hình phần tử hữu hạn nhíp Altair Cơng cụ phân tích ứng suất Optistruct HyperWorks chuyển vị nhíp Công cụ xem kết ứng HyperView suất chuyển vị nhíp Hình Các Module phần mềm HyperWorks sử dụng để phân tích ứng suất chuyển vị nhíp HyperMesh 3.2.2 Phân tích điều kiện biên tốn mơ độ bền nhíp Nhíp hệ thống treo phận hấp thụ, tích trữ giải phóng lượng ngoại lực tác dụng Đặc tính nhíp chủ yếu chịu tác dụng tải trọng thẳng đứng biến dạng tĩnh Vì vậy, hầu hết nhíp tơ tính tốn theo tải trọng thẳng đứng [6] Tuy nhiên, thực tế nhíp khơng chịu lực theo phương thẳng đứng mà chịu tải trọng ngang, momen theo phương dọc Ngồi ra, nhíp cịn chịu tải trọng xoắn momen sinh q trình tơ quay vịng Để phân tích tính tốn tồn điều kiện tải trọng tác dụng lên nhíp trình phức tạp tốn nhiều thời gian, điều khơng thích hợp việc ứng dụng môi trường công nghiệp sản xuất hàng loạt Thực tế qua số nghiên cứu thực phân tích nhíp phân tích biến dạng ứng suất cách sử dụng FEA [2, 7, 8, 9], chứng minh tính tin cậy độ bền phân tích độ bền nhíp tải trọng thẳng đứng Điều có nghĩa, tải trọng cịn lại sinh q trình hệ thống treo làm việc mức độ ảnh hưởng không đáng kể xem xét bỏ qua q trình ứng dụng tính tốn cơng nghiệp Theo [6] điều kiện biên áp dụng mơ hình tính tốn độ bền nhíp theo tải trọng thẳng đứng thể Hình Hình Điều kiện biên nhíp ứng với điều kiện chịu tải trọng thẳng đứng 3.2.3 Cơ sở lý thuyết toán phân tích FEA a Phương trình chủ đạo Bộ nhíp xe tải kết cấu đặc biệt bao gồm nhíp tạo biên dạng cong ghép với Ma sát tiếp xúc nhíp xem xét q trình tính tốn, giải pháp phân tích phi tuyến mơ hình hình học xem xét thay giải pháp tuyến tính [10] Phương trình động học tổng quát [10] thể mặt toán học sau: 𝐌 ẍ + 𝐂 ẋ + 𝐊 𝐱 = 𝐅(𝐭) (1) Trong đó: M khối lượng; C hệ số giảm chấn hệ dao động; ẋ vận tốc hệ dao động; ẍ gia tốc; K độ cứng hệ; x giá trị chuyển vị; F(t) hàm ngoại lực tác dụng theo thời gian Với giải pháp kiểm nghiệm độ bền tĩnh Static, vận tốc gia tốc khơng tồn có giá trị [10] Vận tốc: ẋ= 𝐝(𝐱) 𝐝(𝐭) = 𝐱𝟐 −𝐱𝟏 𝐭 𝟐 −𝐭 𝟏 =𝟎 (2) =𝟎 (3) Gia tốc: ẍ= 𝐝𝟐 𝐱 𝐝𝐭 𝟐 = 𝐯𝟐 −𝐯𝟏 𝐭 𝟐 −𝐭 𝟏 Khi phương trình chủ đạo tốn phi tuyến hình học mơ độ bền nhíp xét sau: 𝐊 𝐱 = 𝐅 (4) Với F giá trị ngoại lực tác dụng không đổi theo thời gian b Ứng suất biến dạng toán phi tuyến Biến dạng kỹ thuật ɛx phép đo biến dạng nhỏ, tính tốn cách sử dụng hình học ban đầu Phép đo biến dạng kỹ thuật phép đo tuyến tính phụ thuộc vào hình dạng ban đầu (độ dài) biết trước [10, 11]: 𝛆𝐱 = ∆𝐥 𝐥𝟎 (5) Ứng suất kỹ thuật σ giá trị đại số tỉ lệ với ngoại lực F diện tích mặt cắt hình học A [10, 11]: 𝛔= 𝐅 𝐀 (6) 3.2.4 Quy trình tính tốn FEA Một quy trình tính tốn kết cấu FEA thể tổng thể qua bước [6] Hình + Pre-processing: Là bước thiết lập toán bao gồm cơng đoạn hiệu chỉnh mơ hình hình học, xây dựng mơ hình lưới từ mơ hình CAD (meshing), thiết lập ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 20, NO 7, 2022 thơng số thuộc tính vật liệu, thiết lập contact, hệ số ma sát, điều kiện đầu điều kiện biên + Solver: Là bước giải tốn, giải giải phương trình ma trân độ cứng để xác định chuyển vị nút từ tính ứng suất, biến dạng phần tử + Pre-Processing: Là bước phân tích kết toán, kết toán bao gồm ứng suất, chuyển vị, tần số, … Pre-processing Solver Geometry, meshing, material, properties, and boundary conditions 67 phần tử hữu hạn tương đương với điều kiện phân tích tải trọng tác dụng Mục 3.2.1 a) Điều kiện biên khớp có cử động xoay tịnh tiến Select appropriate solving method b) Điều kiện biên khớp có cử động xoay Pre-Processing Result review and graph plot Hình Tổng thể bước thực toán FEA 3.2.5 Thiết lập mơ hình cho tốn phân tích độ bền nhíp a Mơ hình CAD Mơ hình CAD nhíp thiết kế phần mềm CATIA V5-R19 CATIA có cơng cụ đặc trưng xử lý mơ hình Surface, sau chuyển thành mơ hình Solid lắp ghép thành mơ hình nhíp hồn chỉnh có hình dáng thơng số kỹ thuật thể Bảng 2, Hình Hình b Mơ hình phần tử hữu hạn Mơ hình CAD sau hoàn thiện nhập vào phần mềm xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn Hypermesh Các thơng số kỹ thuật mơ hình thể Bảng 3; vật liệu dùng để phân tích nhíp thép cường độ cao SUP sử dụng phổ biến để sản xuất nhíp tơ xe Tải thương hiệu KIA, thông số kỹ thuật vật liệu thể Bảng 4, hình ảnh tổng thể mơ hình phần tử hữu hạn thể Hình Hình Mơ hình phần tử hữu hạn nhíp Bảng Thơng số kỹ thuật mơ hình FE nhíp Domain Bộ nhíp Element 17332 Nodes 18688 Bảng Thông số kỹ thuật vật liệu nhíp Stt Thơng số vật liệu SUP Density, ρ Young’s Modul, E Poission’s Ratio, µ Ultimate tensile Strength, Sut Yield Strength, Sy Đơn vị Giá trị kg/m3 7850 GPa 210 0.29 MPa 1266 MPa 1079 c Điều kiện biên Điều kiện biên tốn thiết lập mơ hình c) Điều kiện biên tải trọng Hình Điều kiện biên thiết lập mơ hình mơ nhíp (module Hypermesh HyperWorks) d Tải trọng tính tốn phân tích Trong phép so sánh, khơng có quy tắc thức số lần nên lặp lại để tăng mức độ xác kết thí nghiệm mơ Tuy nhiên, mức độ nhân rộng số lần thực mơ có tác động tích cực đến phép thống kê so sánh Số lần lặp lại cho thí nghiệm tối thiểu đề nghị ba lần [12-13] Kết hợp với điều kiện tải trọng thiết kế, tải trọng phân bố lên trục trước xe FRONTIER K165 1690 [kg] [4], đồng nghĩa với mức chịu tải nhíp điều kiện tĩnh 845 [kg] Chính vậy, nghiên cứu này, số lần tối thiểu phải thực phép so sánh điều kiện tải trọng tác dụng lên nhíp thực tính tốn với dải tải trọng từ 1000 [N] đến 10000 [N], bước tải thay đổi 1000 [N] cho lần phân tích, tương đương với 10 lần thực mô so sánh kết e Phương pháp tính tốn Trong phân tích phần tử hữu hạn phần mềm CAE, giải pháp phi tuyến xem xét sử dụng ba trường hợp chính: Mơ hình vật liệu phi tuyến; Mơ hình hình học phi tuyến mơ hình điều kiện biên phi tuyến (xem xét yếu tố ma sát, tiếp xúc) [10] Bộ nhíp xe tải kết cấu đặc biệt bao gồm nhíp tạo biên dạng cong ghép với Ma sát tiếp xúc nhíp xem xét q trình tính tốn, giải pháp phân tích phi tuyến mơ hình hình học