Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật Ô tô, máy kéo: Nghiên cứu tính toán, thiết kế, mô phỏng và tối ưu kết cấu khung xe EMC

Hai dạng khung được tinhtoán với điều kiện biên trong 2 trường hợp uốn và xoắn, các thông số được kiểm tratrong quá trình tinh toán làứng suất va chuyển vị của khung xe dưới tac dụng của

NGUYÊN THỜI TRUNG

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN, THIẾT KE, MÔ PHONG VÀ

TOI UU KET CẤU KHUNG XE EMC

Chuyên ngành: Kỹ thuật Ô tô — Máy kéo

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHI MINH, 31 tháng 12 năm 2013

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : - 111123 1 EE1212123112111111111111111x 1e 6

CHU TỊCH HỘI ĐÔNG TRUONG KHOA

TRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA, ngày 31 tháng 12 năm 2013

KHOA KỸ THUẬT Ô TÔ MÁY KÉO Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

-

-0O0 -Tp HCM, ngay 22 thang 11 nam 2013

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THAC SĨ

Ho và tên học vién:NGUYEN THỜI TRUNG_ Phái: NamNgày, thang, năm sinh: 20-10-1988 Nơi sinh: Đông NaiChuyên ngành: Kỹ thuật Ô tô — Máy kéo

MSHV: 111346161- TEN DE TÀI: “Nghiên cứu tính toán, thiết kế, mô phỏng và tối ưu kết cầu

khung xe EMC.

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

- _ Thiết kế khung xe EMC.- M6 phỏng trạng thái chuyên vi và ứng suât khung xe khi chịu tai.- Tinh toán tôi ưu khôi lượng khung xe.

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/01 /20134- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 22/11/20135- HO VA TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DAN (Ghi day đủ học ham, học vị ):

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đông Chuyên Ngànhthông qua.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIEM BỘ MON’ KHOA _ QUAN

LYCHUYEN NGANHCHUYEN NGANH(Họ tên va chữ ky) (Họ tên va chữ ký)(Họ tên va chữ ky)

TS Trần Hữu Nhân TS.Tran Hữu Nhân TS Nguyễn Lê Duy Khải

Tôi xin chân thành cam ơn tập thể Ti hay Cô Trường Đại học Bach KhoaTp.HCM và các Thay Cô thuộc Bộ môn Kỹ thuật Oto — Máy kéo đã tận tình giảng dayTôi trong suôt qua trình theo học tại Trưởng.

Tôi xin cảm ơn TS.Tran Hữu Nhân đã hướng dan và cho Tôi hướng nghiêncứu hữu ích cùng nHững lời góp ý rat chan thành dé hoàn thành luận văn nay.

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân đã tạo điều kiện cho Tôi họctập và nghiên cứu đên nay.

Mặc dù đã hoàn thành nhưng Tôi tin chắc không tránh khỏi những thiếu sót,hạn chê trong luận văn nên tôi mong có được những lời nhận xét góp y từ phía cácThay Cô Bộ môn và các bạn cùng khóa dé luận văn hoàn thiện hơn.

Học viên: NGUYEN THỜI TRUNG

Họ và tên: Nguyễn Thời Trung

Ngày sinh: 20/10/1988 Nơi sinh : Đồng NaiĐịa chỉ liên lạc: 222 Lý Thái Tổ, Phường 1, Quận 3, Tp.HCM

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

- 2006 đến 2011: học đại học tai trường Dai học Sư Pham Kỹ Thuật Tp.HCM- 2011 đên 2013: học cao học tại trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC

- 2011 đến nay: giáo viên thuộc khoa Cơ Khí Động Lực, trường Cao đẳng Kỹthuật Cao Thăng.

Luận văn tập trung tính toán tối ưu kết cầu khung xe EMC, mục đích chính nhăm giảmkhối lượng khung xe Dựa trên luật và qui định của cuộc thi đua xe tiết kiệm nhiênliệu Tính toán với 2 dạng khung xe đơn giản được dé xuất Hai dạng khung được tinhtoán với điều kiện biên trong 2 trường hợp uốn và xoắn, các thông số được kiểm tratrong quá trình tinh toán làứng suất va chuyển vị của khung xe dưới tac dụng của tảitrọng tĩnh có tính tới hệ số tải trọng động.

Mô hình của khung xe được tính toán băng phương pháp phân tử hữu hạn sử dụngphan mém Ansys Tính toán lựa chọn giữa hai dạng mặt cắt của dâm là hình tròn vàhình vuông, hai loại vật liệu là thép và nhôm Thiết kế tốiưu với khối lượng nhỏ nhấtđược xácđịnh dựa trên kết quả tính toán, sau đó được tính toán, kiểm nghiệm lại vớimô hình phần tử hữu hạn và mô hình khối

ABSTRACTThe main focus of this thesis was to optimize structural chassis of EMC vehicle, maingoal is reducing weight of vehicle chassis Following the rules an regulations of theEco Milleage Challenge Two alternaive conceptwere analyzed The proposed designwas applied boundary condition in two caseare bending and torsioning, the parameterschecked in the analysis are the displacement of chassis structure and stresses understatic force multiplied with dynamic factor.

The modeling of chassis is Finite Element Analysis (FEA) by using Ansys I selecttwo section of beam are circle and square, two material are steel and aluminum Thebest design with minimum self weight was identified based on result obtain throughFEA, then tested using finite element model and solid model.

1 Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dan

2.

3.trực tiếp của thầy TS.Trần Hữu Nhân.Moi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả,tên công trình, thời gian, địa điểm công bố

Moi sao chép không hop lệ, vi phạm quy chế dao tao, hay gian tra,tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Học viên

NGUYÊN THỜI TRUNG

0:1019) 10050619) 10049)00/.9)077577 7 11.1 Đặt vẫn G6 oe cecececscecesesceesscsvessenseseesvsassvevsassnsasevsssatetsasevsnsesevssseeesess |1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - 5: + SE E2E2EEEEE21EEEEEEExrkerrred 21.3 Mục tiêu nghiÊn CỨU 2c E221 1111122111111 1 1158211111158 111111 ket 21.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của dé tài - s2 EEEEEEcErrkerrrees 21.5 Phương pháp nghiên CỨU - 2 2E 222222211111 13358 1115581111181 x+E 21.6 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước -‹‹ +52 cc ca 3CHƯƠNG 2 PHAN TÍCH VA THIẾT KE KET CẤU THÂN XE 52.1 Phương án bố tri chung thân Xe - + SE EEEEE 1121821111111 E2EEEExEEErrei 52.2 Phân tích kết cầu thân xe -:- ST 1 1121E121111212111101111 2111110 xe 82.2.1 Vật LU cece cccceccccscecccscsecscscsesscsseesvsecevsssasevsnsevsvsasevsvsetevsusevevsesevsatee 82.2.2 Đặc trưng kết CaUL c.ceccccccccccscsesesscsesescecsvsesecevsvessecevevsesavevevsvssecseseees 122.3 Một số thiết kế dé xuất 5 5+ tt SE E1112181111111111 111111011111 prtke 152.3.1 Thông số trọng lượng - ¿+ + s‡EEEEEEEEEEEE112111111111 11111 eEtk 152.3.2 Thông số về kích thưƯỚC - ¿+ s‡E‡EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkrkerrred 152.3.3 Phương án để xuất - 2+ 11111 1EEEE1211111111111011111111 111kg 162.4 Kết luận va xác định phương án - ¿5-5 S111 EEEEEEEEEEEEEEEEEEEkrkerkrkes 17CHUONG 3 CƠ SỞ LY THUYET 5-5< 5° s52 Ss se sSeEseSsEseseesersessss 183.1 Phần tử hữu ha oe ccccccecceescsececsseeeseceessesseesesecseseessvssevssevsnseeseeees 183.1.1 Khái niệm về phương pháp Phan Tử Hữu Hạn 5-5 183.1.2 Tính toán hệ khung dam băng PPPTHH 2+ xxx 183.1.2.1 Hệ khung đầm 2 1+ ESEEEESEEEEEEEE11E1E71111111 11111 rtk 183.1.2.2 Hệ khung dầm không Qian cece eseeesesececsesececsesveseseeevees 183.2 Các trường hop tải trọng tác dụng - 2c c2 2222222 111121 1x 253.2.1 Điều kiện hoạt động CỦa Xe - 001111122991 TS S SH vn ky 253.2.2 Các trường hop tải trọng và hệ sỐ tải 5c tt ctEEErxerrred 25

3.3 Xác định thông số tải trọng các phương án 52 x+xcxeEvEsrsrerered 293.3.1 Thông sỐ tải trỌng ¿- - + Ss 11t 1 EEEE1121E1111111111011111111 111tr 293.3.2 Tai trọng tac dung trong trường hợp phương an | (Ladder) 303.3.3 Tai trọng tac dụng trong trường hợp phương án 2 (Backbone) 313.3.4 Điều kiện biên trong các trường hop tải trọng cscccccce¿ 323.4 Kết luận ¿2:22 2x12 121121112111211121112112112112111112111 21.1 rrg 34CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN MÔ PHONG TỎI ƯƯU 5<- 5< es<5csee 354.1 Xây dựng mô hình phan tử hữu han - 2-2 +S‡ESEE‡E£EEEEEEEEzEerererkes 354.2 Tính toán, xác định qui cách vật liệu -. - c2 222223 ‡ 2S rssssres 354.2.1 Các thông số đâu vàO c1 EEEE11E111111111 011111111 te 354.2.2 Tính toán với phương án 1 (Ladđer) - 555 5225 +++<sss2 374.2.3 Tính toán với phương án 2 (Backbone) - 222cc c2 4]4.3 Tính toán tỐi WU cece cee sesesseessessecssecsesssseseesieesesssecseesessisesessnseneesneen 444.3.1 Qui trình tính toán tối ưu kết câu -:-: 2222 S SE EE5E2E2E2EEEEErre 46> Qui trình lựa chọn bán kính tối ưu -.- 5s cxcEE+E‡E£E+E+EzEzEsxsrsed 474.3.2 Thiết kế số 1 (Ladder) c.c.cccccccccccsscscsesesesesesesecevevevevsvsnssecececeeeesveveee 484.3.3 ha e.e 554.3.3.3 Kết quả thí nghiệm + E1 E3 1112111111111 Errkd 634.4 KẾt luận -:22c 212211 2211112111211111121121121211111121212 re 65CHƯƠNG 5 KET LUẬN VÀ HƯỚNG PHAT TRIN -.5 5-52 66SL KOC ứlIẠỌIỌI)aađađiầđ 665.2 Hướng phat trign eo ccceccccccccsecesecscsesesecscsesecececsvsesevevsvsesevevsvsesevevevsvseseneen 66

Hình 2.1 Vi trí trọng tâm loại xe 3 bảnh

Hình 2.2 Lực tác dụng lên bảnh trước trong 2 trường hợp bồ trí

Hình 2.3 Khả năng lật khi xe di chuyển của phương án bố trí 1 bảnh trước

Hình 2.4 Khả năng lật khi quay vòng của phương án bố trí 2 bảnh trước

Hình 2.5 Moi quan hệ giữa ứng suất và biến dạng

Hình 2.6 Khung hình thang cà ee ensHình 2.7 Khung BackboWe cà tae cà wee esHình 2.8 Khung chữ thp ben cà cà cà càHình 2.9 Khung không giqH cà càHình 2.10 Khung Ladder

Hình 2.11 Thông số kỹ thuật khung backbone

Hình 3.1 Vector chuyển vị của đâm cà ves vin evens see tev veeHình 3.2 Biến dạng xoắn của dâm the phương x tes veeHình 3.3 Mô men quán tính của thiết điện đâm

Hình 3.4 Trường hợp khung xe chịu xoắn see cà ves vie HH vestsHình 3.5 Vi trí đặt tải IrỌNE cà cọ Bọ tee tae ee eeeHình 3.6 Tai trọng tác dụng lên khung Ladder

Hình 3.7 Tai trong tác dụng lên khung Backbone

Hình 3.8 Điều kiện biên của khung xe trong trường hợp chịu uốn

Hình 3.9 Điều kiện biên của khung xe trong trường hợp chịu xoắn

Hình 4.2 Ứng suất cực đại trong trường hợp chịu uốnsử dung Ống tròn

Hình 4.3 Ứng suất cực dai trong trường hợp chịu uốn sử dụng Ống vuông

Hình 4.4 Ứng suất cực dai trong trường hợp chịu xoắn sử dụng Ống tròn

Hình 4.5 Ứng suất cực dai trong trường hợp chịu xoắn sử dụng Ống vuông

Hình 4.6 Ứng suất cực dai trong trường hợp chịu uốn sử dụng Ong tròn

Hình 4.7 Ứng suất cực dai trong trường hợp chịu uốn sử dụng ống vuông

Hình 4.8 Ứng suất cực dai trong trường hợp chịu xoắn sử dụng Ống tròn

Hình 4.9 Ứng suất cực dai trong trường hợp chịu xoắn sử dụng Ống vuông

Hình 4.10 Qui trình tính toán toi wu kết Cấu seve ue tev ees vestsHình 4.11 Qui trình lựa chọn ban kính COT UU oo occ voc voc voc vee vee see cee bce ves bees HH tee tessHình 4.12 Biéu đồ thé hiện mối quan hệ ban kính và ứng suất

