Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật Ô tô, máy kéo: Nghiên cứu ảnh hưởng thay đổi độ dài sát xi xe khách Hyundai County đến độ bền kết cấu thân xe

Muc tiêu nghiên cứu- M6 hình hóa kết cầu thân xe Hyundai County- Ung dụng co sở phương pháp phan tử hữu hạn va phần mềm Ansys để tính toán... Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứ

NGUYEN NGỌC THANH

NGHIÊN CỨU ANH HUONG THAY DOI ĐỘ DAISÁT XI XE KHACH HYUNDAI COUNTY

DEN DO BEN KET CAU THAN XE

Chuyén nganh : Kỹ thuật Ôtô — Máy kéoMã số :605235

LUẬN VAN THẠC SĨ

TP HO CHÍ MINH, tháng 07 năm 2012

CONG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THANH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOAĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHI MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS TRAN HỮU NHÂN

On BR BD t© TRUONG KHOA

Tp HCM, ngày 06 tháng 02năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYEN NGỌC THANH Phái: NamNgày, thang, năm sinh: 16/02/1981 Nơi sinh: Thừa Thiên-HuếChuyên ngành: Kỹ thuật Ôtô — Máy kéo MSHV: 1130435

I- TEN DE TÀI: “NGHIÊN CỨU ANH HUONG THAY DOI ĐỘ DAI SÁT XIXE KHACH HYUNDAI COUNTY DEN ĐỘ BEN KET CÂU THÂN XE”II - NHIEM VU VA NOI DUNG:

1 Mô hình hóa kết câu khung xương thân xe.2 Ảnh hưởng của độ dài sát xi đến độ bên cấu trúc thực té của thân xe.3 Tính toán độ bên thân xe trong các trường hợp chịu tải trọng

HI - NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bat đầu thực hiện LV ghi trong quyết địnhgiao dé tài): 06/02/ 2012

IV - NGAY HOAN THANH NHIEM VU: 30/06/ 2012

CAN BQ HUONG DAN CN BO MON(Học hàm, hoc vi, họ tên và chữ ky) QL CHUYEN NGANH

TS TRAN HỮU NHÂNNội dung va dé cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua

Ngày 06 tháng 02 năm 2012TRUONG PHÒNG ĐT — SDH TRUONG KHOA QL NGANH(Học hàm, hoc vi, họ tên và chữ ky)

LỜI CẢM ƠN

RRO DH)

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thé Thay Cô Trường Đại hoc Bách KhoaTp.HCM và các Thay Cô thuộc Bộ môn Kỹ thuật Ôtô — Máy kéo đã tận tình giảngdạy Tôi trong suốt quá trình theo học tại Trường

Tôi xin cảm ơn TS Tran Hữu Nhân đã hướng dan và cho Tôi hướng nghiêncứu hữu ich cùng những lời góp ý rất chân thành dé hoàn thành luận văn này

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

Xin cảm ơn Công ty Tracomeco, Công ty Ô tô Trường Hải đã cung cấp choTôi những tài liệu liên quan đến dé tài nghiên cứu này

Mặc dù đã hoàn thành nhưng Tôi tin chắc không tránh khỏi những thiếu sót,hạn chế trong luận văn nên Tôi mong có được những lời nhận xét góp ý từ phía các

Tháy Cô Bộ môn và các bạn cùng khóa đê luận văn hoàn thiện hơn.

Hoc viên: NGUYEN NGOC THANH

Finite Element Analysis (FEA) is one of the most powerful tools to improve thevehicle structure design processes, recently This research is carried out to investigate thechassis-length effects on the strength of mini-bus structures by using Ansys Based ondifferent chassis-lengths of the practical mini-bus structures, the appropriated finite elementmodels are built by Ansys’s beam elements Static loading in bending and torsion cases arecalculated Chassis-length effects on the strength of the mini-bus structures are fullyobtained by the simulated results Maximum chassis-length of a mini-bus structure can beevaluated based on the vehicle structure strength criterion.

MỤC LỤC

Chương 1: TONG QUANN 25 << << SE E9 Sư gu g0 3g gx 11.1 Đặt vẫn db ccc cecccescsscscescesceessccsccevscsscescescsessesscavscvscescescascaesscecessaceaceaees |1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên €Ứu ¿+ + 2+2 +2 E2 E£E+E£E££EzE+E£E£e£zezererees l

1.3 Mục tiêu nghiÊn CỨU - - - Ăc c2 nghe l

1.4 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của GE tài HH HH Hs 2

1.5 Phuong pháp nghiÊn CỨU << 5 - <5 << c9 ng nh 2

1.6 Tình hình sản xuất ô tô chở khách trên thế giới và Việt Nam 21.6.1 Tình hình sản xuất ô tô chở khách trên thé giới ¿2 s52 =csz se: 41.6.2 Tình hình sản xuất ô tô chở khách ở Việt Nam - c2 5s xxx £sxz 5Chương 2: CƠ SỞ LY THHUYÍÊTT < 55 << <5 S285 4s 5 S4 e9 S2 sex 72.1 Lý thuyết bền về phương pháp phan tử hữu hạn ¿2 s52 £££z£zse: 7807-0777 72.2.1 Trạng thái ứng suất phăng ¿+ SE SE 2121 1 1E 111112111 1111111101 xe 72.2.2 Trạng thái ứng suất khối ¿-¿ ¿ E SE 2121 E1 E11 1125 E1 51111 1 1 ce 82.3 Biến dang wiccccccccccccccccsescscscscsscscscscsessescscsesesssscsescsesssscscsesssssscsesesesesssscsesssaseees 102.4 Liên hệ giữa ứng suất và biến dạng - ¿+ + 12s z1 1 1 E111 z crkd 1]2.5 Liên hệ giữa biến dạng va ChUYEN Vị, - ¿+ + + E22 Sẻ E3 E2 EErkrrrrrred 122.6 Ứng dụng phan tử hữu hạn trong tính toán dầm . ¿2 5 2 se £sczxe: 14

