Báo cáo môn học ứng dụng máy tính trong tkttoto

Học phần "Ứng dụng Máy tính trong Thiết kế và Tính toán Ô tô" mà chúng ta bắt đầu hôm nay không chỉ là một bước tiến quan trọng mà còn là cầu nối giữa kiến thức lý thuyết và ứng dụng thự

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘITRƯỜNG CƠ KHÍ – Ô TÔ

Khoa Công nghệ Ô tô

Trong thời đại ngày nay, sự tiến bộ của công nghệ máy tính đã góp phần quan trọng vào việc thay đổi cách chúng ta thiết kế và tính toán trong lĩnh vực ô tô Học phần "Ứng dụng Máy tính trong Thiết kế và Tính toán Ô tô" mà chúng ta bắt đầu hôm nay không chỉ là một bước tiến quan trọng mà còn là cầu nối giữa kiến thức lý thuyết và ứng dụng thực tế trong ngành công nghiệp ô tô đang phát triển vô cùng mạnh mẽ.

Trong khoa học và công nghệ ô tô, việc sử dụng máy tính không chỉ giúp chúng ta tối ưu hóa quy trình thiết kế mà còn mở ra nhiều khả năng mới trong việc tính toán và mô phỏng Từ việc phân tích độ đàn hồi của vật liệu đến mô phỏng động cơ và hiệu suất nhiên liệu, máy tính đã trở thành công cụ không thể thiếu để các kỹ sư ô tô đạt được những kết quả chính xác và hiệu quả.

Chúng ta sẽ cùng nhau khám phá những ứng dụng của máy tính trong thiết kế và tính toán ô tô, từ việc sử dụng phần mềm Matlab simulink, Ansys/Hyberwork Học phần này không chỉ hỗ trợ việc đào tạo chuyên sâu mà còn giúp sinh viên áp dụng kiến thức vào thực tế, chuẩn bị cho sự chuyển giao vào ngành công nghiệp ô tô đầy thách thức.

Trong thời gian thực hiện đề tài do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót nhất định Em rất mong sự giúp đỡ, ý kiến đóng góp của thầy cùng tất cả các bạn để báo cáo được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Hải Quân và thầy Nguyễn Minh Tiến đã giúp chúng em học phần này.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

MỤC LỤC 3

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ THEO NHÓM 4

Câu 1: Trình bày các ứng dụng của Matlab trong thiết kế, mô phỏng ô tô Đưa ra các ví dụ cụ thể? 5

1 Giới thiệu chung về Matlab 5

Câu 3: Trình bày các ứng dụng của Ansys/Hyber trong thiết kế, kiểm nghiệm và mô phỏng động lực học của ô tô Đưa ra các ví dụ cụ thể 15

3.1: Ứng dụng của Ansys trong thiết kế , kiểm nghiệm và mô phỏng động lực học của ô tô 15

Câu 4: Phân 琀ch vai trò của bước chia lưới, nêu 1 vài phương pháp chia lưới khác nhau? 25

4.1 Vai trò bước chia lưới trong ansys 25

4.2 Nêu các bước chia lưới khác nhau 26

Câu 5: Trình bày ứng dụng của Ansys/Hyber trong bài toán mô phỏng khí động học, mô phỏng va chạm

Nội dung phân chia

công việc Trạng thái

Câu 1: Trình bày các ứng dụng của Matlab trong thiết kế, mô phỏng ô tô Đưa ra các ví dụ cụ thể?