Hình 4.13 Biéu do thể hiện mỗi quan hệ giữa bán kính và chuyển vị

Hình 4.14 Biéu đô thể hiện mối quan hệ bản kính và khối lượng vát liệu thépHình 4.15 Biéu đô thể hiện mỗi quan hệ bản kính và ứng suất

Hình 4.16 Biéu đô thể hiện moi quan hệ giữa bán kính và chuyển vị

Hình 4.17 Biéu đô thể hiện mối quan hệ bản kính và khối lƯỢNG

Hình 4.18 Biéu đô thể hiện mỗi quan hệ giữa bán kinh và ứng suất

Hình 4.19 Biéu do thể hiện mỗi quan hệ giữa bán kính và chuyển vị

Hình 4.20 Biéu đô thể hiện mối quan hệ bản kính và khối lƯỢNG

Hình 4.21 Biéu đô thể hiện moi quan hệ giữa bán kính và ứng suất

Hình 4.22 Biéu đô thể hiện mỗi quan hệ giữa bán kính và chuyển vị

Hình 4.23 Biếu đô thể hiện mối quan hệ bản kính và khối lƯỢNG

Hình 4.25 Sự thay đổi của bê dày ống và khối lượng cà cà sỉ nỉ nàHình 4.26 Ứng suất cực đại trường hợp chịu xoăn (phan tử Beam188) Hình 4.27 Ứng suất cực đại trường hợp chịu xoăn (phan tử Solid43)

.626464

Bảng 3.1 Chuyển vị của đẩm cà 2S ves ves tee BH Hà Hee teBảng 3.2 Giá trị hằng SỐ Cece coc coc cc cee cc vee cee sev ces seve sev ves vues nh HH KH KH Hàn He tie vivesBảng 3.3 Thông số tải HONG oe oc coc cee ccc csc ves cee sec ves seve eee seve cee seve HH veut es He Ha

Bang 3.4 Thông số tải trong tac dung trong phương án Ï

Bang 3.5 Thông số tải trong tac dung trong phương án 2

Bang 3.6 Diéu kiện biên trong trường hop Chịu UỐN

Bang 3.7 Diéu kiện biên trong trường hợp chịu Xoắn

Bang 3.8 Cơ tính nhôm và thép) àà te te cọ tee HànBang 4.1 Quy cách vật liỆM bee ee ee cà cà tee SỈ cớBang 4.2 Tải trọng tác dụng lên phương án I có tính hệ số tải trọng động

Bang 4.3 Tải trọng tác dụng lên phương án 2 có tính hệ số tải trọng động

Bang 4.4 Kết quả tính toán phương án Ì cà es sev ve chêBang 4.5 Kết quả tính toán phương án 2 sà cà ves sev nen veseveeBang 4.6 Qui cách vật liệu ban đẩm es see sev Sàn ese este ves teBang 4.7 Ban kính so sảnh phương án I với vật liệu thép

Bang 4.8 Ban kính so sảnh phương án 1 với vật liệu nhÔm

Bảng 4.9 So sánh kết quả tính toán toi wu phương đm Ì

Bang 4.10 Bán kính so sảnh phương án 2 với vật liệu thép

Bang 4.11 Bán kính so sảnh phương án với vật liệu nhÔm

Bang 4.12 So sánh kết quả tính toán phương Gn 2 ccc cà eee ees

Bang 4.13 Nhận xét các phƯƠHNg đH cà cà cà ee ee nh HH atte tes

Bảng 4.14 So sánh 2 để tài cee ve es ve es tee BH tee KH Hà HH tee nh tr tev eee ngBang 4.15 Kết quả kiểm nghiỆm cece cee sce eee SH SH HH viv HH HH He HH ees

19213031323334343636364044

45

495253565960626365

CHUONG 1 TONG QUAN

1.1 Dat van dé

Hiện nay, van đê về môi trường và tiêu thu năng lượng dang được quan tâm rộng rai vớitât cả mọi người trên khăp thê giới đặc biệt là các khu vực phát triên trong ngành sản xuâtxe hơi.

Phần lớn các phương tiện giao thông ngày nay đều sử dụng nhiên liệu hóa thạch.Các nhà

khoa học đã xác định việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch là nguyên nhân gây ảnh hưởng

đến không khí và hiện tượng âm lên toàn cầu.Xa hơn nữa, sự khan hiểm nhiên liệu hóathạch được ước đoán sẽ làm tăng giá cả của loại nhiên liệu này (dẫn chứng giá xăng dầutừ 2005 là 7.500đ đến nay là 23.500đ).Những hậu quả bao gồm nhiều người thợ mỏ chếtkhi đang làm nhiệm vụ hoặc bị bệnh về phổi cũng như tàn phá môi trường

Đề giảm thiêu tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu theonhiều hướng khác nhau, với mong muốn tìm được loại năng lượng mới và sạch hơn dùngtrên ô tô Vì vậy, đầu tiên các kỹ sư có găng thiết kế chiếc xe tiêu thu ít năng lượng hơn.Đề giảm giá thành và tiêu hao nhiên liệu thì phải sử dụng ít vật liệu nhất và là một trongcác chỉ tiêu trong việc thay đôi thiết kế Tuy nhiên phải đáp ứng đủ khả năng chịu tải, antoàn và tạo sự thoải mái cho hành khách Đó chính xác là những gì cuộc thi ECO muốnmang đến, đó là một sân chơi để các kỹ sư, sinh viên, học viên thỏa sức sáng tạo, đưa ranhững giải pháp nhăm tiết kiệm nhiên liệu mục tiêu chính của đề tài thiết kế này là tốiưu suất tiêu hao nhiên liệu của xe EMC nhờ vào tối ưu kết cau khung xe, theo luật củanhà tô chức, mẫu xe do người chơi tự thiết kế Theo đó thì khối lượng, động lực học vama sát là các vẫn đề lớn nhất khi thiết kế xe, các phương án phải được tính toán kỹ lưỡng

1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứuViệc chế tao 1 chiếc xe tiết kiệm nhiên liệu bao gồm nhiều quá trình, từ thiết kế chế tạokhung, vo, hệ thống lái, phanh, treo, truyền động nên mục đích chính của đề tài là thiếtkế 1 dạng thân xe đảm bảo độ bên, 6n định mà khối lượng giảm nhiều nhất có thé va giácả năm trong khoảng cho phép Tính toán, thiết kế, mô phỏng trên phần mềm Ansys 12.Đối tượng nghiên cứu: khungxe EMC 3 bánh, 2 bánh trước 1 bánh sau chủ động.

