Khóa luận tốt nghiệp tính toán và tối ưu hóa vỏ cầu xe

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ tên sinh viên: Nguyễn Quốc Đạt MSSV: 19145217 Hội đồng:………… Họ tên sinh viên: Võ Nguyễn Hoàng Tiến MSSV: 19145322 Hội đồng:………… Tên đề tài: TÍNH TỐN VÀ TỐI ƯU HĨA VỎ CẦU XE Ngành đào tạo: Cơng nghệ kỹ thuật ô tô Họ tên GV hướng dẫn: TS Nguyễn Mạnh Cường Mã GV: 9842 Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đồ án, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) Kết đạt được: Những thiếu sót tồn ĐATN: Câu hỏi: Đánh giá: TT Mục đánh giá Hình thức kết cấu ĐATN Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài Tính cấp thiết đề tài Nội dung ĐATN Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội… Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá Khả thiết kế, chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế Khả cải tiến phát triển Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài Sản phẩm cụ thể ĐATN Tổng điểm Điểm Điểm đạt tối đa 30 10 10 10 50 10 15 15 10 10 100 Kt lun: ă c phộp bo v ă Khụng c phộp bo v TP H Chí Minh, ngày tháng năm 2023 Giảng viên phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Có thể nói Đồ án tốt nghiệp sinh viên tất kiến thức, kỹ suốt trình học tập nghiên cứu nhiều năm hồn thành tốt Để có đồ án tốt nghiệp chỉnh chu đạt kết tốt đẹp, em nhận giúp đỡ, hỗ trợ nhiều quan, tổ chức, cá nhân Với tình cảm sâu sắc, chân thành mình, cho phép em bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến tất cá nhân quan tạo điều kiện giúp đỡ trình học tập nghiên cứu đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn: Tồn thể q thầy trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nhiệt tình giảng dạy truyền đạt kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học trường Q thầy khoa Cơ Khí Động Lực quan tâm, dạy dỗ tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em suốt trình học tập đặc biệt thời gian thực đề tài Đặc biệt, chúng em xin cảm ơn thầy ThS.Trần Đình Q, giảng viên hướng dẫn trực tiếp cho nhóm em Chúng em xin cảm ơn thầy dành thời gian quý báu để giúp đỡ, hướng dẫn chúng em gặp trở ngại Chúng em xin ghi nhận cơng ơn tận tình thầy khoảng thời gian qua Cảm ơn thầy hỗ trợ chúng em hoàn thành đồ án cách trọn vẹn thời gian qui định Và cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình bạn bè đồng hành suốt thời gian qua Cảm ơn người động viên, nâng đỡ chúng em việc, chỗ dựa tinh thần lớn chúng em suốt thời gian qua sau Với điều kiện hạn chế thời gian, kinh nghiệm vốn kiến thức có hạn nên đề tài khơng thể tránh sai sót, nhóm em mong nhận góp ý từ q thầy bạn để đề tài chúng em ngày hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 07 năm 2023 Nhóm sinh viên thực Nguyễn Quốc Đạt Võ Nguyễn Hồng Tiến i TĨM TẮT Trong Đồ án tốt nghiệp Tính tốn tối ưu hóa vỏ cầu xe này, nhóm chúng em tập trung