(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng

(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế tối ưu tính an toàn kết cấu thân xe khách 29 34 chỗ ngồi (sản xuất tại Việt Nam) khi xảy ra va chạm lật nghiêng

LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020 (Ký tên ghi rõ họ tên) NGUYỄN THÀNH LÂM ii LỜI CẢM ƠN Lời nói đầu tiên, cho tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể quý thầy cô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh nói chung q thầy giảng dạy chương trình Cao học ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực nói riêng, người truyền đạt cho tơi kiến thức hữu ích chuyên ngành suốt thời gian theo học trường Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thành Tâm người trực tiếp hướng dẫn thực luận văn “Thiết kế tối ưu tính an tồn kết cấu thân xe khách 29/34 chỗ ngồi (sản xuất Việt Nam) xảy va chạm lật nghiêng” Mặc dù trình thực luận văn có giai đoạn khơng thuận lợi Thầy tận tình giúp đỡ tơi cho biết cách tiến hành thực đề tài cách thực tế nhất, đáp ứng phạm vi nghiên cứu mà thầy đảm nhiệm hướng dẫn Mặc dù cố gắng tận tâm để hoàn thành khóa luận cách hồn chỉnh nhất, nhiên trình độ có hạn thời gian thực ngắn luận văn tránh sai sót Rất mong nhận góp ý q Thầy Cơ bạn đọc để đề tài hồn thiện Tp Hồ Chí Minh, ngày Tháng năm 2020 Học viên : NGUYỄN THÀNH LÂM iii TÓM TẮT Hiện với phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu lại người dân ngày nhiều, để đáp ứng nhu cầu xe khách giải pháp đặc biệt hiệu Được cho phương tiện có độ an tồn cao lưu thơng đường nhiên nạn giao thông xảy ra, đặc biệt tai nạn lật nghiêng, gây chấn thương tử vong nhiều hành khách lúc Vậy nên vấn đề an toàn cho hành khách vấn đề quan tâm hàng đầu nhà sản xuất Hiểu rõ cấp thiết vấn đề xe khách nên đề tài “ Thiết kế tối ưu tính an tồn kết cấu thân xe khách 29/34 chỗ ngồi (sản xuất Việt Nam) xảy va chạm lật nghiêng” thực Đề tài ứng dụng kỹ thuật CAE để xây dựng mơ hình mơ q trình lật nghiêng xe khách 29/34 chỗ ngồi theo tiêu chuẩn ECE R66 Tiến hành thiết kế thí nghiệm mơ để đưa phương trình hồi quy phần mềm SPSS Sau ứng dụng giải thuật di truyền GA phần mềm MATLAB để giải phương trình hồi quy tìm giá trị tối ưu cho mơ hình Sau tiến hành mơ kiểm nghiệm lại tính an tồn kết cấu Kết đạt mơ hình khung xương giảm thêm 16,9 % khối lượng so với trước tối ưu đồng thời đảm bảo độ an toàn xảy va chạm lật nghiêng theo tiêu chuẩn châu Âu iv ABSTRACT Currently, along with economic and social development, the travel needs of the people more and more, to meet the demand that the passenger car is a particularly effective solution Expected to be one of the vehicles with high safety when on the road but traffic accidents still occur, especially accident tilt, causing fatal injuries at the same time a lot of passengers So the safety issue for passengers is an issue of top concern of manufacturers Understanding the urgency of the problem for current