2.6.5.3 Lực tập trung PQ, HH nọ ng nh 20

2.6.5.4 Ngau lực có mômen M 2 2 1222221211110 0101 e7 20

2.6.6 Tinh moment uốn va lc Cắt - -c- + s12 S11 E322 SE ng skg 21

2.8 Giải bài toán kết cầu băng phương pháp phan tử hữu hạn . - 24

COUNTY 5 464.1 Phân tích tai trọng tác dụng lên thân xe - - 5S S S512 3 kg 46

4.1.1 Hệ số tải trọng tác MUNG T111 ST TT nà 46

4.1.2 Các trường hop tác dụng của tal trỌNE ceeneesneeeeeseeeeeeeececeeceeceeeeeeeeeaes 46

4.1.2.1 Trường hợp chịu uốn (tải trọng đối xứng trục) - 5-5 <csssssssscs2 494.1.2.2 Trường hợp chịu xoắn (tải trọng không đối xứng trục) -. 5-5-5: 50

4.1.3 Kết hợp các trường hop tác dụng của tải trọng - 5s cccccccecscsce2 514.2 Sự phân bố tải trọng lên kết cau thân xe Huyndai county - 514.21 Trường hợp chịu uốn (tai trọng đối xứng) -. ceeesesceesceseceeseseseeees 514.2.2 Trường hợp chịu Xoăn - - ¿+ SE SE E121 25E5 5111111111 51111115111 111 te 554.3 Sự phân bó tai trọng lên kết cau thân xe Huyndai county khi nối dài sát xi 584.3.1 Thông số kỹ thuật 6 tô sát xi nối dài -¿- ¿+ 2 ++*+zc+E+E+E£x£zEzEevrersrzree 584.3.2 Tai trọng tác dụng lên kết cầu thân xe Huyndai County khi nối dài sát xi 584.4 Xây dựng mô hình kết cau băng phương pháp phan tử hữu han 594.4.1 Điều kiện biên cho các gối tựa thân xe cQnnn HH HH cv 594.4.2 Mô hình phan tử hữu hạn kết cấu thân xe Hyundai county - 59Chương 5: PHAN TÍCH KET QUA TÍNH TOÁN 5 5-5 <5 «ss«e 605.1.Trường hợp chưa nối dài sát-Xi - +: 25+ E221 S2 EEE121 E5 E511 5 5E EEcee, 605.1.1 Kết quả tính toán trường hợp thân xe chịu uốn 5-2 2 2+ +s+s£z£s£zs2 605.1.2 Kết quả tính toán trường hợp thân xe chịu xoắn ¿-¿ 2 + 5s sc< x2635.2 Trường hợp nối dài sát-xi L.=5 10(mm) -. ¿2-2 2 + 2222 2£zEzE+E£££zesed 665.2.1 Kết quả tính toán trường hợp thân xe chịu uốn - + 2 2s 2 x+s+s£+szsce2 665.2.2 Kết qua tính toán trường hợp thân xe chịu xoăn khi nối dài sát xi 695.3 Tính toán chiều dai sát xi cực Gai eeseeseessessessessesseseeseseesueseseesecseeseesesneseeeed 72

5.4 Nhận Xét: -cQ Q0 Q11 HH TT HH TT TH TH TH T0 T0 0 008 56 78

Chương 6: KET LUẬN VA HUONG PHAT TRIÊN 5-< s55 << <2 796.1 KẾT luận G2 119191111 51 0121 11 11 5110 H1 10H TT TH TH nu HH net 706.2 Hướng phát triỀn ¿- - ¿+ E151 1 1 5 515151 515151111111 5111111111111 1111 re 79

Phu lục:

TAI LIEU THAM KHAO

CHUONG 1: TONG QUAN

1.1 Đặt van đềTrong những thập niên gan đây, các doanh nghiệp sản xuất 6 tô ở Việt namcũng như một số quốc gia Châu Á khác vẫn chế tạo thân xe dựa trên kỹ năng vàkinh nghiệm thực tế là chính Với sự phát triển khoa học kỹ thuật và nhu cầu sảnxuất hàng loạt cần phải tính toán phù hợp để giảm thời gian chế tao và chi phí vậtliệu mà vẫn đảm bảo an toàn Vì vậy mà cho đến ngày nay vẫn còn nhiều van dé tonđọng cần được tính toán, một trong những van dé đó là tính toán độ bên và tối ưuhóa kết cầu khung xương thân xe khách

Thực tế, đây là bài toán mà các doanh nghiệp sản xuất ô tô trong nước đangnghiên cứu giải quyết trong việc đóng mới cũng như cải tạo thân xe Điển hình,

Công ty cơ khí-Xây dựng giao thông Tracomeco đang đóng mới thân xe dựa trên

nền chassis County được nối dài thêm một đoạn Bằng phương pháp phần tử hữuhan, phần mềm Ansys sẽ tính toán và mô phỏng ứng suất và chuyển vị của thân xekhi nối dài sát xi Với tính cấp thiết này tác giả chọn đề tài: “NGHIÊN CỨU ẢNHHUONG THAY BOI ĐỘ DAI SÁT XI XE KHÁCH HYUNDAI COUNTY DENĐỘ BEN KET CÂU THÂN XE”

1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứuÔ tô khách Huyndai County 29 chỗ ngồi được nối dài sát xi Dé tài sẽ tậptrung giải quyết các van dé sau: Phân tích đặc điểm kết câu khung xương 6 tôkhách Phân tích các trường hợp tải trọng tính toán Mô hình hóa kết cau khungxương ô tô khách Hyundai county và ứng dụng phần mềm Ansys để tính toán vàphân tích kết quả

1.3 Muc tiêu nghiên cứu- M6 hình hóa kết cầu thân xe Hyundai County- Ung dụng co sở phương pháp phan tử hữu hạn va phần mềm Ansys để

tính toán.