số mục tiêu như: Tìm hiểu vỏ cầu xe, tính toán giá trị tải trọng tĩnh tác dụng lên xe xe vận hành, mơ hình hóa vỏ cầu sau xe tải KIA K2700 ứng dụng mô hình để đánh giá độ bền tối ưu thiết kế vỏ cầu Để thực đề tài, chúng em đo đạc, thu thập thơng số kích thước vỏ cầu sau mẫu xe tải quen thuộc Việt Nam, mẫu xe KIA K2700, tính tốn tải trọng xe trường hợp tải trọng tĩnh dựa vào kiến thức học, ứng dụng khả phần mềm SolidWorks việc đánh giá tối ưu hoá khối lượng vỏ cầu Sau hoàn thành đề tài, bọn em có giá trị tải trọng trường hợp tải trọng tĩnh, phân tích ứng suất, chuyển vị vỏ cầu trường hợp tương ứng tối ưu hóa khối lượng vỏ cầu xe việc ứng dụng phần mềm Solidwork để đưa nhận xét độ bền vỏ cầu ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ vii CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4 Nội dung bố cục đồ án CHƯƠNG : BÀI TOÁN TỔNG QUÁT 2.1 Vỏ cầu chủ động 2.1.1 Cấu tạo chung vỏ cầu chủ động 2.1.2 Yêu cầu, kết cấu vật liệu chế tạo vỏ cầu chủ động 2.2 Giới thiệu mơ hình bán trục vỏ cầu 2.3 Các chế độ tải trọng phương pháp đánh giá độ bền vỏ cầu 2.3.1 Các chế độ tải trọng 2.3.2 Các phương pháp xác định độ bền cầu chủ động 2.3.3 Các hướng đánh giá độ bền vỏ cầu chủ động 2.4 Phần mềm Solidworks 10 2.4.1 Giới thiệu phần mềm Solidworks 10 2.4.2Xây dựng mơ hình 3D vỏ cầu 11 2.5 Kết luận chương 2: 12 CHƯƠNG 3: BÀI TOÁN CỤ THỂ 13 3.1 Giới thiệu hãng xe KIA xe tải KIA K2700 13 3.1.1Giới thiệu sơ lược hãng xe KIA 13 3.1.2 Giới thiệu xe tải KIA K2700 14 3.2 Xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn 18 3.2.1 Cơ sở lý thuyết phương pháp PTHH (FEM) 18 3.2.2 Xây dựng mô hình PTHH 20 iii 3.3 Các chế độ tải trọng tính toán cho vỏ cầu 25 3.3.1 Xe đầy tải chuyển động thẳng, có lực kéo cực đại 26 3.3.2 Khi lực phanh Zpmax đạt giá trị cực đại 26 3.3.3 Lực ngang (Ymax) đạt giá trị cực đại (khi xe quay vòng bị trượt ngang) 26 3.4 Kết luận chương 3: 27 CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN CỦA VỎ CẦU SAU XE KIA K2700 28 4.1 Xe chuyển động đường thẳng với lực kéo cực đại 28 4.2 Xe chuyển động đường thẳng với lực phanh cực đại 33 4.3 Xe quay vòng với lực ngang cực đại 39 4.4 Kết luận chương 46 CHƯƠNG 5: TỐI ƯU HÓA VỎ CẦU SAU 47 5.1 Giới thiệu phần mềm tối ưu hóa 47 5.2 Thực tốn tối ưu hóa 47 5.3 Đánh giá kết sau tối ưu hóa 50 5.3.1 Xe chuyển động đường thẳng với lực kéo cực đại 51 5.3.2 Xe chuyển động đường thẳng với lực phanh cực đại 56 5.3.3 Xe quay vòng với lực ngang cực đại 61 5.4 Kết luận chương 5: 66 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 69 Phụ lục 1: Bản vẽ chi tiết vỏ cầu xe KIA K2700 69 Phụ lục 2: Bản vẽ chi tiết vỏ cầu xe sau tối ưu 70 iv DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt Giải nghĩa PTHH Phần tử hữu hạn Viết tắt cho Computer Numerical Control - việc điều khiển CNC máy tính máy móc tạo sản phẩm có hình dạng kích thước