passenger cars, the topic "Optimal design for the safety of the 29/34 passenger car body structure (made in Vietnam) in case of a tipping collision occurs " The research applied the CAE technique to build a model and simulate the tilting process of the car which has 29/34 seats following the standard ECE R66 Designing simulation experiments to give the regression equation using SPSS software Then the application of genetic algorithms in Matlab software GA to solve the regression equation and find the optimal values for the model The next step that will be conducted a simulation to test the structural safety features Then conduct a simulation to test the structural safety features The results achieved an additional 16.9 % weight reduction in the skeleton model compared to before optimization while ensuring safety when tipping collisions occur according to European standards v MỤC LỤC Trang tựa Trang QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xi DANH SÁCH CÁC BẢNG xii DANH SÁCH CÁC HÌNH xiii Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 1.2.1 Các nghiên cứu nước 1.2.2 Các nghiên cứu nước 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu .7 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Nội dung nghiên cứu .7 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM .8 2.1 Tiêu chuẩn an toàn lật nghiêng ô tô khách theo tiêu chuẩn Châu Âu (ECE R66) vi 2.2 Xác định trọng tâm xe 10 2.2.1 Xác định trọng tâm theo chiều dọc 10 2.2.2 Xác định trọng tâm theo chiều cao .11 2.2.3 Xác định độ lệch trọng tâm theo chiều ngang 12 2.3 Lý thuyết biến dạng phi tuyến tính .12 2.4 Giới hạn lật đổ xe 16 2.5 Vận tốc góc lật .17 2.6 Giới thiệu phần mềm 21 2.6.1 Phần mềm Solidworks 21 2.6.2 Phần mềm Hyperworks 22 2.6.2.1 HyperMesh 22 2.6.2.2 Hyperview .23 2.6.3 Phần mềm LS-DYNA 24 2.6.4 Phần mềm Matlab 25 2.6.5 Phần mềm SPSS .26 Chương 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN XE Ơ TÔ KHÁCH VÀ MÔ PHỎNG LẬT NGHIÊNG 28 3.1 Xây dựng mơ hình xe khách 29/34 chỗ 28 3.1.1 Bản vẽ Cad 2D xe khách 29/34 chỗ 28 3.1.2 Bản vẽ 3D xe 29/34 chỗ 31 3.2 Tạo mặt chỉnh sửa mơ hình Hypermesh .31 3.2.1 Tạo mặt cho mơ hình .31 3.2.2 Chỉnh sửa mơ hình 32 3.3 Chia lưới mơ hình kiểm tra chất lượng lưới 33 vii 3.3.1 Chia lưới 33 3.3.2 Kiểm tra chỉnh sửa lưới .34 3.4 Thiết lập mơ hình lật nghiêng theo tiêu chuẩn ECE R66 40 3.4.1.Thiết kế mặt phẳng lật mặt phẳng va chạm 40 3.4.2 Thiết kế khơng gian an tồn theo tiêu chuẩn ECE R66 43 3.5 Tạo vật liệu, thuộc tính điều kiện biên theo tiêu chuẩn ECE R66 43 3.5.1 Tạo vật liệu cho mơ hình 43 3.5.2 Tạo thuộc tính vật liệu 45 3.5.3 Gán thông số vật liệu thuộc tính vào đối tượng cần thiết lập 45 3.5.4 Thiết lập điều kiện biên theo tiêu chuẩn ECE R66 46 3.6 Khối lượng tổng thể đặt khối lượng lên mơ hình 46 3.6.1 Khối lượng tổng thể mơ hình 46 3.6.2 Đặt khối lượng lên mơ hình .47 3.7 Tạo phương trọng lực tác dụng 49 3.7.1 Liên kết khơng gian an tồn