1.3 Mục tiêu nghiên cứu

- _ Xácđịnh kết cau thân xe phù hợp.- _ Xây dựng mô hình tính toán tốiưu kết cấu.- Tinh toán mô phỏng băng phương pháp phân tử hữu hạn.- - Xác định các thông số làm cơ sở dé lựa chon dạng thân xe tối ưu.- Dé xuất phương án tối ưu

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tàiĐề xuất các dạng thiết kế và chọn dang thiết kế tối ưu nhất phù hợp với các điều kiện thựctiễn ở Việt Nam Làm cơ sở dé chế tạo khung xe EMC tham gia cuộc đua nhằm đạt thànhtích cao, hoặc làm nguônt ai liệu tham khảo cho các nghiên cứu có liên quan Xa hơn nữa,đây là cơ sở để chế tạo các mẫu xe tiết kiệm nhiên liệu đi trong khu đô thị, khu dân cư

nhăm hạn chê nạn kẹt xe, tiêt kiệm nhiên liệu và ô nhiêm môi trường.1.5 Phương pháp nghiên cứu

- _ Nghiên cứu lý thuyết sức bên vật liệu, phần tử hữu hạn ứng dụng trên phần mềm

Ansys.

- Thu thap cac thong số đặc trưng kết cau vật liệu- - Nghiên cứu ưu nhược điểm của các loại khung xe, từ đó lựa chọn phương án thích

hợp.

1.6 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Trên thé giới, đã có nhiều công trình nghiên cứu nhăm tối ưu hóa dạng khung dé đảm baođộ bền mà sử dụng it vật liệu nhất Cùng với sự phát triển của các phần mềm thiết kế vàtính toán (CAD, CAE) đồng nghĩa với việc đơn giản hóa quá trình thử nghiệm mà vẫncho ra kết cau tối ưu nhất Trên thế giới hiện nay có một số công trình nghiên cứu nhămtối ưu hóa dạng khung xe nói chung và khung xe EMC nói riêng tiêu biểu:

Forrest Dwyer, Adrian Shaw, Richard Tombarelli thuộc trường Bách Khoa

WOCESTER - nước Anh có công trình nghiên cứu: “Vat liệu và thiết kế toi wu cho khungxe đạp” Đề tài tính toán chọn vật liệu chế tạo khung xe đạp bằng cách lựa chọn nhiều loạivật liệu khác nhau, so sánh các thông số đặc trưng và lựa chọn loại phù hợp mà vẫn đảmbảo độ bền và giảm tối thiểu khối lượng cho khung xe, việc tính toán mô phỏng sử dụngphương pháp phân tử hữu hạn thông qua phần mềm Ansys 13.0 và Pro Engineer để xácđịnh vùng nguy hiểm nhất trên khung xe, sau đó thử nghiệm với phần mém mô phỏngLabview Sau khi kiểm tra, việc tối ưu hóa được tiến hành, đầu tiên là thay đổi vật liệu,lựa chọn giữa 2 loại nhôm 7005-T6 và 6013-T6, cuối cùng là bước thay đôi dạng hình học

và độ dày của vật liệu làm khung xe.Peter Inglis, Jasion Belliveau, Scott Flindal thuộc khoa Kỹ Thuật — Trường Dai Hoc

DALHOUSIE với đề tai “Thiét kế khung vỏ xe tiết kiệm nhiên liệu SUPERMILEAGECAR”, trong đó có phân tính toán thiết kế khung xe Nhóm thiết kế đã phát hiện với tư thénăm của người điều khiển sẽ khiến chassis dài hơn, do đó vật liệu làm chassis phải chịuuốn lớn hơn, từ đó dé xuất người lái ở tư thé ngôi để thu gọn chassis và chọn kiểu thiết kếdạng khung Không gian (SpaceFrame) với những thanh dạng ống đơn giản do có nhiềuưu điểm, quan trọng nhất là vẫn giữ được độ cứng vững mà giảm thiểu được khối lượng.Sau đó nhóm chọn lựa loại vật liệu gồm Nhôm và sợi Cacbon dựa trên 3 yếu tố: độ bên,khối lượng và giá cả Tiếp theo nhóm xây dựng mô hình đơn giản của khung xe và tínhtoán tai trọng, bền của khung theo phương pháp phan tử hữu hạn với phan tử Beam trênphần mềm NASTRAN Sau tính toán, nhóm tối ưu vật liệu bằng cách chọn vật liệu nhômcó bề dày phù hop, lựa chọn đưa ra là nhôm có bé day 1/4 inch và 1/8 inch dựa vao so

sánh 3 yếu tố: uốn, xoăn, kéo Cuối cùng nhôm có bề day 1/8 được lựa chọn do có độ chịuuốn tốt hơn Cuối cùng, xét về tổng thể nhóm đã giảm được 18,11% khối lượng so với xetrước đó Nhóm xác định có thể dễ dàng phát triển chassis bằng cách thay ống có đườngkính ngoài 1,25inch băng ống 0.65 inch thì khối lượng chassis sẽ giảm 25%.

Một số công trình nghiên cứu trong nước:Phan Dinh Huấn, Trần Hữu Nhân — Trường Dai học Bách Khoa TP.HCM với đề tài* Nghiên cứu tính toán, toi uu hóa kết cấu thân xe buýf” Tác giả tính toán kết cau thân xebuýt cỡ trung của công ty SAMCO Trong nghiên cứu này tác giả tiến hành phân tích vàtính toán trên kết cấu bằng cách sử dụng phan mềm hỗ trợ ANSYS.Sau khi tính toán, kếtquả tính toán sẽ hién thị vị trí tập trung ứng suất cao nhất và thấp nhat.Sau đó tác giả cũngtiễn hành tính toán tối ưu độ dày các thanh dầm trong kết câu Nghiên cứu này tác giả đãgiảm được một lượng vật liệu đáng kể tại một số vị trí thân xe nhằm làm tăng tính ứng xửmột số vị trí trong thân xe Trong nghiên cứu này tác giả chỉ tính toán trên kết cau dạngkhung không tính đến tam vỏ kết cau thân xe

Trương Công Tỉnh, Đoàn Đạt Ninh, Đỗ Minh Tâm, Nguyễn Phi Hùng với đề tài“Nghiên cứu giảm trọng lượng xe khách giường nam” dé nâng cao hơn nữa chất lượng sảnxuất và sử dụng xe bus Dé tai này trình bày phương pháp và kết qua tính toán khungxương xe khách giường nam (sleeping bus, mobi-home bus) của công ty Cổ phan Ô tôTrường Hải Dựa trên mô hình mô phỏng chế độ tải trọng theo điều kiện thực tế của xekhi hoạt động trên đường, sử dụng phần mềm Ansys dé mô phỏng va tính toán tối ưu Cáckết quả tính toán mô phỏng nhận được bước dau cho thấy trong cùng một chế độ tải trọng,trọng lượng khung xương giảm được 430kg (18%).Ứng dụng trong thực tế kết quả nàycho phép giảm chỉ phí vật tư, nhân công trong sản xuất và giảm chỉ phí nhiên liệu trongkhai thác sử dụng Đây là cơ sở để ứng dụng tiếp cho việc tối ưu hóa, giảm trọng lượng xe

khách các loại trong tương lai.