yêu cầu CKD CKD viết tắt cụm từ Completely Knocked Down, dòng xe lắp ráp nước với 100% linh kiện nhập TLC Chi tiết truyền lực xe CAD/CAM Phần mềm trợ giúp máy tính thiết kế 2D,3D Viết tắt cho Two dimesion, Three dimension - chiều, chiều FEA Finite Element Method - Nghĩa Phương pháp phần tử hữu hạn PSD Power spectral density - Nghĩa mật độ phổ công suất RMS Root mean square - Nghĩa giá trị hữu dụng Kí hiệu B H h b Gxe G G2 Gt Kđ σ !"# Fx1φ,Fx2 Fy1, Fy2 Fz1, Fz2 hg m2p Tên gọi Chiều rộng dầm cầu Chiều cao dầm cầu Chiều cao phần vát tiết diện dầm cầu Chiều rộng phần vát tiết diện dầm cầu Khối lượng xe Tải trọng tối đa cho phép xe Tải trọng phân bố cầu sau tối đa Tải trọng phân bố cầu trước tối đa Hệ số tải trọng động Ứng suất cực đại Đơn vị mm mm mm mm Kg mm mm MPa Hệ số bám ngang Lực tác động theo phương x trái, phải N Lực tác động theo phương y trái, phải Lực tác động theo phương z trái, phải Chiều cao trọng tâm xe hệ số phân bố tải trọng lên cầu phanh N N mm - v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Bảng thông số Kỹ thuật xe tải KIA K2700 15 Bảng 3.2 Giá trị thông số vật liệu 21 Bảng 3.3 Giá trị tải trọng tĩnh 27 Bảng 4.1 Giá trị chuyển vị tổng, biến dạng ứng suất trường hợp lực kéo cực đại 38 Bảng 4.2 Bảng giá trị chuyển vị tổng, biến dạng, ứng suất Von- Mises trường hợp lực phanh cực đại 34 Bảng 4.3 Giá trị chuyển vị, biến dạng, ứng suất xe quay vòng với lực ngang cực đại 40 Bảng 4.4 Tổng hợp kết ứng suất, chuyển vị biến dạng vỏ cầu xe 45 Bảng 5.1 Giá trị chuyển vị tổng, biến dạng ứng suất trường hợp lực kéo cực đại 51 Bảng 5.2 Bảng giá trị chuyển vị tổng, biến dạng, ứng suất Von- Mises trường hợp lực phanh cực đại 56 Bảng 5.3 Giá trị chuyển vị, biến dạng, ứng suất xe quay vòng với lực ngang cực đại 61 Bảng 5.4 Bảng so sánh ứng suất, chuyển vị tổng, biến dạng tổng trước sau tối ưu hóa 66 vi DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ Hình 1.1 Xe tham khảo KIA K2700 Hình 2.1 Cấu tạo cầu xe chủ động Hình 2.2 Cấu tạo vỏ cầu dầm liền, rỗng Hình 2.3 Cấu tạo vỏ cầu kiểu hai nửa - Split type Hình 2.4 Cấu tạo vỏ cầu kiểu liền khối - Carrier type .5 Hình 2.5 Sơ đồ bán trục giảm tải 1/ .6 Hình 2.6 Sơ đồ bán trục giảm tải 3/ .7 Hình 2.7 Sơ đồ bán trục giảm tải hoàn toàn Hình 2.8 Đánh giá độ bền vỏ cầu phương pháp thực nghiệm Hình 3.1 Hình mẫu xe hãng KIA 13 Hình 3.2 Giao diện khởi động phần mềm Solidworks 16 Hình 3.3 Chọn modun để thiết kế chi tiết 17 Hình 3.4 Ba mặt phẳng phần mềm Solidworks 17 Hình 3.5 Thanh công cụ SKETCH 18 Hình 3.6 Thanh công cụ SEATURES 18 Hình 3.7 Vỏ cầu sau vẽ hoàn chỉnh 18 Hình 3.8 Sơ đồ thuật toán xác định độ bền vỏ cầu 20 Hình 3.9 Mơ hình 3D vỏ cầu chủ động .21 Hình 3.10 Gán giá trị vật liệu cho vỏ cầu 22 Hình 3.11 Mơ hình chia lưới vỏ cầu .22 Hình 3.12 Sơ đồ bố trí kết cấu bán trục giảm tải hồn tồn 23 Hình 3.13 Ngàm vị trí bắt nhíp .23 