Trang 2

- _ Xác định các thông số làm cơ sở dé đánh giá độ bên- _ Đánh giá sự thay đổi các thông số trên khi nối dai sát xi.- Dé xuất phương án thiết kế tối ưu

1.4 Y nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tàiĐề tài nghiên cứu ảnh hưởng độ dài sát xi xe khách Hyundai county đến độbên kết cau thân xe thực chất là nghiên cứu khi nối dài sát xi xe khách thì các thôngsố tính toán sẽ ảnh hưởng đến độ bên kết cau thân xe Tối ưu các thông số tính toándé dé xuất phương án thiết kế tối ưu

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu của đề tài là lý thuyết kết hợp với thực tế sản xuất.- _ Nghiên cứu lý thuyết tính toán bền kết cấu, ứng dụng tính toán bên kết

cấu trên phần mém Ansys.- Thu thập các số liệu từ thực tế tại các nhà máy sản xuất, chế tạo xe khách

Phân tích và tính toán kết cau khung xương xe khách dang được nghiêncứu chế tạo, khảo sát và đánh giá các thông số, cũng như để so sánh cáckết quả giữa lý thuyết và thực nghiệm

1.6 Tình hình sản xuất ô tô chở khách trên thế giới và Việt nam1.6.1 Tinh hình sản xuất ô tô khách trên thé giới

Sản xuất ô tô trên thế giới ngày nay tăng vượt bậc, ô tô trở thành một phươngtiện vận chuyển vô cùng quan trọng hành khách và hàng hóa cho ngành kinh tếquốc dân Đồng thời trở thành phương tiện giao thông tư nhân ở các nước có nềnkinh tế phát triển

Đề nắm rõ được vị trí của ngành Công nhiệp ô tô Việt nam trên bản đồ thégiới và trình độ công nghệ sản xuất ô tô ở Việt nam, trước hết cần biết rõ hiện trạngngành công nghiệp ô tô thế giới Hiện nay, trên thế giới nền công nghiệp ô tô thếgiới chủ yếu tập trung ở các vùng sau: Mỹ, EU, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc

Với kinh nghiệm nhiêu năm, các tập đoàn ô tô lớn luôn chiêm được thị phần cao

trong tổng số xe tiêu thụ hàng năm trên thế giới Nhăm đáp ứng được các tiêu chuẩnvề môi trường, an toàn khắc khe của các nước và nhu cau ngày càng cao của ngườitiêu dùng về tiện nghi, chất lượng, giá thành, mẫu mã đã buộc các nhà sản xuấtphải không ngừng nâng cao, phát triển công nghệ, sản xuất, quản lý Điều đó chínhlà động lực trực tiếp khiến cho ngành công nghiệp 6 tô trên thế giới phát triển nhanhchóng sáng tạo mẫu mã, quảng bá thương hiệu, đảm bảo phan thiết kế kiểu dáng, bốtrí chung toàn xe, trực tiếp sản xuất các phan khung vỏ, sát xi, lắp ráp và kiếmnghiệm đánh giá chất lượng tổng thể đảm bao các tiêu chuẩn về môi trường và antoàn Đề mở rộng thị trường, xâm nhập các thị trường tiềm năng trên thế giới, buộccác hãng ô tô lớn phải xây dựng hệ thống sản xuất linh kiện, phụ tùng vệ tinh.

Với một hệ thông rộng lớn, các hãng ô tô muốn sản xuất quản lý tốt luônđảm bảo chất lượng sản phẩm bán ra thị trường là đồng đều thì buộc các nhà sản

xuất không ngừng áp dụng triệt dé các tiễn bộ khoa học công nghệ trong mọi khâu

từ nghiên cứu đến sản xuất Hơn nữa, giữa các nước có nên ô tô phát triển phải cùngthống nhất đưa ra các tiêu chuẩn về môi trường, an toàn chung hoặc các tiêu chuẩntương đương nhau Hầu hết các tập đoàn ô tô lớn trên thế giới có bề dày lịch sử lâuđời trong ngành công nhiệp ô tô thế giới đều xây dựng cho mình một hệ thống quảnlý các mau mã, cum tổng thành, chi tiết cau thành lên sản phẩm, một cách chặt chẽ,day đủ va liên tục Các nhà sản xuất linh kiện, phụ tùng vệ tinh muốn tham gia vàohệ thống sản xuất của các tập đoàn lớn thì phải đáp ứng đúng các tiêu chuẩn mà nhàsản xuất chính đặt ra cho linh kiện phụ tùng đó

Chỉ nhờ có hệ thống quản lý về công nghệ, sản xuất chặt chẽ, hợp lý mớigiúp các nhà sản xuất lớn không ngừng nâng cao chất lượng sản phâm, mở rộng thitrường và kiểm soát được các dòng sản phẩm của mình trên thị trường Đồng thời,các nhà sản xuất mới xây dựng mạng lưới bảo hành, bảo dưỡng, cung cấp phụ tùngthay thế rộng khắp, nhanh chóng Nhờ đó các nhà sản xuất lớn mới đáp ứng đượcmọi nhu cầu khách hàng một cách nhanh chóng, tạo ra ưu thế thuận lợi cho sảnphẩm của mình trên thị trường Tuy nhiên, các tập đoàn ô tô lớn trên thế giới họphân tích và lựa chọn thị trường để đầu tư cho các nhà cung cấp phụ tùng, linh kiện

Trang 4

rất kỹ càng Đối với thị trường Việt nam trong thời gian qua còn nhỏ, chưa pháttriển, thuế suất còn cao khiến chi phí sản xuất lớn là một trong những nguyên nhân

mà các nhà sản xuât chưa dau tư nhiêu vào thị trường Việt nam.