CHƯƠNG 2 PHAN TÍCH VÀ THIET KE KET CÂU THÂN XE

2.1 Phương án bố trí chung thân xeTrong các cuộc thi đua xe tiết kiệm nhiên liệu, kích cỡ thân xe thường nhỏ, trọng tâm hạthấp, có thể sử dụng loại xe 3 bánh hoặc 4 bánh, nhưng loại xe 3 bánh với phương án bốtrí 2 bánh trước 1 bánh sau thường giành giải cao Do có đặc tính 6n định tương đương xe

4 bánh (Evaluation of Electric and Hybrid 3-Wheeled Vehicles for Handling andStability, Volume H: Technical Report, Paul G Van Valkenburgh, Richard H Klein,

Henry T Szostak, September 1981, 115 pages) Nhờ trong tâm gần đáy của hình chóp xesẽ không bi nghiêng qua bên khi quay vòng hoặc giật lại phía sau khi tăng tốc và trượt tới

trước khi phanh.

Hình 2.1 Vi trí trong tâm loại xe 3 bảnh

Đôi với việc bô trí 2 bánh sau chủ động, bánh trước lái:

Hình 2.3 Khả năng lật khi xe di chuyên của phương án bố trí 1 bánh trước

Loại nay dễ bị lật khi quay vòng.Khi phanh trên đường thang, trọng lượng chuyến tới 1bánh trước thay vì 2 Do đó, có thé kết luận tính 6n định của loại bố tri này rất kém.

Đối với loại bố trí 2 bánh trước, 1 bánh sau chủ động:Tính 6n định cao hơn, tuy nhiên cũng rất dé bị lật khi tăng tốc trong khi quay vòng Tuynhiên, trong giới hạn cuộc đua, tốc độ xe phải ôn định va không chú ý đến van dé thời

gian nên có thê bỏ qua nhược diém này.

Tóm lại, giống với xe 4 bánh, việc bố trí động cơ, hệ thống lái, bánh chủ động có ảnhhưởng lớn đến xe Tuy nhiên, đối với yêu cầu của cuộc đua chủ yếu là xe phải 6n định vàtiêu hao nhiên liệu thấp nhất, do đó, để tăng tính ôn định cần bồ trí 1 bánh sau chủ dong,hệ thong lái phía trước và động co đặt sau dé giảm ton hao co khí nhằm giảm lượng nhiênliệu tiêu thụ nhờ tận dụng tối đa công suất

2.2 Phân tích kết cau khungxe

2.2.1 Vật liệu

Trước khi quyết định lựa chọn loại vật liệu nảo, ta cần tìm hiểu về đặc tính của vật liệu

như: sức bên, độ cứng, trọng lượng riêng, độ mêm, độ bên mỏi, phương pháp nôi, giá cả.

Mỗi liên hệ giữa các đặc tính này phụ thuộc vào mục đích của công việc Ví dụ, ở đâykhối lượng và chi phi quan trọng hon so với tốc độ xe Ứng suất tới han dùng dé tính độbền, ứng suất gần giống như đo lường lực trên một đơn vị thể tích vật liệu, cụ thể nó làlực tác dụng lên một đơn vi diện tích mặt cắt ngang Ví dụ khi cung cấp 1 lực I00N lênImm? mặt cắt vật liệu thì ứng suất là 100N/mm’

Ứng suất tới hạn là ứng suất mà tại đó vật liệu bị phá huy.Trong một số trường hợp, mộtsố ứng suất khác có thé sử dụng để so sánh.Ứng suất chảy dẻo (Yield) là một vi dụ,thường được sử dụng khi so sánh các vật liệu dẻo.dưới tác dụng của tải trọng, tất cả cácvật liệu sẽ bị uốn đến một mức độ nào đó Sự uốn này gọi là biến dạng tương ứng với sựthay đối kích thước, ví dụ khi ta kéo 1 vật kim loại có kích thước 1000mm giãn ra lmmthì lúc này biến dạng của vật liệu là:

1/1000E0.001

Độ cứng là khả năng chống lại biến dang, được xác định bởi môđun đàn hỏi, hiểu đơngiản là tỉ số giữa ứng suất và biến dang, ví dụ nếu ứng suất là 100N/mm? tác dụng sinh rabiến dang 0,001 thì môđun đàn hồicủa vật liệu dưới ứng suất là:

100/0,001= 100000N/mm?

ứng suât nữa, đó là biên dạng dẻo.

Khi ta tiếp tục cung cấp tải trọng vượt quá điểm giới hạn đàn hồi, tiếp tục qua điểm giớihạn chảy thì vât liệu sẽ bị phá hủy.Độ biến dạng xảy ra giữa điểm giới hạn đàn hồi và giớihạn chảy được sử dụng để so sánh độ dẻo của vật liệu Độ dẻo bị ảnh hưởng rất lớn bởiloại tải trong, ví dụ khi cung cấp biến dạng theo 1 hướng thì vật liệu có xu hướng biếndạng theo 2 hướng dọc trục và biến dạng bên, tỉ số giữa biến dạng dọc trục và biến dạngbên gọi là hệ số Poisson, đối với kim loại hệ số nay khoảng 0,33, hệ số này rất dễ tínhtoán vì nó nằm trong khoảng từ 0 đến 0,5 (cao su gần 0,5)

Khối lượng riêng đo khối lượng trên 1 đơn vi thể tích, do đó những vật liệu cùng kích cỡnhưng vẫn có khối lượng khác nhau Các thông số gia tốc trọng trường và môđun đàn hồikhông thay đổi, theo như bảng trên “độ cứng tương đương” là tỉ số giữa môđun đàn hồiVỚI gia tốc trọng trường của thép, là thông số đo độ cứng trên một đơn vị khối lượng,

thông thường thì tỉ số này năm trong khoảng từ 0,96 — 1,01 Vì vậy, trong khi hợp kimnhôm có mật độ xấp xi 1/3 so với thép, độ cứng cũng vậy Dat trong trường hợp khác, sosánh cùng khối lượng, nhôm có độ cứng tensile tương đương thép, tuy nhiên điều nay chỉđể tính ứng suất nén.Đối với sợi Cacbon thì độ cứng cao hơn nhưng mật độ thấp hơn nên

nhẹ hơn.