1 Giới thiệu chung về Matlab

1.1 Matlab

MATLAB là phần mềm ứng dụng của tập đoàn Mathworks (Mỹ) Đây là phần mềm xử lý toán học rất mạnh, thông qua việc thực hiện các phép toán trên ma trận (MAT - Matrix), được các chuyên gia toán học và máy tính đã lập trình các thuật giải thông qua các thư viện công cụ xử lý toán học (LAB - Laboratory) Phần mềm cũng cung cấp nhiều module khác nhau, phục vụ cho các lĩnh vực, các chuyên ngành cụ thể Định hưởng của phần mềm Matlab là dùng cho những cán bộ nghiên cứu, thiết kế và lập trình

1.2 Phạm vi ứng dụng

MATLAB đóng vai trò như một công cụ tính toán mạnh cho phép nhanh chóng tính ra trị số của biểu thức phức tạp và lưu giữ trị số của biểu thức vào bộ nhớ của máy tính Malab cung cấp các công cụ xử lý các mảng dữ liệu: véc tơ và ma trận, cho phép tính toán ra kết quả của các biểu thức với dữ liệu đầu vào là các véc tơ

Matlab cung cấp các hàm để giải quyết các vấn đề thường gặp trong kỹ thuật như:

 Xử lý các đa thức (nhân, chia, tìm điểm 0 (nghiệm) của đa thức)  Giải các phương trình tổng quát

 Giải hệ phương trình tuyến tính  Giải hệ phương trình vi phân

 Xử lý các tín hiệu đo bằng phép khai triển furier nhanh  Các phép nội suy để xử lý dữ liệu trong bảng

 Thuật giải bài toán tối ưu  Phép tích phân vi phân  Công cụ đồ họa

Matlab cung cấp công cụ lập trình để xây dựng các chương trình ứng dụng Ngoài ra còn có các module ứng dụng riêng phục vụ cho nghiên cứu sâu như:

 Giải các phương trình vi phân đạo hàm riêng phục vụ để giải quyết các bài toán bền

 Simulink cho phép mô phỏng các cơ cấu máy

 Stateflow: để nghiên cứu các dòng chảy khi hay chất lỏng  Fuzzy logic: nghiên cứu lôgic mờ

2 Các ví dụ của ứng dụng Matlab

2.2 Biểu diễn đường đặc tính

Câu 2: Trình bày ứng dụng của Simulink trong thiết kế mô cấp cho ta hệ thống tuyến tính, hệ phi tuyến, các mô hình trong thời gian liên tục hay gián đoạn hay một hệ lai

bao gồm cả liên tục và gián đoạn Hệ thống cũng có thể có nhiều tốc độ khác nhau có nghĩa là các phần khác nhau lấy mẫu và cập nhật số liệu ở tốc độ khác nhau Để mô hình hoá Simulink cung cấp một giao diện đồ hoạ để xây dựng mô hình như là

một sơ đồ khối sử dụng thao tác “ nhấn và kéo”chuột Với giao diện này bạn có thể xây dựng mô hình như ta xây dựng trên giấy.

2.2.ỨNG DỤNG CỦA SIMULINK TRONG THIẾT KẾ Ô TÔ

Simulink là một phần mềm mô phỏng và mô hình hóa hệ thống được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực thiết kế ô tô Dưới đây là một số ứng dụng của Simulink trong thiết kế ô tô:

- Mô phỏng hệ thống phanh ABS: Simulink cho phép mô phỏng và kiểm tra hiệu suất của hệ thống phanh ABS trên xe du lịch [1] Việc mô phỏng này giúp nhà thiết kế hiểu rõ cách hoạt động của hệ thống phanh và tối ưu hóa hiệu suất của nó.

- Mô phỏng hệ thống treo: Simulink cung cấp các công cụ để mô phỏng và phân tích hiệu suất của hệ thống treo trên ô tô [2] Việc mô phỏng này giúp nhà thiết kế đánh giá và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống treo, đảm bảo sự ổn định và an toàn khi lái xe.

- Mô phỏng hệ thống lái: Simulink cho phép mô phỏng và kiểm tra hiệu suất của hệ thống lái trên ô tô [2] Việc mô phỏng này giúp nhà thiết kế đánh giá và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống lái, đảm bảo tính nhanh nhạy và đáng tin cậy khi lái xe.