Bên cạnh Việt nam, các nước ASEAN như: Thái lan, Philipin, Malaysia đã

phát triển mạnh công nghiệp phụ tùng theo cơ chế BBC và từng bước nâng caonăng lực thiết kế và thử nghiệm sản phẩm Cơ chế BBC vừa cho phép luân chuyểnphụ tùng của cùng chủng loại xe giữa các công ty con của cùng công ty mẹ với thuếưu đãi Cơ chế này đã tận dụng chất lượng quản lý, khả năng tiếp thị và chuyền giao

công nghệ của các tập đoàn ô tô hàng đầu tạo nhiều việc làm và tăng giá tri xuất

khâu đáng kế cho công nghiệp phụ tùng của các nước tham gia cơ chế này Ngoài rabên cạnh Việt nam còn có Trung Quốc với thị trường rộng lớn, có ngành công ngiệpô tô đang phát triển mạnh mẽ đã hòa nhập vào công nghiệp tiên tiễn của thế giới vềkỹ thuật, công nghệ, quản lý và tiếp thị đã tạo ra dòng sản phẩm có mẫu mã đa

bằng đâu nối và các bu lông liên kết, vỏ bọc bằng các tam hợp kim nhôm,một số bộ phận bằng composite

Kết cầu khung vỏ theo phương án | có giá thành hạ, có độ cứng vững và tính

công nghệ cao nên được áp dụng rộng rãi nhât.

Kết cấu khung vỏ theo phương án 2 có trọng lượng nhỏ nhưng công nghệchế tạo phức tạp, thường áp dụng cho xe khách cỡ nhỏ và cỡ trung

Kết cau khung vỏ theo phương án 3 có ưu thế trong công nghệ lắp ráp vìkhông phải áp dụng công nghệ hàn Tuy nhiên kết cau theo phương án này có giáthành cao, nên chỉ sử dụng cho các xe cao cấp.

1.6.2 Tình hình sản xuất ô tô khách ở Việt NamSo với nên công nghiệp ô tô thế giới, công nghiệp ô tô Việt nam còn rất nontrẻ Nhờ chính sách đổi mới, mở cửa nên kinh tế của chính phủ, Việt nam đã có mộtsố cơ sở sản xuất lắp ráp các loại xe con, xe khách, xe tải, một số doanh nghiệp tưnhân và 11 liên doanh có vốn FDL Các cơ sở này chủ yếu lắp ráp sản xuất phục vụnhu cau trong nước Trong những năm gan đây, đặt biệt thời điểm giai nhập WTOđã đến, Việt nam đã từng bước xây dựng ngành công nghiệp ô tô, thu hút một sốvon dau tư nước ngoài, từng bước tiếp cận với công nghệ tiên tiến và phương thứcquản lý hiện đại trên thế giới

Những năm gan đây, nên kinh tế Việt nam phát triển mạnh mẽ, nhu cau vềphương tiện đi lại tăng mạnh Đặc biệt là chủ trương loại bỏ xe cũ, đổi mới phươngtiện chuyên chở hành khách liên tỉnh và trong thành phố Các nhà sản xuất ô tô lớntrên thế giới đã bắt đầu chú ý đầu tư vao thị trường ô tô Việt nam nhiều hơn Cácnhà sản xuất ô tô nước ngoài không chỉ có chú ý đến thị trường xe con (6-8 chỗ) màđã bat đầu liên doanh sản xuất lap ráp các loại xe khách như hãng: Mercedes,Daewoo với các dòng xe đa dạng gồm cả xe khách và xe buýt phục vụ giao thôngcông cộng tại các thành phố lớn Các liên doanh không ngừng trang bị các dâychuyên lắp ráp hiện đại, mở rộng mạng lưới bảo hành bảo dưỡng trên khắp cả nước,điều đó đã tạo ra được một bước phát triển mới cho ngành công nghiệp ô tô Việtnam trong những năm gan đây

Đôi với những cơ sở có chủ yêu vôn của nhà nước Việt nam được phát triêntừ những cơ sở sửa chữa trung đại tu ô tô Hình thức này có từ vài chục năm trướcmang tính chat cục bộ, rời rac, chap vá, thiêu những công nghệ phụ trợ cơ bản Caccơ sở chủ yêu làm việc theo cơ chê nhà nước bao câp vì vậy không có động lực phát

Trang 6

triên, cải thiện, nâng cao chat lượng sản phâm Đên nay, nhiều cơ sở hoạt động theo

phương thức này đã bị giải thể

Về công nghệ sản xuất khung vỏ ô tô khách ở Việt nam: hiện tại việc sản

xuất khung vỏ ô tô khách đang thực hiện theo cả 3 hướng như các nước đang áp

dụng:

- Sản xuất ô tô khách theo công nghệ truyền thống có khung xương bằngthép, bọc vỏ băng tôn, có thể có một số phần vỏ được bọc bằng composite Cácphân được bọc băng composite thường là mảng đầu, mảng đuôi, mảng nóc xe vàcác cốp chứa hàng Phương án này được áp dụng tại công ty ô tô 1-5, Công ty ô tô

3-2, Công ty ô tô Samco, và các cơ sở sản xuât lap rap ô tô khách trong nước.