Độ cứng uốn và xoắn không chỉ phụ thuộc vào Modulus và diện tích mặt cắt ngang màcòn phụ thuộc vào mô men quán tính của mặt cắt, điều này rất hữu ích trong việc sử dụngnhững vật liệu nhẹ hơn, giống như tính toán độ uốn của một thanh có tiết diện hình tròn,để xác định đường kính của thanh sử dụng vật liệu nhôm và thép ta cần xác định cácthông số “E” (môđun đàn hồi) và “I” ( mô men quán tính), kết qua sẽ cho nếu sử dụngnhôm thì đường kính lớn hơn 32% và khối lượng giảm 58% so với sử dụng thép

Trong việc thiết kế khung xe, thường người ta không sử dụng ống đặc mà dùng ống rỗng,theo đó vấn đề chính cần giải quyết đó là độ cứng uốn và xoắn cao trong khi khối lượnggiảm Trong tính toán, ta có thể giữ nguyên đường kính và tăng giảm độ dày hoặc giữnguyên độ dày va tăng giảm đường kính Nếu sử dụng phương pháp tăng đường kính vagiữ nguyên độ dày thì đường kính ống nhôm xấp xỉ 2 lần so với ống thép nhưng khốilượng chỉ khoảng 70% so với ông thép Do đó, phương án tốt nhất dé giảm khối lượngkhung xe là giữ nguyên đường kính và thay đôi độ dày của ống Để xác định loại vật liệusẽ sử dụng trong đề tài này, ta hãy tim hiểu các thông số và ưu, nhược điểm của 3 loại vật

liệu chính là Nhôm, Thép và sợi Cacbon.

2.21.1 Nhôm

Nhôm thường được sử dụng trên những xe đặc biệt và xe đua loại thân liền khung hoặckết cầu khung xe dạng Backbone, như được chế tạo gần đây bởi hãng Ossa hay Kawasaki.Nhôm 6061 là dòng hợp kim nhôm, đây là sự kết hợp giữa nhôm với magnesium (khoảng1% tinh theo khối lượng) va silicon (khoảng 0,5% tinh theo khối lượng), đôi khi còn phatrộn với một loạt các vật liệu khác như sắt, đồng, crom, kẽm, mangan và titan 6061 làmột hợp kim mạnh mẽ, cứng cáp, dễ dàng hàn nối, thường được sử dụng làm khung(sườn) xe đạp (cũng như máy bay, tàu thuyền và một số loại khác)

Tất cả hợp kim nhôm 6061 đều có ty trọng và độ cứng như nhau, nhưng độ bền của nhômsẽ khác đi tùy theo sự kết hợp đặc biệt với hop kim khác, đồng thời tùy theo bí quyết tinhluyện nhôm hay kỹ thuật xử lý nhiệt được sử dụng để sản xuất ra sản phẩm.

> Ưu điểm :Khối lượng nhỏ

Gia cả vừa phải.

Cơ tính tốt.Nhược điểm :

Kho han.Sức bên kém hon so với thép va sợi Cacbon.2.2.1.2 Thép

Thép được sử dụng rất nhiều trong ngành công nghệ Ô Tô và các ngành côn nghiệp khác.Cho đến hiện tại, thép vẫn là loại vật liệu khó thể thay thế được trong ngành Ô Tô do các

đặc tính cơ tính và sức bên, giá cả.

Thép CT3 là loại thép kết cau với hàm lượng Cacbon khoảng 0,14 — 0,22%, tính hàn được

không giới hạn, không có khuynh hướng giòn.

> Uu diém:Dé str dung va dé han

Gia cả vừa phải.

Nhược điểm:

Khôi lượng riêng lớn nên nặng hơn so với Nhôm và sợi Cacbon.2.2.1.3 Soi Cacbon

Soi Cacbon là một bước phat triển lớn của ngành công nghệ vật liệu, được ứng dụng rộng

rãi trong các ngành công nghiệp Hiện nay, sợi cacbon được sử dụng rộng rãi trong ngành

công nghiệp Ô Tô, được sử dụng chế tạo rất nhiều bộ phận trên xe từ ngoại thất đến nộithất, kế cả khung xe

> Uu điểm:- Khdi lượng nhẹ.- Co tính của vật liệu rất tốt.> Nhược điểm:

- - Giá cả cao, khó ứng dụng được trong cuộc thi.

- Khó uốn.2.2.2 Đặc trưng kết cau2.2.2.1 Kết cầu dạng thangKết cau khung dạng thang là loại kết cau đơn giản nhất va được sử dụng lâu nhất trên xehiện đại, ban đầu nó được sử dụng trên những cỗ xe ngựa vận chuyền, dạng kết cau nàykhá bền và mang được khối lượng lớn Nếu khối lượng hàng hóa lớn thì cần thiết tăng độrộng của thanh dầm Động cơ của xe sử dụng dạng kết câu này thường được đặt phíatrước, rất ít khi đặt phía sau Kết cau của nó bao gồm 2 thanh dài đặt doc theo thân xe,được liên kết với nhau bởi các thanh nối dạng ống tròn, ống hình chữ nhật hoặc ống chữ

“J”

Thanh đặt dọc là các thanh chịu ứng suất chính, nó chịu phần lớn tải trọng và lực dọc trụckhi tăng tốc hoặc phanh, nó có thể là thanh thăng hoặc dạng cong Những thanh nối có tácdụng chống lại lực bên và tăng độ cứng xoắn Thân xe thường được lắp ráp với 2 thanh

chính

ALY | a

Hinh 2.6 Khung hinh thang (Ladder)

2.2.2.2 Kết cau dạng BackboneBackbone là một dạng thiết kế đơn giản, nó bao gồm một thanh dạng ống rất cứng vữngliên kết với trục trước và trục sau của xe Những loại khung xe nay hau hết đều có kết câucứng và chịu tat cả các tải Dạng khung này có thé xây dựng được nhiều loại kết cau khácnhau.Không gian trong kết cấu này được sử dụng để đặt trục dẫn động trong trường hợpbồ trí động cơ đặt trước, bánh sau dẫn động.

trước và phía sau dé chịu lực bên và bô trí hệ thông treo.

Dạng khung này có thể kết hợp với khung dạng thang để tăng ưu điểm chống uốn và

chông xoăn.

ALITY :

Hình 2.8 Khung chữ thập

2.2.2.4 Dang khung khong gian

So với dang khung hình thang, dạng khung không gian có độ bền vững lớn hơn Loại naybao gồm nhiều thanh liên kết trong không gian theo nhiều hướng khác nhau nên có thểchịu lực tốt từ tất cả mọi hướng, loại này dùng nhiều thanh có cùng đường kính nhỏ để đạtđược độ cứng và chống uốn với khối lượng nhỏ nhất Kỹ thuật này được định hình trongchiến tranh thế giới thứ 2 trong việc chế tạo máy bay, những thiết kế đầu tiên được pháttriển bởi một kỹ sư người Anh tên Barnes Wallis Do có những ưu điểm vượt trội, hiệnnay người ta chủ yếu sử dụng 2 loại thiết kế khung cơ bản trên xe đua đó là dạng khungKhông gian và khung liền vỏ Monocoque Composite Loại khung không gian sử dungnhững ống thép hoặc nhôm hàn lại với nhau theo hình tam giác để chịu các tải trọng tácdụng lên xe từ hệ thống treo, lái, động cơ và động lực học Loại này được pho biến tới

ngày nay nhờ tính đơn giản, ưu diém về độ bên, khôi lượng nhỏ va dê dàng sữa chua.