xem xét thay giải pháp tuyến tính 3.2.6 Kết phân tích FEA Sau chạy tính tốn phần mềm HyperWorks, kết quan trọng ứng suất chuyển vị trích xuất Từ Hình 10 đến Hình 19, thể kết tính tốn mơ nhíp phương pháp FEA phần mềm HyperWorks Lê Cơng Tín, Lê Minh Đức 68 a Trường hợp F = 1000 [N] Hình 10 Kết mơ trường hợp F = 1000 [N] b Trường hợp F = 2000 [N] Hình 11 Kết mô trường hợp F = 2000 [N] c Trường hợp F = 3000 [N] Hình 12 Kết mô trường hợp F = 3000 [N] d Trường hợp F = 4000 [N] Hình 13 Kết mô trường hợp F = 4000 [N] e Trường hợp F = 5000 [N] Hình 14 Kết mô trường hợp F = 5000 [N] f Trường hợp f = 6000 [N] h Trường hợp F = 8000 [N] Hình 17 Kết mơ trường hợp F = 8000 [N] i Trường hợp F = 9000 [N] Hình 18 Kết mơ trường hợp F = 9000 [N] j Trường hợp F = 10000 [N] Hình 19 Kết mơ trường hợp F = 10000 [N] Bảng Tổng hợp kết phân tích FEA Lần tính 10 Tải trọng [N] 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Chuyển vị [mm] 18,1 27,2 36,3 45,3 54,7 63,4 72,5 81,5 90,6 Ứng suất [N/mm] 74,5 149 223,5 298 372,4 446,9 521,4 595,9 670 744,9 3.3 Tính tốn lý thuyết, so sánh kết 3.3.1 Tính tốn lý thuyết Theo [9, 14, 15, 16] thông số đặc trưng thể độ bền nhíp gồm ứng suất chuyển vị phân tích sau: Xét dầm chịu uốn hình vẽ Ứng suất tiết diện I-I xác định theo công thức [16]: 𝛔𝐱 = Hình 15 Kết mơ trường hợp F = 6000 [N] g Trường hợp F = 7000 [N] (7) Trong đó: Mx momen uốn tác dụng tiết diện tính tốn [9]: 𝐌𝐱 = 𝐅 𝐋 (8) F lực tác dụng lên nhíp; L chiều dài toàn chịu lực tác dụng; Wx momen chống uốn tiết diện Với tiết diện hình chữ nhật có chiều cao h chiều rộng b ta có [11]: 𝐈 Hình 16 Kết mơ trường hợp F = 7000 [N] 𝐌𝐱 𝐖𝐱 𝐖𝐱 = = 𝐘 𝟏 𝐛.𝐡𝟑 𝟏𝟐 𝐡 𝟐 = 𝐛.𝐡𝟐 𝟔 (9) ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 20, NO 7, 2022 69 Trong I momen qn tính; Y đường trung hịa Thay (8), (9) vào (7) ta có: 𝛔𝐱 = 𝟔.𝐅.𝐋 (10) 𝐧.𝐛.𝐭 𝟐 Theo [7, 10, 11] độ biến dạng tối đa tính theo cơng thức: 𝛅𝐦𝐚𝐱 = 𝟒.𝐅.𝐋𝟑 (11) 𝐧.𝐄.𝐛.𝐭 𝟑 Trong đó, n số nhíp; E Modul đàn hồi Young’s Kết tính tốn chuyển vị ứng suất nhíp thể Bảng Bảng Kết tính tốn chuyển vị ứng suất nhíp Lần tính Tải trọng [N] Chuyển vị [mm]Ứng suất [N/mm] 1000 9,13 63,4 2000 18,26 126,9 3000 27,39 190,9 4000 36,52 253,8 5000 45,65 317,2 6000 54,78 380,7 7000 63,90 444,2 8000 73,03 507,7 9000 82,16 571,1 10 10000 91,29 635,6 3.3.2 So sánh giá trị tính tốn lý thuyết phân tích FEA Sự sai lệch kết tính tốn lý thuyết kết phân tích FEA (Finite Element Analysis) tính % sai lệch đánh giá độ lớn sai lệch ứng suất chuyển vị, sở đánh giá hiệu mức độ tin cậy giải pháp tính tốn cơng cụ CAE Bảng Kết sai lệch giá trị tính lý thuyết phân tích FEA Lần tính 10 Tải trọng [N] 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Sai lệch chuyển vị [%] 1,44 0,88 0,69 0,61 0,77 0,14 0,78 0,73 0,81 0,76 Sai lệch ứng suất [%] 14,82 14,83 14,59 14,83 14,82 14,81 14,81 14,80 14,76 14,67 Hình 20 Chuyển vị tính theo FEA theo lý thuyết Hình 21 Ứng suất tính theo FEA theo lý thuyết Nhận