- Khung xương băng thép dập định hình, bọc vỏ băng tôn áp dụng tại nhà

máy 6 tô Ngồ Gia Tự, Tracomeco

- Khung xương bằng hợp kim nhôm định hình theo module định hình hóa.Theo phương pháp nay, các thanh khung xương liên kết với nhau bang các khớp nốivà bu lông Các tam hop kim nhôm được liên kết với khung xương bang các bulông và bằng phương pháp dán keo Phương án này được triển khai tại công ty liên

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYET

2.1 Lý thuyết bền về phương pháp phan tử hữu hạn

Phương pháp PTHH là một phương pháp số, sử dụng trong nhiều lĩnh vực kỹthuật khác nhau, trong đó có lĩnh vực cơ học kết cau Tư tưởng của PTHH là chiavật thể ra thành một tập hữu hạn các miền con liền nhau nhưng không liênkết hoàn toàn với nhau trên khắp từng mặt biên của chúng Trường chuyếnvị, biến dạng, ứng suất được xác định trong từng miền con Mỗi miền đượcgọi là một PTHH Dạng phan tử có thé là thanh, thanh dầm, tam, vỏ, khối Cácphân tử được nối kết với nhau qua các nút

2.2 Ứng suất.2.2.1 Trạng thái ứng suất phẳng

Xác định ứng suat trên mặt cat song song trục z và có pháp tuyên tao với trục

x một góc 0 Trên mặt nghiêng (pháp tuyến n) có các ứng suất:

On =O, COS O+0,, sin’ Ø+27,„sin Ø cos Ø

2 2

T,, =—Ø,„ cOsØsinØ +ơ sInØcosØ +7, (cos“Ø—sin“Ø) (2.1)

Ø, =—Ø,„ sin” Ø + Ø „ cos’ Ø— 27, „cos Ø sind

Đặt n, =cos0; n, = sin @;t, = cos A;t, =sIn 4với 2=90° +6 nên ta đặt Í, =—n,;f, =n,

n t O Ty

Dưới dang ma trận : {n} = ag = ND = ‘ 5 | (22)

Do định luật đối xứng ứng suất tiếp [o]’ =[ø]

o,, ={n) [o]{nt (23)

Trang 8

Ta có vec-tơ ứng suất trong hệ tọa độ bat ky

{Snf=lol{n} (24)

S =o +Tx 1, ý (2.5)S, =T,,.N, +O,,N,

Nhu vay, ta xác định được giá tri va phương ứng suất chính như sau: {S}=|øl{p?

Ung suat tiép: 7y = sve, +0,) +40", (2.10)

Kết luận: Nghiệm riêng của ma trận ứng suat là ứng suât chính

Vec-tơ riêng của ma trận ứng suât là phương ứng suât chính

2.2.2 Trạng thái ứng suất khốiTương tự như trạng thái ứng suất phăng ta có:

T yz

Ory |

lơ, 0 0Ì

0 Ø, 0| 0 0 Oo, |

- Nghiệm riêng của ma trận ứng suât chính

Px

4

PPz

(2.11)

(2.14)

Pyr„ |p, p=0 (2.15)

P,

- Vec-to riêng của ma trận ứng suất là phương trình ứng suất chính

Ø

Tuy

zw7

yx

Oo

0 =+ (2.16)

T_ O

xz xx xz

Nhu vậy, giải phương trình (2.16) ta xác định được

- Ung suất chính của trạng thái ứng suất khối là 01,02, 03

Øi~Ø, — —2 2 2

u(x,y,z)= x—x

V(x,y,z)}=y—y (2.18)W(%,y,Z)=£ —£

2 z ` ` <A + ^ cA T

Ta có các thành phân biên dang tại một điêm: [z] =| é,, Ey En Vy Voz 7+ |trong đó é,, £„ &,,la thành phân biến dạng dài tương đối theo phương các ứng suấtchính Và 7„„ 74 7„ là các thành phân biến dạng góc do các ứng suất tiếp gây ra.Các thành phần biến dạng này cho phép chúng ta xác định kích thước và hình dángtại một vị trí trên vật thể dưới tác dụng của tải trọng

2.4 Liên hệ giữa ứng suất và biến dạng

Trong giới han đàn hỏi, theo định luật Hooke, ta có mối quan hệ giữa ứng

suât và biên dạng như sau:

Trong đó, E là môđun đàn hôi, v là hệ sô Poission, G la môđun dan hôi trượt

Ta có môi liên hệ giữa G, E, v như sau

(2.20)

Mối quan hệ giữa ứng suất và bién dạng được thể hiện trong ma trận sau:

{e} = [C]{5} => [8] = ICI “{e} nên {ø} = [D]{e}

Trong đó [ồ|` =[o,, ø ơ, 7y TT, Ty] (2.21)JY 4 y

Trang 12

Ma trận đàn hỗi [D]

l-v Ù Dv 0 0 0 |

1-2v 1-20 1-—2vD l-v D 0 0 0I-2D I-2U0 1-—2v

Ĩ D D l-v 0 0 0

[P]=; I-2U I-2U 1-20 (2.22)

"TH gg 0 — 0 0

2|0 0 0 0 = 0

2

|0 0 0 0 0 =

L 2 |

T

ph tiiiiidđ (2.23)