- Mô phỏng hệ thống động cơ: Simulink cung cấp các công cụ để mô phỏng và phân tích hiệu suất của hệ thống động cơ trên ô tô [2] Việc mô phỏng này giúp nhà thiết kế đánh giá và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống động cơ, đảm bảo sự tiết kiệm nhiên liệu và môi trường.

- Mô phỏng hệ thống điều khiển: Simulink cho phép mô phỏng và kiểm tra hiệu suất của hệ thống điều khiển trên ô tô [2] Việc mô phỏng này giúp nhà thiết kế đánh giá và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống điều khiển, đảm bảo sự ổn định và an toàn khi lái xe

Zb: = 1/m * (c*(Zr – Zb.)+(k*(Zr-Zb))

Câu 3: Trình bày các ứng dụng của Ansys/Hyber trong thiếtkế, kiểm nghiệm và mô phỏng động lực học của ô tô Đưa ra

các ví dụ cụ thể.

3.1: Ứng dụng của Ansys trong thiết kế , kiểm nghiệm và mô phỏng động lực học của ô tô

Ansys là một phần mềm mô phỏng và phân tích kỹ thuật được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực thiết kế, kiểm nghiệm và mô phỏng động lực học

 Thiết kế và phân tích cơ cấu: Ansys cho phép mô phỏng và phân tích cơ cấu động lực, bao gồm các khía cạnh như chuyển động, tải trọng, tốc độ và gia tốc Điều này giúp kỹ sư đánh giá hiệu suất và độ tin cậy của các cơ cấu, và tối ưu hóa thiết kế để đáp ứng các yêu cầu cụ thể.

 Mô phỏng động lực học: Ansys cung cấp các công cụ mô phỏng động lực học để nghiên cứu và dự đoán các đặc tính chuyển động và tải trọng động lực trên các hệ thống cơ khí Điều này hữu ích trong việc xác định dao động, rung động, tác động va chạm và tải trọng động lực khác trên các bộ phận và hệ thống.

 Phân tích và mô phỏng tải trọng: Ansys cho phép mô phỏng và phân tích tải trọng tĩnh và động lực trên các bộ phận và hệ thống Điều này giúp kỹ

 Tối ưu hóa thiết kế: Ansys cung cấp các công cụ tối ưu hóa để tìm kiếm và xác định thiết kế tốt nhất dựa trên các yêu cầu và ràng buộc cụ thể Kỹ sư có thể sử dụng các thuật toán tối ưu hóa để tìm ra các giải pháp tối ưu cho các vấn đề thiết kế và mô phỏng động lực học.

 Mô phỏng và phân tích điều khiển: Ansys cung cấp các công cụ mô phỏng và phân tích điều khiển để nghiên cứu và đánh giá hiệu suất của các hệ thống điều khiển tự động Điều này giúp kỹ sư thiết kế và tối ưu hóa các hệ thống điều khiển cho các ứng dụng động lực học.

-Ví dụ: Mô phỏng hệ thống khung dàn

Câu 4: Phân tích vai trò của bước chia lưới, nêu 1 vài phương pháp chia lưới khác nhau?

trình này có vai trò quan trọng trong việc xây dựng mô hình số học của không gian mô phỏng bằng cách chia nó thành các phần nhỏ hơn, được gọi là yếu tố hữu hạn (elements) hoặc ô lưới (mesh cells) Dưới đây là một số vai trò quan trọng của bước chia lưới trong Ansys:

- Chính xác kết quả: Việc chia lưới ảnh hưởng đến chính xác của kết quả phân tích Một lưới tốt có thể cung cấp kết quả gần với thực tế hơn và đáng tin cậy hơn - Tính ổn định và hội tụ: Lưới phải được chia sao cho mô hình tính toán hội tụ về một kết quả ổn định Tính ổn định của mô phỏng phụ thuộc nhiều vào việc lựa chọn lưới phù hợp

- Hiệu suất tính toán: Lưới tốt không chỉ cần cung cấp kết quả chính xác mà còn cần phải tối ưu về mặt hiệu suất tính toán Một lưới quá tốn kém về mặt tài nguyên tính toán có thể làm chậm quá trình mô phỏng