với sàn xe 50 3.7.2 Tạo liên kết đối tượng lại 52 3.8 Tạo tiếp xúc xe với mặt đường đặt vận tốc góc Omega 55 3.8.1 Tạo tiếp xúc xe với mặt đường 55 3.8.2 Gán giá trị vận tốc góc cho mơ hình 57 3.9 Xuất tọa độ trọng tâm tạo tín hiệu khảo sát thơng tin đầu 58 3.9.1 Xuất tọa độ trọng tâm xe 58 3.9.2 Tạo tín hiệu khảo sát thơng tin đầu trọng tâm: 59 3.10 Thiết lập thông số điều khiển 60 3.11 Kiểm tra lỗi trước đưa vào LS – Dyna mô .62 viii 3.12 Xuất file Hypermesh q trình chạy mơ LS – Dyna 63 3.12.1 Xuất file Hypermesh .63 3.12.2 Chạy file mô LS – Dyna 64 3.13 Hiển thị kết Hyperview .65 3.14 Kết luận .66 Chương 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MƠ PHỎNG – THIẾT KẾ CẢI TIẾN VÀ TỐI ƯU MƠ HÌNH KHUNG XƯƠNG 67 4.1 Giới thiệu 67 4.2 Phân tích kết mơ khung xương ban đầu 67 4.2.1 Vị trí xuất ứng suất tập trung 68 4.2.2 Kết luận mơ hình ban đầu từ kết mơ .70 4.3 Phương án thiết kế cải tiến mơ hình khung xương ban đầu 70 4.3.1 Tăng bề dày 70 4.3.2 Tối ưu hóa mơ hình khung xương 71 4.3.3 Thiết kế thí nghiệm mơ 73 4.4 Kết thu thập số liệu thí nghiệm mơ 75 4.5 Lập phương trình hồi quy thực nghiệm .75 4.5.1 Thực tính tốn hồi quy .79 4.5.2 Kết hồi quy trọng lượng M theo biến x 80 4.5.3 Kết hồi quy khoảng cách D1 .81 4.5.4 Kết hồi quy khoảng cách D2 .83 4.6 Giải phương trình hồi quy Matlab 84 4.7 Chạy lại mô để kiểm nghiệm q trình tính tốn tối ưu .87 4.7.1 Hiển thị kết tối ưu 87 ix 4.7.2 So sánh đồ thị lực tác dụng trước sau tối ưu 88 4.8 Kết luận .89 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 90 5.1 Kết luận chung 90 5.2 Hạn chế hướng phát triển đề tài .90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC 94 Phụ lục 1: Kết kéo nén thực nghiệm loại thép hộp mẫu 94 Phụ lục 2: Kết kéo nén thực nghiệm loại thép hộp mẫu 96 Phụ lục 3: Kết kéo nén thực nghiệm loại thép hộp mẫu 98 Phụ lục 4: Kết kéo nén thực nghiệm loại thép hộp chữ nhật 100 x DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ECE R66 Tiêu chuẩn Châu Âu PTHH Phần tử hữu hạn CAE Kỹ thuật máy tính t Khoảng cách từ trọng tâm đến trục {U} Chuyển vị nút {e} Hàm trạng thái biến dạng  Ứng suất  Độ giãn dài  Hệ số poisson M Moment L Chiều dài tổng thể xe B Chiều rộng sở  Vận tốc góc G, G’, G’’ Là tọa độ trọng tâm khác xe lật EG, EG’, EG” Động trình lật đổ J Moment quán tính D357, D135, D159 Loại thép dùng làm thử nghiệm xi 97 Phụ lục 3: Kết kéo nén thực nghiệm loại thép hộp mẫu 98 99 Phụ lục 4: Kết kéo nén thực nghiệm loại thép hộp chữ nhật 100 101 THIẾT KẾ TỐI ƯU TÍNH AN TOÀN KẾT CẤU THÂN XE KHÁCH 29/34 CHỖ NGỒI (SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM) KHI XẢY RA VA CHẠM LẬT NGHIÊNG OPTIMAL DESIGN FOR THE SAFETY OF THE 29/34 PASSENGER CAR BODY STRUCTURE (MADE IN VIETNAM) IN CASE OF A TIPPING COLLISION OCCURS NGUYỄN THÀNH TÂM (1), NGUYỄN THÀNH LÂM (2) Đại học Cơng Nghiệp TP Hồ Chí Minh; thanhtam1501@yahoo.com; (2) Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh; nguyenthanhlam18122010@gmail.com (1) TÓM TẮT Đề tài ứng dụng kỹ thuật CAE để xây dựng mơ hình mơ q trình lật nghiêng xe khách 29/34 chỗ ngồi theo tiêu chuẩn ECE R66 Tiến hành thiết kế thí nghiệm mơ để đưa phương trình hồi quy phần mềm SPSS Sau ứng dụng giải thuật di truyền GA phần mềm MATLAB để giải phương trình hồi quy tìm giá trị tối ưu cho mơ hình Sau tiến hành mơ kiểm nghiệm lại tính an tồn kết cấu Kết đạt mơ hình khung xương giảm thêm 16,9% khối lượng so với trước tối ưu đồng thời đảm bảo độ an toàn xảy va chạm lật nghiêng theo tiêu chuẩn châu Âu Từ khóa: An tồn lật nghiêng, khối lượng khung xương, thiết kế thực nghiệm, tối ưu hóa ABSTRACT The research applied the CAE technique to build a model and simulate the tilting process of the car which has 29/34 seats following the standard ECE R66 Designing simulation experiments to give the regression equation using SPSS software Then the application of genetic algorithms in Matlab software GA to solve the regression equation and find the optimal values for the model The next step that will be conducted a simulation to test the structural safety features Then conduct a simulation to test the structural safety features The results achieved an additional 16.9% weight reduction in the skeleton model compared to before optimization while ensuring safety when tipping collisions occur according to European standards Keywords: Rollover safety, , volume of passenger car frame, experimental design, optimization Giới thiệu Hiện nay, với phát triển kinh tế nước ta đà phát triển Việc lại vùng, miền nhu cầu thiếu Với yêu cầu cấp thiết có nhiều loại xe khách, lưu hành loại đường để đáp ứng nhu cầu lại người dân Theo báo cáo Tổ chức Y tế giới (WHO) công bố năm 2018, Việt Nam đứng thứ khu vực Đông Nam Á số người chết va chạm đường, với tỉ lệ 26,1/100.000 người Thống kê năm 2018 có 24.970 người thiệt mạng tai nạn giao thơng Việt Nam Trong có số vụ tai nạn đặc biệt nghiêm trọng có liên quan đến xe khách va chạm lật nghiêng tham gia giao thông gây tổn hại đến người Nghiên cứu, thiết kế, cải tiến tính an tồn lật nghiêng tơ khách sở tiêu chuẩn Châu Âu ECE R66 thực tác giả Đỗ Kim Hoàng.[1] Kết nghiên cứu tác giả mơ hình khung xương ban đầu bị xâm phạm không đạt yêu cầu tiêu chuẩn ECE R66, tiến hành cải tiến theo phương án bo góc cạnh, đắp thêm miếng ốp, gia tăng tiết diện, gia tăng độ dày điểm có ứng suất nguy hiểm Thiết kế tối ưu tính an tồn kết cấu ô tô khách xảy va chạm lật nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu thực tác giả Dương Chí Thiện [2] Tác giả tiến hành kiểm tra mô kiểm tra kết cấu khung xương không đạt yêu cầu tiêu chuẩn ECE R66 Sau tiến hành chọn biến tối ưu hóa kết không thông qua cải tiến Kết trọng lượng kết cấu sau tối ưu hóa giảm 12,8% chiều cao trọng tâm giảm 5,8mm so với trước cải tiến Nghiên cứu thiết kế tối ưu kết cấu an tồn lật nghiêng tô khách ghế ngồi Universe sở tiêu chuẩn an toàn Châu Âu ECE R66 thực tác giả Phạm Hồng