2.3 Một số thiết kế đề xuấtĐịnh hướng của dé là tính toán tìm phương án tối ưu nhất, do đó tác giả sẽ lựa chọn thiếtkế đơn giản nhất, sau đó tính toán lẫy kết quả vị trí chịu ứng suất lớn nhất Từ đó sẽ thayđối kết cầu nhằm giảm ứng suất tại các vị trí nguy hiểm trong các trường hop tải trọng tác

2.3.1 Thông số trọng lượng- _ Động cơ và hộp số: 25kg

- Vo: 25kg- Accu+ binh xăng + dây điện: 3kg- Người lái: 60kg

2.3.2 Thông số về kích thước- Chiéu dài cơ sở: Lo = 1680mm- Chiéu rộng cơ sở: Bo = 736 mm- Chiéu cao: H= 670 mm

- Ban kính quay vòng nhỏ nhất: Rmin = 3,4 m

2.3.3 Phương án đề xuấtTrong giới hạn dé tài, tác giả tinh tối ưu dựa trên 2 dạng khung đơn giản là dạng khungBackbone và Ladder với thiết kế đợn giản nhất, nhằm xác định quy cách vật liệu phù hợpứng với mỗi dạng khung.Sau đó gia cỗ và dựa vào phương pháp tính toán tối ưu xác định

1390 330

Hình 2.10 Thông số kỹ thuật khung Ladder

2.3.2.2 Phương an 2 (khung Backbone )

cầu sau:- - Trọng lượng nhẹ.- Gia cả vừa phải.

- _ Độ bên tương đổi tốt.- Dang bồ trí đạt kết quả cao trong các cuộc thi

CHUONG 3 CO SO LY THUYET

3.1 Phan tử hữu han3.1.1 Khái niệm về phương pháp Phan Tw Hữu HanPhương pháp PTHH là một phương pháp số dé tìm nghiệm gan đúng của 1 hàm chưa biếttrong miền xác định V tuy nhiên PTHH không tìm nghiệm xấp xỉ của hàm can tìm trêntoàn miền V ma tìm trên các miền con Ve (phan tử) thuộc miền xác định V chính vi vậyphương pháp nay rất thích hợp để giải các bài toán vật lý, kỹ thuật khi ma hàm cần tìmđược xác định trên những miền phức tạp là những vùng nhỏ có các đặc trưng hình học,vat ly khác nhau, chịu các điều kiện biên khác nhau

Trong PTHH, miền V được chia thành một số hữu hạn các miền con được gọi là các phầntử Các phần tử này kết nối với nhau tại các điểm trên biên gọi là nút Trong phạm vi mỗiphan tử, đại lượng cần tìm (biến dạng, chuyền vi, ứng suất ) được lấy xấp xi trong 1dạng ham đơn giản, gọi là ham xấp xi Các hàm nay được tính thông qua các giá trị củanó tại các điểm nút trên phần tử và các giá trị này gọi là các bậc tự do của phần tử mả taxem như là các ân cần tìm của bài toán

3.1.2 Tính toán hệ khung dầm băng PPPTHH3.1.2.1 Hệ khung dầm

Do liên kết giữa các thanh là liên kết cứng nên trong các thanh có thé xuất hiện biến dạng

dọc, biên dạng xoăn tức là khi đó thanh có thê có lực dọc trục, lực trượt và mô men uôn.

3.1.2.2 Hệ khung dầm không gian> Ma trận cứng phan tửTa xét phan tử khung không gian là dầm thăng có tiết diện không đổi Trên mặt cắt ngangtồn tại lực dọc mô men uốn trên cả 2 mặt phang quán tinh chính va mô men xoắn Các bậctự do chuyển vị đặc trưng cho trạng thái chuyển vị - biến dạng của phan tử dầm 2 nút

được biểu diễn trên hình Hệ tọa độ địa phương xyz với trục x là trục dầm, y và trục z làhai trục chính của mặt phang cắt ngang.

, Gây ra bién dạng xoăn

6 đa Và đo Góc xoăn quanh trục x

của thanh

Bảng 3.1 Chuyển vị của dâm

Như vậy trong 12 bậc tự do chuyền vị sẽ gây ra 4 nhóm biến dạng độc lập nhau Vì vậyma trận cứng phần tửc§&Ích thước 12x12 được thành lập từ 4 ma trận con như sau:

> Biến dang dọc trục (q¡ và q;)

LX]¿ = xa Foy (3.2)

> Bién dang xoan theo truc x (qa Va io)

Hình 3.2 bién dang xoắn của dam theo phương xThay rang đa thức xấp xi của ham góc xoăn Ø() là hàm bậc nhất:

Áp dụng:

{Eh roan = [0] {Ph xoán = [đ]|N]{4}xozm — LB]{4}xoán (3.6)

(Ø ]xoán = {ry;} = [T]{Bxoan (3.7)

Trong đó: [T] = [D].[B] là ma trận tinh ứng suấtGọi [aman cứng phan tử

[Kyoinle = ƒ„ [BI []IB]du (3.8)

Ö đây ta có {£} = {yy; }uà{£} = [B].{đ} xenVới B ={—-};[P] = [6]

-| Kyoan le — GJ, i =] q,

+

O đây ƒ„ là mô men quán tính độc cực của mặt cắt ngang: [Raa ben kinh dam.

Trong trường hop nếu mặt cắt ngang dâm là hình chữ nhật có các cạnh axb thi:lvới eda hằng số được lay theo bang sau (phụ thuộc vào tỉ số axb):

Bang 3.2 Giá trị hang số c

> Biến dạng uốn trong mặt phẳng xz (do {q}xz = {43,9590 q¡+}")

Áp dụng:

q;12

EJ | 6L

[Kel = 3° L | -12

| 6L

qs6L4L7-6L

2L

Qi;6L |

2L

—6L4°

q3

ds

qsGi

Kuan tính của mặt cắt ngang đối với đường trung hòa

Với Jam mêdRjuán tính của mặt cắt ngang đối với đường trung hòa.