Ta có các thành phan ứng suat[o]'=[o, øơy„ 7, | (2.24)

Xét điểm M bat kỳ có toa độ (x,y,z) Do biến dạng, điểm M chuyền tới M' (hình)Ta gọi MM": là chuyển vị toàn phan của điểm M

Hình chiêu của chuyên vi toàn phân MM’ lên 3 trục tọa độ là u, v, w là các

chuyển vị thành phan Và chúng là hàm số của toa độ điểm.Do vật thể bị biến dạng, các điểm có chuyển vị nên một đoạn nhỏ vô cùng cóphương nao đó qua điểm khảo sát cũng bị biến dạng co ngăn hoặc dan dài ra , cũngnhư vậy các góc vuông tạo bởi hai đoạn thăng góc nhau tại điểm khảo sát cũng sẽkhông còn vuông nữa Ta nói rằng tại điểm khảo sát có biến dạng dài và biến dạng

góc với các chuyên vi thành phân.

Tổng quát, trong bài toán 3 chiều, ta có liên hệ giữa biến dang dài và bién dạng

góc đôi với các chuyên vi thành phân sau:

€1 _* ou

“Ox & Ox Oy

2-2 y= ON (2.27)Oy Oy oO

Vo O/ Oz 0 O/ Ox

o=-—y (2.29)

oO

_= 2.30

2= (2.30)Phương trình độ võng:

dy = M (2.31)dx’ EJ

Trong đó: ; là ứng suất pháp ; là biến dạng dài, M là mômen uốn nội lực trên mặtcắt ngang, v là độ võng của trục x và J là mômen quán tinh của mặt cắt ngang đốivới trục trung hoà (trục z di qua trọng tam mặt cắt ngang)

2.6.2 Thế năngNăng lượng biến dạng trong một phan tố có chiều dai dx được xác định bởi:

U=> J eal = Jas (2.34)

Thê năng I] cua dam duoc xac dinh boi:

1ƒ dv) F

IIE sf đc | mác 2.P.V, “LM inP(2.35)

Trong đó: p là tải trọng phân bố trên một don vi dai; P, là lực tập trung tại điểm kp:

M „là mômen của ngẫu lực tại điểm km; v„ là độ vống tại diém kp và Ø„„ là góc

xoay của mặt cắt ngang tại km

2.6.3 Ham dang Hermite

Gia sử ta chia dầm thành bốn phan tử như Hình 2.3, mỗi phan tử có 2 nút;

mỗi nút có 2 bậc tự do Hai bậc tự do của nút i được ký hiệu là Q>;.; va z; Trongđó Ø@»¡¡ là độ vống: Ở;; là góc xoay.

QO là véctơ chuyển vị chung:

Q=[OI, Q2, O; Qiố (2.36)

Bồn bậc tự do địa phương của mỗi phan tử được ký hiệu bởi: g = [đi,q›, 93 qa]’ trong đó: gj, g3 là độ võng va qo, gy là góc xoay

Hình 2.3 Rời rạc dâm bằng phần tử hữu hạn

Các hàm dạng dé nội suy chuyên vị trên một phan tử dầm sẽ được xác định theo ¿ ;

trong đó —1<¿ <1.

Các hàm dạng đối với phần tử dầm khác với các hàm dạng mà ta đã biết trong cácchương trước Vì có cả chuyển vị ngang (độ võng) và góc xoay do đó chúng ta đưa

vào hàm dang Hermite như sau:

H; =a; + bí + c¿2+ die’; với (i = 1,2,3,4) (2.37)

Cac ham dang Hermite thoa man cac diéu kién:

H; H,’ H; H,’ Hạ H3’ Hà H¿'é=-] | 1 0 0 | 0 0 0 0

é= 1 0 0 0 0 | 0 0 l

Các hệ sô a, b, c; và d; được xác định nhờ các điêu kiện trong bảng trên.

Kết quả cho ta:Hị =(1-¿7{2 + ¿}⁄4=(2-3¿ + 2)A

H;,=(1-¿} (1+ ¿)4=(1-¿-¿ + 2)AHy = (1 + ¿(2 - ¿}⁄4= (2+3: - ¿}⁄4H,=(1+ ¿J/(¿- 1⁄4=(-1-£+ ¿+4

Biểu diễn hình học các hàm dạng như Hình 2.14:

(2.38)

H2

lở 0 11 ð1 ¬ g 1

NH4

H3 N ;

95 0 4 Oe |

Hình 2.4 Ham dang Hermite

2.6.4 Ma trận độ cứng phan tử của dam

Trước hết, ta sử dụng các hàm dạng Hermite trên để xây dựng biểu thứcchuyển vị v(¿):

Mặt khác:

hé dao ham sau:

Chú ý rang (dv/dx) tại nút 1 và nút 2 chính là đ; va qq, suy ra:

Trang 18

l l

v(¿)= Ha, + Hàđ; + #1345 + 44shay viết dưới dạng cô đọng:

v=HqTrong do:

cudi cùng ta thu được:

1U

“ 2—q'k°qTrong do k* là ma trận độ cứng của phân tử dâm e e

| 12

6Ïé

—126Ïé

6l,Al.61,

21é—12~ 61,12~ 61,

61, |

2]6l,

Alé

(2.48)

(2.47)

2.6.5 Quy đổi lực nútCác dạng tải trọng tác dụng gây uốn trên phần tử dầm như chỉ ra trong Hình 2.5

Hình 2.5 Các dang tải trọng gây uốn trên phan tử dam

Việc quy đôi các tải trọng này vê nút được thực hiện như sau:

2.6.5.1 Lực phân bố đều, cường độ p (Hình 2.5a)

Mỗi nút phan tử có hai chuyên vi theo x,y và một góc xoay Ta ký hiệu véctơchuyển vị nút của phan tử bởi:

Trang 22

Ta qui ước hệ toa độ địa phương (x’, y’) sao cho x’ hướng dọc theo phan tử

khung với các cosin chỉ phương / = cos# và m = sIn0.