Thao [3] Tác giả tiến hành giảm bề dày ( giảm 13,5%) kết cấu ban đầu dư bền Tiếp tục thay đổi kết cấu mảng bên hông trái bên hông phải, mảng ốp miếng gia cường Sau tiến hành tối ưu mơ hình khung xương Kết đạt khối lượng sau tối ưu giảm thêm 5% so với trước tối ưu tổng khối lượng mơ hình giảm 18,5% so với trước cải tiến Thiết kế tối ưu kết cấu khung xương sát xi ô tô khách thực tác giả Nguyễn Thành Tâm [4] Tác giả tiến hành mô kiểm tra khung xương không đạt yêu cầu sau tối ưu hóa biến lượng thiết kế để giảm khối lượng khung xương Kết trọng lượng kết cấu khung xương sát xi giảm 11,4% so với kết cấu ban đầu Study on Bus Rollover Crashwordthiness Based on Tube Filling Method thực nhóm tác giả: Cao Libo, Nguyễn Thành Tâm, Huang Xingang, Pang Jiniun [5] Đề tài sử dùng keo Epoxy AB bột gỗ bắn vào vị trí bị biến dạng cho kết mô đạt yêu cầu tính an tồn lật nghiêng theo tiêu chuẩn ECE R66 Lightweight Design of Bus Body to Satisfy Rollover Safety thực Nguyễn Thành Tâm, Cao Libo, Shi Xiangnan, Xu Zheng [6] Đề tài tối ưu hóa chiều cao cột gỗ, bề dày thép hộp Kết giảm khối lượng 23,7 % so với trước tối ưu mà khơng gian an tồn khơng bị xâm phạm theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE R66 Không gian an toàn theo tiêu chuẩn ECE R66 Theo tiêu chuẩn ECE R66[7] (Economic Commission of Erope, Regulation 66) quy định sau: - R điểm chia khơng gian an tồn thành phần: + Phần thứ nhất: khoảng cách từ sàn xe tới mặt ghế ngồi 500mm + Phần thứ hai: khoảng cách từ điểm R lên tới phía 750mm Khoảng cách mặt phẳng lật mặt phẳng va chạm 800mm, xe đứng yên mặt phẳng lật, nghiêng mặt phẳng với vận tốc góc khơng q 0,087 (rad/s) xe bắt đầu lật đỗ Vận tốc góc lật ban đầu ω0 = (rad/ms) Khơng gian an tồn thể Hình 1, Hình chia lưới chỉnh sửa lưới đối tượng, việc chọn kiểu lưới khích thước lưới quan trọng có ảnh hưởng lớn đến kết mô phỏng, để hạn chế số lưới lỗi mát lượng trình mô nghiên cứu ta chọn kiểu lưới vng kích thước 20 x 20 mm cho tồn mơ hình (Hình 3) Hình 3: Trước sau chia lưới Việc hàn lưới quan trọng, tồn lưới phải liên kết với mơ đảm bảo gắn kết chi tiết liên kết rắn khung xương xe khách Hàn lưới sử dụng việc gắn khối lượng lên mơ hình, để giúp q trình mơ đạt độ xác cao (Hình 4) Hình 1: Khơng gian an tồn theo mặt cắt ngang Hình 2: Khơng gian an tồn theo mặt cắt dọc Xây dựng mơ hình nghiên cứu Từ vẽ CAD 2D sử dụng phần mềm Solidworks để thiết kế mô hình 3D sau đưa vào mơi trường Hypermesh để Hình 4: Các liên kết với mối hàn Thiết kế mơ hình lật nghiêng, tạo vật liệu gán điều kiện biên theo tiêu chuẩn - Thiết kế mơ hình lật nghiêng theo tiêu chuẩn: Đặt xe lên mặt phẳng lật cách mặt phẳng va chạm 800 (mm), lúc trọng tâm xe vị trí G, nghiêng mặt phẳng từ từ với vận tốc góc khơng q 0,087 (rad/s) đến góc nghiêng giới hạn tính 32,60, lúc mơ hình tự lật đổ nhờ tác động trọng lực vị trí trọng tâm G’ khơng vận tốc góc ban đầu hay ω0 = (rad/ms), vận tốc góc gia tăng từ từ trình va chạm bắt đầu