Nếu thiết diện dam là hình chữ nhật có kích thước các cạnh như hình vẽ thì

ab3

- - Nêu tiết diện tròn có bán kính R thì J v=

Từ các kết quả trên ta xây dựng ma trận cứng của phan tử [Krha trận cỡ 12x12

{ {2 q3 qe 45 {¿ op Œ p qio qit (ji2

[EEL 0 0 0 0 0 -EF/L 0 0 0 0 0 ay

9 SET 5

EJ, o 0 o Se gy 2 cọ 0 0 SH (ple 1 i i

El, 0 SEly ũ ũ 0 _ ely 9 °H, ũ cpr3 E E 12

GI GJ

= 0 0 0 ( 0 -== 0 0 q44EI T - i' F : , : 6E, = 0 2E : 0 45

4E1¥

0 ilL q

Trong đó [lna trận chuyển hệ trục tọa độ, là ma trận vuông cấp 12, nó có dạng:

và

là,qsInmrchi phương của trục x

13, cosiniehi phương của trục y

[0][0]

In]

m_

mIn

n

n y"

l cosinrehi phương của trục z trong hệ tong thé x’y’z’

Khi đó:x x:

ñ = [n] bị

Z 2!

(3.18)

(3.17)

Với [n| được gọi là ma trận biên đôi toa độ Nó xác định quan hệ giữa các tọa độ của một

điểm bat kỳ theo các tọa độ khác nhau.Áp dụng điều kiện biên và xác định các tải trọng, cuối cùng ta thu được hệ phương trìnhPTHH:KQ=F(Phương pháp PTHH - Trần ích Thịnh, Ngô Như Khoa) (3.20)Cho phép tính chuyển vị tại bất kỳ điểm nào của khung dam chịu lực

3.2 Các trường hợp tải trọng tác dụng

Việc tính toán các trường hợp chịu tải trọng tác dụng lên xe yêu cầu phải thiết lập một sốđiều kiện ban đầu nhất định Trong quá trình tính toán và phân tích ứng suất kết cấu thânxe, ta can xác định ngoại lực tác dụng lên khung xe khi đang hoạt động, bao gồm:

- Truong hợp uốn quanh trục Z-Z (tải trọng đối xứng).- Truong hợp xoăn quanh trục X-X và uốn quanh trục Z-Z(tai trọng không đối

xứng).

- _ Tải trọng dọc trục xảy ra khi tăng, giảm tốc

- Tai trọng ngang xảy ra khi xe quay vòng lật ngang.

3.2.1 Điều kiện hoạt động của xeDo đây là cuộc dua xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu nên van đề tiêu hao nhiên liệu là tiêuchí hàng đầu để đánh giá các xe khác nhau, theo đó, ban tô chức sẽ tổ chức cuộc thi trênđường đua chất lượng tốt, bằng phăng trong điều kiện cuộc đua tốc độ xe không cao,đường băng phăng, đồng thời khả năng chống uốn ngang của khung xe rất cao, lực dọc

trục và lực ngang nhỏ nên trong giới hạn luận văn này, tác giả chỉ tính toán hai trường

hop ảnh hưởng lớn nhất đến độ bền kết cầu khung xe là trường hợp chịu uốn và xoắn

3.2.2 Các trường hợp tải trọng và hệ số tảiKhi thiết kế xe, cần tính đến các tải trọng tác dụng lên xe hay những tải trọng ảnh hưởngxấu đến kết cấu của xe, nhằm cải tiến thiết kế dé dam bảo an toàn cho người lái va đáp

ứng yêu câu của ban tô chức.

Những thiết kế xe giai đoạn gần đây đều tập trung vào độ bén, chống lại các tải trọngtrong trường hợp xấu nhất được tính đến Trong tính toán thường hay sử dụng tải trọngtĩnh thay cho tải trọng động tác dụng lên xe nhằm đơn giản hóa quá trình tính toán, vì

^

vậy:

Tải trọng động = tải trọng tĩnh x hệ số tải trọng động

Một hệ số an toàn cũng thường được sử dụng:Tải twong đương = tải trọng tinh x hệ số tải trọng động x hệ số an toànHệ số tải trọng động: 2,5 theo Pawlowski 1969 (đối với trường hợp xe buýt)Hệ số an toàn: 1,75 theo Garret 1953 (đối với trường hợp xe buýt)

Ứng suất cho phép:Ứng suất tĩnh x hệ số tải trọng động < 2/3 x ứng suất chảy déo(theo An Introduction

to Modern Vehicle I)esign,]ulian Happian-Smith).

Theo đó thì các trường hợp tai trọng được xem tương đương Ung với điều kiện hoạt độngcủa xe sử dụng trong cuộc đua không phải khắc nghiệt, đường bằng phăng nên tác giả sửdụng hệ số an toàn là 1,5va hệ sô tải trọng động K=1,2

3.2.3 Các trường hợp tải trọng cơ bản

Dé xét các trường hợp tải trong, ta đặt xe trong 1 hệ trục toa độ Oxyz:- _ Trường hợp chịu uốn quanh trục Y-Y

- _ Xoăn quanh trục X-X và uốn quanh trục Y-Y.- _ Tải trọng dọc trục trong trường hợp phanh, tăng tốc, vượt chướng ngại vật, bị kéo

- Chiu lực bên trong trường hợp quay vòng hoặc tác động bên.

3.2.3.1 Trường hop chịu uốnĐộ uốn của khung xe phụ thuộc vào trọng tải, khối lượng của khung xe Đầu tiên ta xétđến các tải trọng tĩnh phân bố dọc khung xe Phản lực từ mặt đường tinh được thông quacác phương trình lực và mô men Đối với đề tài này, các tải trọng tác dụng lên xe gồm:trọng lượng bản thần khung vỏ xe, người lái, động cơ, hệ thống lái Điểm đặt các lực nàyphụ thuộc vào cách bồ trí chung trên xe

Dựa vào tính toán với các thông sô này, có thê xác định được điêu kiện ứng suât trên

khung xe Các tải trọng động khi xe đi trên đường không băng phăng có thể bỏ qua

3.2.3.2 Trường hợp chịu xoănTrường hợp xoăn xảy ra khi một bên bánh xe vượt chướng gại vật hoặc khi quay vòng,lúc này một trục nâng lên hoặc hạ xuống so với bên còn lại Điều này làm khung xe bịxoay quanh trục dọc, có thể gây phá hủy khung xe Trường hợp này khó thiết kế hơn so

với trường hợp chỉ chịu uôn.

Mỗi xe khác nhau chịu tải trọng xoắn khác nhau, phụ thuộc vào cơ khí và hình dáng hìnhhọc và điều kiện hoạt động Đối với xe tham gia cuộc thi tiét kiém nhiéu, tai trong xoanchủ yếu đặt ở hai bánh trước, xảy xa khi xe đi trên mặt đường nghiêng hoặc khi quay

VÒNG.Khi khung xe chịu xoăn, ta giả sử một bên bánh xe bị nâng lên một độ cao “H”, mô menxoăn “T”, tông tải trọng của xe là “P,,).”, phản lực ở bánh xe bên trái “P,” bánh xe bênphải “Pp”, khoảng cách giữa 2 tâm bánh xe là “B”.