- Xử lý biên và điều kiện biên: Lưới cần phải được chia sao cho phản ánh chính xác điều kiện biên và các biên đối với mô hình Điều này là quan trọng để đảm bảo tính chính xác của mô phỏng

- Kiểm soát kích thước yếu tố hữu hạn: Chia lưới giúp kiểm soát kích thước của yếu tố hữu hạn trong không gian mô phỏng Việc này quan trọng để đảm bảo rằng mô hình được mô tả đủ chi tiết ở những vùng quan trọng

- Quản lý độ phức tạp của mô hình: Lưới cũng được sử dụng để quản lý độ phức tạp của mô hình Khi cần thiết, khu vực quan trọng của mô hình có thể được chia lưới một cách tốt hơn để tăng độ chính xác trong những khu vực đó

Bước chia lưới không chỉ là một bước đơn giản mà còn là một quá trình có nhiều yếu tố cần xem xét để đảm bảo rằng mô phỏng được thực hiện một cách đúng đắn và chính xác.

4.2 Nêu các bước chia lưới khác nhau

-Import Geometry (Nhập hình học): Bắt đầu bằng việc nhập mô hình hình học vào phần mềm Ansys Mô hình này thường được tạo ra trong các phần mềm CAD khác và sau đó được xuất ra định dạng tương thích với Ansys

-Surface Meshing (Chia lưới bề mặt): Trước khi chia lưới toàn bộ mô hình, bề mặt của nó thường được chia lưới trước Quá trình này tạo ra một lưới 2D trên bề mặt của các đối tượng trong không gian mô phỏng

-Volume Meshing (Chia lưới khối): Sau khi chia lưới bề mặt, lưới được mở rộng vào không gian 3D bằng cách chia lưới khối hoặc tạo ra các yếu tố hữu hạn 3D (tetrahedral, hexahedral, etc.) bao quanh không gian mô hình

-Mesh Quality Checking (Kiểm tra chất lượng lưới): Trước khi tiến hành phân tích, chất lượng của lưới cần được kiểm tra để đảm bảo rằng nó đáp ứng các tiêu chí nhất định về kích thước, hình dạng và tỷ lệ

-Mesh Refinement (Tối ưu hóa lưới): Nếu cần, có thể thực hiện việc tối ưu hóa lưới trong các vùng quan trọng hoặc yếu tố hữu hạn bằng cách thêm chi tiết lưới

-Boundary Conditions (Điều kiện biên): Xác định và áp dụng điều kiện biên cho mô hình, bao gồm điều kiện giới hạn và các điều kiện biên khác như áp suất, nhiệt độ, và các điều kiện ranh giới khác

-Solver Setup (Thiết lập bộ giải): Chọn loại phân tích, thiết lập thông số của bộ giải, và xác định cách mô phỏng sẽ được thực hiện

-Run Simulation (Chạy mô phỏng): Thực hiện quá trình mô phỏng bằng cách chạy bộ giải và thu thập kết quả

-Post-Processing (Xử lý kết quả): Xem xét và phân tích kết quả sau khi mô phỏng đã hoàn thành Ansys cung cấp nhiều công cụ để hiển thị và phân tích kết quả, giúp người sử dụng hiểu rõ hơn về hành vi của hệ thống.

Câu 5: Trình bày ứng dụng của Ansys/Hyber trong bài toán mô phỏng khí động học, mô phỏng va chạm của ô tô?

5.1 Ứng dụng của Ansys/Hyber Work trong bài toán mô phỏng khí động học, mô phỏng va chạm của ô tô

- ANSYS/HYBERWORK là hai phần mềm mô phỏng và phân tích kỹ thuật mạnh mẽ, và nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm cả mô phỏng khí động học và mô phỏng va chạm ô tô

- Mô phỏng Khí động học:

-Thiết kế phương tiện di chuyển: ANSYS cung cấp các công cụ mô phỏng khí động học để tối ưu hóa thiết kế phương tiện di chuyển như ô tô, máy bay, tàu hỏa Bằng cách mô phỏng dòng khí xung quanh cấu trúc, kỹ sư có thể đánh giá và cải thiện hiệu suất khí động học của xe, giảm ma sát không mong muốn và tăng sức đề kháng.

về hiệu suất nhiên liệu, cũng như giảm tiêu hao năng lượng.

-Mô phỏng dòng khí quanh kết cấu: Kỹ sư có thể sử dụng ANSYS để mô phỏng dòng khí xung quanh các chi tiết cụ thể của phương tiện, như cánh cửa, gương chiếu hậu, hay cả dưới động cơ, để hiểu rõ hơn về cách dòng khí ảnh hưởng đến hiệu suất toàn bộ hệ thống.

 Mô phỏng va chạm ô tô:

-Mô phỏng va chạm động cơ: HYBERWORK có thể mô phỏng va chạm giữa các bộ phận của ô tô và đánh giá các hậu quả về an toàn Nó giúp kỹ sư đánh giá độ

-Mô phỏng hệ thống phanh: Bằng cách mô phỏng hệ thống phanh, HYBERWORK giúp đánh giá hiệu suất của hệ thống phanh trong các tình huống va chạm khẩn cấp Điều này đặc biệt quan trọng để đảm bảo an toàn của hành khách và người lái xe -Mô phỏng tính năng an toàn: HYBERWORK cũng có thể được sử dụng để mô phỏng các tính năng an toàn như túi khí và hệ thống dẫn hướng tránh va chạm Điều này giúp phát hiện và giảm thiểu rủi ro cho người lái và hành khách khi có va chạm.

Sử dụng máy tính trong thiết kế và mô phỏng ô tô đã đóng vai trò quan trọng trong việc đẩy mạnh sự phát triển và tiến bộ của ngành công nghiệp ô tô Việc sử dụng máy tính đã mang lại nhiều lợi ích đáng kể, từ tăng cường hiệu suất và tính chính xác của quy trình thiết kế đến giảm thiểu thời gian và chi phí.

Một trong những ưu điểm quan trọng của ứng dụng máy tính trong thiết kế và mô phỏng ô tô là khả năng tạo ra mô phỏng 3D chính xác của các phần tử ô tô trước khi chúng được sản xuất Nhờ vào việc sử dụng các phần mềm các nhà thiết kế có thể tạo ra các mô hình chi tiết của ô tô và thử nghiệm hiệu suất của chúng Điều này giúp giảm bớt sự phụ thuộc vào các mô hình vật lý thử nghiệm truyền thống, giảm thời gian và chi phí.

Sau thời gian làm báo cáo môn học, được sự hướng dẫn tận tình của thầy Vũ Hải Quân cũng như sự giúp đỡ của các thầy giáo khác trong bộ môn, nhóm em đã hoàn thành những yêu cầu và nhiệm vụ của Báo cáo môn học Do thời gian có hạn và vốn kiến thức còn hạn chế nên báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em mong các thầy giáo chỉ bảo để sửa chữa, rút kinh nghiệm để khi ra trường trở thành một kỹ sư có trình độ vững vàng hơn.

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Vũ Hải Quân cùng sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo khác trong bộ môn.

Tài liệu tham khảo

[1] "Ứng dụng máy tính trong thiết kế và mô phỏng ô tô" - Nguyễn Văn Anh, Trần Thành Bắc

[2] "Giáo trình tin học ứng dụng tin học trong thiết kế ô tô" – Phạm Minh Hiếu [3] "Công nghệ mô phỏng và thiết kế ô tô" - Trần Văn An, Nguyễn Thị Giang [4] "Ứng dụng máy tính trong mô phỏng va chạm ô tô" - Hoàng Văn Hải, Nguyễn Anh Tiến

[5] "Giáo trình đại cương mô phỏng và tính toán ô tô - Trần Thanh Quang