diễn vị trí trọng tâm G” (Hình 5) Trong mơ hình vận tốc góc xảy va chạm tính 2,42.10-3 (rad/ms), xoay quanh trục chịu tác dụng trọng lực, khối lượng tồn tải mơ hình tính tốn tối đa 8280 kg βtmax = arctan ( ω=√ c 1650 ) = arctan ( ) hg 2.1271 = 32,60 2M g (h1 − h2 ) 2M g ∆h =√ J J ⇒ω=√ 2.8280.0,00981.943 rad = 2,42 10−3 ( ) 10 2,6 10 ms Hình 6: Thiết kế khơng gian an tồn - Tạo vật liệu, gán thuộc tính thiết lập điều kiện biên cho mơ hình: Trong nghiên cứu kết cấu khung xương sử dụng thép D135, D159, sát-xi sử dụng thép D357, mặt phẳng lật mặt phẳng va chạm sử dụng vật liệu cứng để mơ phỏng, thuộc tính vật liệu thể Bảng Bảng 1: Thuộc tính vật liệu Giới hạn bền chảy c, Mpa Ứng suất cho phép σ [σ] = c 1.2 Quy cách thép Modul đàn hồi E, Mpa Hệ số Poisson Mật độ phân bố RHO, g/mm3 □40x40x1.6 196000 0.28 7.66e-9 382 318 □40x40x1.8 197000 0.29 7.82e-9 520 483 □40x80x1.8 199000 0.26 7.84e-9 341 284 □60x100x3.9 196000 0.27 7.76e-9 470 391 - Việc đặt khối lượng lên mơ hình quan trọng, định đến việc mơ có xác so với thực tế hay khơng Tạo phương tác dụng trọng lực, sử dụng LOAD – BODY – Y, tạo tiếp xúc cho xe với mặt phẳng va chạm sử dụng SURFACE TO SURFACE để thiết lập (Hình 7) Hình 5: Mơ hình lật nghiêng theo tiêu chuẩn - Khơng gian an tồn thiết kế theo tiêu chuẩn quy định Sử dụng phần mềm HYPERMESH để thiết kế khơng gian an tồn Hình Hình 7: Đặt khối lượng lên mơ hình - Liên kết tọa độ trọng tâm với mơ hình: Sau xuất tọa độ trọng tâm ta tiến hành liên kết lại với mơ hình cách vẽ thêm để liên kết lại (Hình 8) Hình 8: Liên kết tọa độ trọng tâm Mô phỏng, hiển thị phân tích kết mơ mơ hình khung xương ban đầu Sử dụng phần mềm LS – DYNA[8] để tiến hành mô phần mềm HYPERVIEW để hiển thị phân tích kết mơ mơ hình khung xương ban đầu điều khiện lật nghiêng Kết mơ ban đầu Hình Hình 10: Kết mô khung xương sau cải tiến Ở phương pháp việc tăng bề dày mô hình hồn tồn dựa theo cảm tính, khơng khoa học dẫn đến việc tăng trọng lượng giảm khả hấp thụ lượng va chạm 6.2 Tối ưu hóa mơ hình khung xương Dựa phân tích kết biến dạng ta chia khung xương thành biến lượng thiết kế từ x1 đến x7 có độ dày từ 1,5mm đến 4,5mm, cụ thể biến Hình 11 Hình 9: Kết mơ mơ hình khung xương ban đầu Sau hiển thị kết mô phần mềm HyperView ta thấy, xảy va chạm lật nghiêng kết cấu khung xương xe bị biến dạng xâm phạm vào khơng gian an tồn hành khách đồng thời sinh ứng suất lớn vị trí biến dạng Phương án thiết kế tối ưu mơ hình khung xương ban đầu 6.1 Tăng bề dày thiết kế chịu ứng suất lớn Sau tăng bề dày chịu ứng suất lớn kết cấu khung xương không xâm phạm vào không gian an tồn Hình 10 Hình 11: Chọn biến thiết kế tối ưu + Biến x1 gồm 12 cong xe + Biến x2 gồm đứng trụ kính cửa sổ bên hơng trái hơng phải + Biến x3 gồm ngang bên hông trái hông phải + Biến x4 gồm đứng nẹp hông xe phần đầu đuôi xe, đứng cong phần đầu đuôi xe + Biến x5 gồm 14 gia cố mảng hông trái hông phải + Biến x6 gồm thang ngang mảng xe + Biến x7 gồm trụ kính chắn