Trong hệ toạ độ địa phương, véctơ chuyển vị nút được xác định bởi:

q' = [du d > dx G4 q 5 gel’ (2.61)

Chú ý: 93 = @ ; 96 = đø ta tìm được biéu thức quan hệ giữa g vag’:

q = Lq (2.62)Trong đó:

-l moO 0 0 0|

—m 1 0 0 0 00 0 / 0 00L= (2.63)

0 00 7 m 00 0 0 -m 1 0_0 00 0 0 7

O đây, ta coi g2, g „ g s q¿ như các bậc tự do của một phân tử dâm chịu uôn; còn

đì và g's giông như các chuyên vi của một phân tử thanh chịu kéo hoặc nén

Tông hợp các độ cứng theo đúng vi trí cần có, ta xác định được ma trận độcứng của phân tử khung như sau:

| | |Ũ _— W Ke reo TUR’ L _— Tee

ca! 2” g (2.65)

trong do:

kˆ=LTk°L (2.66)là ma trận độ cứng của phan tử trong hệ toa độ chung (x, y)

Trong các chương trình phan tử hữu han, trước hét ta xác định ma trận k”,sau đó tiên hành nhân các ma trận ở trên dé được k*.

PI’.12

` %

Hình 2.17 Qui doi luc phân bo về nút

Nếu trên khung có tải trọng phân bố tác dụng

x | |e

12,76 |«— TKy —>| T3.T7

Hình 2.5: Thứ tự các bậc tu do phần tu BEAM4

Bảng 2.1 : thông số BEAM4

Tt Kí hiệu Mô tả

1 AREA Dién tich mat cat ngang

2 [ZZ M6 men quan tinh theo truc Z3 IYY Mô men quán tính theo trục Y

4 TKZ Bé day theo truc Z5 TKY Bé day theo truc Y

6 THETA Hướng theo trục X

7 ISTRN Bién dang ban dau8 IXX Mô men xoăn ban đâu9 SHEARZ Độ võng theo phương Z ( di chung với IZZ, nêu SHEARZ=0,

không có độ võng của phan tử theo hướng Y)10 SHEARY Độ võng theo phương Y( đi chung với I, nêu SHEARY =0, không

có độ võng của phần tử theo hướng Z)11 SPIN Tân sô góc

12 ADDMAS Cộng vào đơn vị chiêu dài

Bang 2.2 : mô tả dau ra phan tử BEAM4

Ký hiệu Mô tả O R

EL Sô phân tử Y YNODES Sô nút phân tử (I và J) Y YMAT Vật liệu của phân tử Y Y

VOLU: Thê tích phân tử - Y

XC.YC,ZC Báo cáo vị trí kết quả Y 3TEMP Nhiệt độ ở trong vùng của các điểm Y Y

EPTHDIR Biến dang nhiệt ở diém cudi 1 1

EPTHBYT Bién dang uôn do nhiệt của phan tử dâm theo hướng 1 1

Trang 26

2.8 Giải bài toán kết cầu bằng phương pháp phan tir hữu hạn

[BÁT DAU |

1Mô hình hình hoc đơn gian }*#——_Tinh chất, khái

Mô hình phan tử hữu han

No

Đặt tai trong điều

kiện biên khôngphù hợp

Ỉ

11Dat tai trong diéu kién bién Yes

Giai bai toan

Phân tích kết qua |_ŠÊLu2 khong OK

| Kết quả OK

KÉT THÚCHình.5.6.Sơ đồ giải thuật giải bài toán kết cấu bằng phương pháp phan tử hữu hạn

Sơ đồ thé hiện quá trình giải bài toán kết cau băng phương pháp phan tử hữuhạn gồm có các giai đoạn, từ giai đoạn bắt đầu đến giai đoạn kết thúc Giai đoạn môhình hình học đơn giản là giai đoạn tạo ra mô hình hình học bang các điểm(keypoints), các đường (lines), các mặt (areas), thể tích (volumnes) phù hợp với tínhchất, khái niệm của mô hình thực tế Giai đoạn mô hình phần tử hữu hạn là giaiđoạn chia lưới mô hình hình học thành các phần tử rất nhỏ hữu hạn, nút (node) vàphân tử (element) sẽ được tạo ra trong giai đoạn nay Đặt điều kiên biên để giới hancác bậc tự do, các tải trọng lực tập trung, tải trọng lực bé mặt, tải trọng lực quántính Giải các phương trình tính chuyển vị và ứng suất cho ra kết quả cuối cùng

CHƯƠNG3: PHAN TÍCH KET CẤU THAN XE BUÝT

3.1 Các loại thần xe3.1.1 Dạng chassis rời

Đây là dạng kết cầu mặc dù đã xuất hiện vào những năm 1920 nhưng nó vẫnđược phát triển và đưa vào sử dụng cho đến ngày nay, đặc biệt phù hợp với trình độcông nghệ ở Việt Nam do có những ưu điểm sau:

e Tính công nghệ cao, có khả năng chế tạo với trình độ công nghệ tươngđối thấp

Phù hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ do chỉ phí sản xuất thấp.Cho phép lắp lẫn nhiều dạng thân xe trên cùng một loại sát xi

Cho phép xem sát xi như một bộ phận riêng biệt với thân xe.

e Hình dáng kết cau sát xi cho phép lắp hệ thống treo dễ dàng.Nội lực sinh ra trong các chỉ tiết sát xi bao gồm:

e Mômen uốn theo chiều ngang của chỉ tiết.e Mômen xoăn theo chiều dọc của chỉ tiết trong mặt phăng khunge Luc cắt theo hướng vuông góc mặt phắng khung

Các chi tiết trong khung có mặt cắt ngang dạng chu tuyến hở dẫn đến khả năngchịu xoăn thấp Hon nữa, các mối nối ghép chữ T băng đỉnh tán làm giảm sự truyềnmômen uốn từ các dau cuối của chi tiết thành mômen xoắn tác dụng lên chỉ tiết và

ngược lại.