Hình 3.14 Lực theo phương X phương Y 24 Hình 3.15 Sơ đồ lực tác dụng lên vỏ cầu 25 Hình 4.1 Sơ đồ đặt lực trường hợp kéo cực đại .28 Hình 4.2 Phổ biến dạng tổng trường hợp lực kéo cực đại 29 Hình 4.3 Phổ biến dạng tổng mặt trước trường hợp lực kéo cực đại .29 Hình 4.4 Phổ biến dạng tổng mặt trường hợp lực kéo cực đại 30 Hình 4.5 Ứng suất Von- Mises trường hợp lực kéo cực đại 30 Hình 4.6 Ứng suất Von- Mises mặt trước trường hợp lực kéo cực đại 31 Hình 4.7 Ứng suất Von- Mises mặt trường hợp lực kéo cực đại 31 Hình 4.8 Phổ chuyển vị tổng trường hợp lực kéo cực đại 32 Hình 4.9 Phổ chuyển vị tổng mặt trước trường hợp lực kéo cực đại .32 Hình 4.10 Phổ chuyển vị tổng mặt trường hợp lực kéo cực đại 33 vii Hình 4.11 Sơ đồ đặt lực xe chuyển động thẳng với lực phanh cực đại 34 Hình 4.12 Phổ biến dạng tổng trường hợp lực phanh cực đại 35 Hình 4.13 Phổ biến dạng tổng mặt trước trường hợp lực phanh cực đại .35 Hình 4.14 Phổ biến dạng tổng mặt trường hợp lực phanh cực đại 36 Hình 4.15 Ứng suất Von- Mises trường hợp lực phanh cực đại 36 Hình 4.16 Ứng suất Von- Mises mặt trước 37 Hình 4.17 Ứng suất Von- Mises mặt trường hợp lực phanh cực đại 37 Hình 4.18 Phổ chuyển vị tổng trường hợp lực phanh cực đại 38 Hình 4.19 Phổ chuyển vị tổng mặt trước trường hợp lực phanh cực đại .38 Hình 4.20 Phổ chuyển vị tổng mặt trường hợp lực phanh cực đại 39 Hình 4.21 Sơ đồ đặt lực xe quay vòng với lực ngang cực đại 40 Hình 4.22 Phổ biến dạng tổng trường hợp quay vịng 41 Hình 4.23 Phổ biến dạng tổng mặt trước trường hợp xe quay vịng 41 Hình 4.24 Phổ biến dạng tổng mặt trường hợp xe quay vịng .42 Hình 4.25 Ứng suất Von- Mises trường hợp quay vòng 42 Hình 4.26 Ứng suất Von- Mises mặt trước trường hợp xe quay vịng 43 Hình 4.27 Ứng suất Von- Mises mặt trường hợp xe quay vịng .43 Hình 4.28 Phổ chuyển vị tổng trường hợp quay vòng 44 Hình 4.29 Phổ chuyển vị tổng mặt trước trường hợp xe quay vịng 44 Hình 4.30 Phổ chuyển vị tổng mặt trường hợp xe quay vịng .45 Hình 5.1 Phần mềm Solidworks Optimization 47 Hình 5.2 Giao diện hình phần mềm tối ưu hoá 48 Hình 5.3 Giao diện chọn mục tiêu kích thước thay đổi 48 Hình 5.4 Chọn mục tiêu tính tốn để tối ưu hoá 49 Hình 5.5 Sơ đồ thuật tốn q trình tối ưu hóa 49 Hình 5.6 Thơng số khối lượng vỏ cầu sau đa tối ưu hoá .50 Hình 5.7 Phổ biến dạng tổng trường hợp lực kéo cực đại 50 Hình 5.8 Ứng suất Von- Mises trường hợp lực kéo cực đại 51 Hình 5.9 Phổ chuyển vị tổng trường hợp lực kéo cực đại 51 Hình 5.10 Phổ biến dạng tổng trường hợp lực phanh cực đại 52 Hình 5.11 Ứng suất Von- Mises trường hợp lực phanh cực đại 52 Hình 5.12 Phổ chuyển vị tổng trường hợp lực phanh cực đại 53 Hình 5.13 Phổ biến dạng tổng trường hợp quay vịng 53 Hình 5.14 Ứng suất Von- Mises trường hợp quay vòng 54 Hình 5.15 Phổ chuyển vị tổng trường hợp quay vòng 54 Hình 5.16 Phổ chuyển vị tổng mặt trường hợp lực kéo cực đại 55 viii