gió xe + D1 khoảng cách từ đứng gia cố phía trước hông trái, hông phải với không gian an toàn + D2 khoảng cách từ đứng gia cố phía sau hơng phải, hơng trái với khơng gian an tồn Biến thiết kế: y = (x1 , x2 , x3 , x4 , x5 , x6 , x7 ) 𝑛𝑒 𝑚𝑖𝑛𝐹(𝑦) = ∑ 𝑀𝑗𝑒 𝑗=1 Điều kiện: D1 ≥ 0, D2 ≥ 1,5 ≤ x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7 ≤ 4,5 Trong đó: - F(y) hàm số mục tiêu - ne tồn số kết cấu tối ưu hóa - 𝑀𝑗𝑒 trọng lượng cụm kết cấu tối ưu hóa thứ j - x bề dày thép hộp tính theo milimet Trong thí nghiệm mơ có tổng cộng biến lượng, biến chọn cấp độ, cấp độ biến lượng thể Bảng Bảng 2: Các cấp độ nhân tố Nhân tố x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 Cấp 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 Cấp 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 Cấp 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 Cấp 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 Do đó, bảng thiết kế thí nghiệm trực giao L16 (44 x 23 )[9] thiết lập, cần tiến hành tất 16 thí nghiệm mơ với biến cấp độ Bảng Bảng 3: Bảng thiết kế thí nghiệm STT 10 11 12 13 x1 1.5 3.5 2.5 4.5 1.5 3.5 2.5 4.5 1.5 3.5 2.5 4.5 1.5 x2 2.5 4.5 4.5 2.5 3.5 1.5 1.5 3.5 1.5 3.5 3.5 1.5 4.5 x3 3.5 1.5 3.5 1.5 1.5 3.5 1.5 3.5 4.5 2.5 4.5 2.5 2.5 x4 2.5 2.5 3.5 3.5 4.5 4.5 1.5 1.5 3.5 3.5 2.5 2.5 1.5 x5 2.5 1.5 2.5 1.5 2.5 1.5 2.5 1.5 1.5 2.5 1.5 2.5 1.5 x6 1.5 2.5 2.5 1.5 2.5 1.5 1.5 2.5 2.5 1.5 1.5 2.5 1.5 x7 2.5 2.5 1.5 1.5 1.5 1.5 2.5 2.5 2.5 2.5 1.5 1.5 1.5 14 3.5 2.5 4.5 1.5 2.5 2.5 1.5 15 16 2.5 4.5 2.5 4.5 2.5 4.5 4.5 4.5 1.5 2.5 2.5 1.5 2.5 2.5 6.3 Kết thí nghiệm mơ Kết thí nghiệm mô kiểm tra thể Bảng Bảng 4: Kết thu thập số liệu thí nghiệm STT 10 11 12 13 14 15 16 x1 1.5 3.5 2.5 4.5 1.5 3.5 2.5 4.5 1.5 3.5 2.5 4.5 1.5 3.5 2.5 4.5 x2 2.5 4.5 4.5 2.5 3.5 1.5 1.5 3.5 1.5 3.5 3.5 1.5 4.5 2.5 2.5 4.5 x3 3.5 1.5 3.5 1.5 1.5 3.5 1.5 3.5 4.5 2.5 4.5 2.5 2.5 4.5 2.5 4.5 x4 2.5 2.5 3.5 3.5 4.5 4.5 1.5 1.5 3.5 3.5 2.5 2.5 1.5 1.5 4.5 4.5 x5 2.5 1.5 2.5 1.5 2.5 1.5 2.5 1.5 1.5 2.5 1.5 2.5 1.5 2.5 1.5 2.5 x6 1.5 2.5 2.5 1.5 2.5 1.5 1.5 2.5 2.5 1.5 1.5 2.5 1.5 2.5 2.5 1.5 x7 2.5 2.5 1.5 1.5 1.5 1.5 2.5 2.5 2.5 2.5 1.5 1.5 1.5 1.5 2.5 2.5 D1 D2 M -73.275 -46.159 441.711 -85.624 -48.794 438.597 -17.549 22.077 550.050 -84.702 -81.195 425.828 -49.629 3.729 439.668 -51.800 -10.105 520.222 -167.088 -202.337 323.428 -97.290 -76.587 525.090 -73.429 -48.346 535.353 -49.834 -17.454 481.238 -81.139 -52.289 512.579 -115.079 -114.233 484.014 -135.576 -124.061 368.302 -111.871 -92.685 544.512 -17.771 23.773 498.744 -17.250 15.924 649.404 6.4 Lập phương trình hồi quy thực nghiệm Trong q trình phân tích hồi quy dạng tuyến tính khơng đạt u cầu hệ số tương quan R Nên tiến hành nâng bậc phương trình hồi quy[6] cách: - Thiết lập hồi quy mặt phản ứng bậc - Dùng SPSS lập phương trình hồi quy phản ứng bậc Phương trình hồi quy mặt phản ứng bậc với đối số s theo hình thức sau: 𝑦 = 𝑎0 + ∑𝑠𝑖=1 𝑎𝑖 𝑥𝑖 + ∑𝑠𝑖=1 𝑎𝑖𝑖 𝑥𝑖2 + ∑𝑠𝑖