xét: Giá trị chuyển vị phương pháp tính lý thuyết phân tích phần tử hữu hạn (FEA) có kết gần tương đương Độ sai lệch tương đối thấp 1,44% Giá trị ứng suất phân tích mơ hình phần tử hữu hạn mức cao tính tốn lý thuyết, độ sai lệch cao +14,83% Mức sai lệch ứng suất lớn hai phương pháp tính toán, nhiên giá trị sai lệch theo chiều dương, nên ứng suất tính FEA đảm bảo độ tin cậy Trong tính tốn mơ độ bền nhíp, giải pháp phi tuyến sử dụng để phân tích yếu tố ma sát tiếp xúc nhíp, kết mơ có dịch chuyển tương đối nhíp theo phương x Trong với phương pháp tính tốn đại số yếu tố ma sát tiếp xúc không xem xét Điều đồng nghĩa với độ cứng nhíp thực mơ thấp so với tính tốn theo phương pháp đại số Đồng thời giá trị ứng suất cực đại thu từ phương pháp FEA modul Optistruct giá trị cục phần tử, giá trị ứng suất tính theo phương pháp đại số giá trị trung bình Điều cho thấy, hợp lý kết tính tốn phương pháp FEA cho kết chênh lệch lớn tính tốn phương pháp đại số truyền thống Kết luận Bài báo ứng dụng FEA vào tính tốn mơ nhíp xe Tải KIA FRONTIER K165 so sánh đối chứng kết tính tốn ứng suất chuyển vị với phương pháp tính tốn thiết kế truyền thống Ứng suất chuyển vị nhíp tính tốn FEA dựa hỗ trợ HyperWorks Dải tải trọng thẳng đứng thay đổi từ 1000 N tới 10000 N tác dụng lên nhíp sử dụng để kiểm tra ứng suất chuyển vị nhíp Ứng suất chuyển vị thay đổi theo quy luật tự nhiên tăng tải trọng tác dụng Ứng suất tính theo phương pháp FEA cho thấy, độ sai lệch dương lớn so với phương pháp tính tốn lý thuyết truyền thống, sai lệch lớn khơng vượt 15% Chuyển vị tính theo phương pháp FEA phương pháp tính tốn đại số truyền thống có độ sai khác khơng vượt q 1,5% Kết tính tốn cho thấy, ứng suất chuyển vị tính tốn FEA q trình thiết kế nhíp xe Tải cho độ tin cậy cao Ngồi ra, phân tích phần tử hữu hạn (FEA) phần mềm CAE giúp giải vấn đề học phức tạp thực tế mà phương pháp tính tốn lý thuyết khó giải đồng thời cho phép rút ngắn thời gian thiết kế Lê Cơng Tín, Lê Minh Đức 70 Lời cảm ơn: Các tác giả chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng tài trợ phần cho nghiên cứu thông qua đề tài có mã số: T2020-02-31 [8] TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ Công Thương Việt Nam, “Nguyên nhân hạn chế tồn Công nghiệp hỗ trợ cho ngành ô tô Việt Nam” [Online] Xem tại: https://moit.gov.vn/tin-tuc/phat-trien-congnghiep/nguyen-nhan-cua-nhung-han-che-ton-tai-cua-cnht-chonganh-o-to-tai-viet-nam.html (truy cập 04/04/2022) [2] K Krishan and M L Aggarwal, “A finite element approach for analysis of a Multi Leaf spring using CAE tools”, Research journal of Recent Sciences, vol 1, no 2, 2012, pp 92-96 [3] Tauseef Aized, Muhammad Ahmad, Muhammad Haris Jamal, Asif Mahmood, Syed Ubaid ur Rehman, Jagjit Singh Srai, “Automotive leaf spring design and manufacturing process improvement using failure mode and effects analysis (FMEA)” SAGE Journals, vol 12, 2020, pp 1-13 [4] Cục Đăng kiểm Việt Nam, “Thông số kỹ thuật ô tô: THACO K165CS/MB1”, [Online] Xem tại: http://203.162.20.156/vaq/ Xecogioi_sxlr/FoundDetail_tso_oto.asp?sid=2078349 (truy cập 13/01/2015) [5] Altair HyperWorks, [Online] Xem tại: https://www.altair.com/hyperworks/ (truy cập: 03/03/2022) [6] Y.S Kong, M.Z Omar, L.B Chua, S Abdullah, “Explicit Nonlinear Finite Element Geometric Analysis of Parabolic Leaf Springs under Various Loads” The Scientific World Journal, vol 2013, 2013, pp 1-11 [7] R.B Charde, B.V Bhope, “Investigation of stresses in master leaf of leaf spring by FEM and its experimental verification” [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] International Journal Engineering Science and Technology, vol 4, no 2, 2012, pp 633-640 Dara Ashok, M.V Mallikarjun, Venkata Ramesh Mamilla, “Design and Structural analysis of composite multi leaf spring” International Journal of Emerging Trends in Engineering and Development, vol 5, no 2, 2012, pp 30-37 S A Gebremeskel, “Design, simulation, and prototyping of single composite leaf spring for light weight vehicle”, Global Journal of Researches in Engineering, vol 12, no 7, 2012, pp 20-29 N S Gokhale, S S Deshpande, S V Bedekar, A N Thite, “Practical Finite Element Analysis” India: HyperWorks Technology Conference, 2008 Nguyễn Đình Đức, Đào Như Mai, Sức bền vật liệu kết cấu Hà Nội: Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2011 ScienceBuddies, “Experimental Procedure” [Online] Xem tại: https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/sciencefair/writing-experimental-procedures (truy cập 14/04/2022) Easierwithpratice, “How many times should you repeat your experiment” [Online] Xem tại: https://easierwithpractice.com/howmany-times-should-you-repeat-your-experiment/ (truy cập: 18/09/2020) S Mehul, D B Shah, V Bhojawala, “Analysis of Composite leaf spring using FEA for Light Vehicle Mini Truck”, International Conference on Research & Development in Engineering, Technology & Sciences, vol 2, 2013, pp 424-428 Achamyeleh A Kassie, R Reji Kumar, Amrut Rao, “Design of Single composite leaf spring for light weight vehicle”, International journal of Mechanical Engineering and Robotics Research, Vol 3, No 1, 2014, pp 191-197 Nguyễn Hồng Việt, Kết cấu, tính tốn thiết kế ô tô Tài liệu lưu hành nội Đại học Đà Nẵng - Viện nghiên cứu giao thông ô tô Đà Nẵng, 1998 ... hình hố mơ phần tử hữu hạn [5] Cơng cụ tạo mơ hình phần tử hữu hạn nhíp Altair Cơng cụ phân tích ứng suất Optistruct HyperWorks chuyển vị nhíp Cơng cụ xem kết ứng HyperView suất chuyển vị nhíp Hình... trị chuyển vị phương pháp tính lý thuyết phân tích phần tử hữu hạn (FEA) có kết gần tương đương Độ sai lệch tương đối thấp 1,44% Giá trị ứng suất phân tích mơ hình phần tử hữu hạn mức cao tính... với dải tải trọng từ 1000 [N] đến 10000 [N], bước tải thay đổi 1000 [N] cho lần phân tích, tương đương với 10 lần thực mơ so sánh kết e Phương pháp tính tốn Trong phân tích phần tử hữu hạn phần