Trong trường hợp thân xe có độ cứng cao thì bản thân nó sẽ chịu hầu hết mômenxoăn Điều này dẫn đến hậu quả là làm rạn nứt hay phá huỷ các mối ghép do sựtruyền tải trọng tác dụng giữa thân xe và khung sát xi Để cải thiện vẫn đề này

người ta đưa ra các biện pháp sau:

e Lắp thêm đệm dan hồi

e Gia cường độ cứng khung sát xi.

Trang 30

3.1.2 Các dạng kết cau hiện daiCác dạng kết cau sử dụng quy cách vật liệu có mặt cắt ngang dạng chu tuyếnkín được sử dụng nhiều Đối với dạng quy cách vật liệu thành mỏng mặt cắt ngangdạng chu tuyến kín, đặc trưng hình học mặt cắt ngang hay còn gọi là độ cứng xoăn

Kết cau thân xe sử dụng loại vật liệu dạng chu tuyến kín được sử dụng va chếtạo rất nhiều dạng kết cầu khác nhau Trong đó, kết cầu dạng thanh liên kết bồ trichéo tam giác ở 2 mảng bên rất thuận lợi trong việc chế tạo thân xe buýt bởi vì cácmảng tôn phía ngoài có thé trực tiếp lắp ráp vào khung xương Đông thời kết caudạng này phù hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ do chi phí đầu tư trang thiết bịchế tạo thấp

Ngoài ra còn có các dạng kết cau khác:Nguyên khung: phù hợp với xe đua vì là dạng kết cấu vỏ chịu lực nên hạnchế không gian bồ trí cửa

Kết cau mang sàn dạng phăng được làm từ thép tam có gia cường hờ cácthanh dọc, ngang có mặt cắt chu tuyến kín, do đó có khả năng chịu tải trọng uốn vàxoăn cao, phù hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ, có khả năng thay đối kiểu dángthân xe lắp bên trên

Trước nhu câu thị trường ngảy tăng cao, đòi hỏi sản xuất phả đáp ứng vàtăng dần đến quy mô sản xuất hàng loạt Một số dạng kết câu thân xe hiện đại đượcphát triển như:

Khung xương dạng tổ chim, các thanh dầm khung xương được chế tạo từthép tắm dập định hình và được ghép nối với nhau bằng phương pháp hàn Tuynhiên, kết cầu dạng này không có khả năng chịu cat cao Dé khắc phục người ta tíchhợp các mang vỏ bên ngoai vào khung xương tạo thành một khối hợp nhất nâng caokhả năng chịu tải trong kết cấu

Dạng kết cau tích hợp: đây là dạng kết cấu liền thân, không có chassi, toànbộ kết cấu thân xe được chế tạo từ thép tam dập định hình, sau đó được han điểm(công nghệ hàn chủ yếu) để ghép với nhau Khả năng chịu tải trọng xoăn kết cấu

dạng này tăng lên rất cao so với loại chassi thân rời và được chứng minh băng thực

nghiệm bởi Swallow (1938).

3.2 Phân tích đặc điểm kết cau khung xương ô tô khách County.3.2.1 Thông số kỹ thuật ô tô County

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật xe ô tô CountyTT | Thông tin chung Đơnvị | Giá trị các thông số

1 | Loại phương tiện: - Ôtô khách

1.1 | Nhãn hiệu, số loại - ~ runCRDi

1.2 | Công thức bánh xe - 4x2R

1.3 | Số chỗ ngồi cho phép chỗ 29

2 | Thông số về kích thước2.1 | Kích thước bao (Dài x Rộng x Cao) mm 7080 x 2035 x 27552.2 | Chiều dài cơ sở mm 4085

2.3 | Vết bánh trước mm 17052.4 | Vết bánh sau mm 14952.5 | Vết bánh xe sau phía ngoài mm 1745

2.6 | Chiều dài đầu xe mm 11902.7 | Chiều dài đuôi xe mm 18052.8 | Khoảng sáng gầm xe mm 1952.9 | Góc thoát trước/sau độ 18/12

3 | Thông số về trọng lượngTrọng lượng bản thân kG 4050

3.1 | - Phân bố lên trục trước kG 2060

- Phân bố lên cầu sau kG 1990

3.2 | Số người cho phép (kể cả người lái) Người 29

Trọng lượng toàn bộ kG 6660

°° - Phân bố lên trục trước kG 2560

Trang 32

- Phân bố lên cầu sau kG 4100

4 | Thông số về tính năng chuyển động.4.1 | Tốc độ cực đại của xe km/h 105

Độ đốc lớn nhất xe vượt được khi day %

42] 34,8

tai

Thời gian tăng tốc của xe từ lúc khởi4.3 | hành đến khi đạt được quãng đường S 20,51

200 (m) khi đây tải

Góc ổn định tĩnh ngang của xe khi

4.4 độ 52,562không tải

Tần số dao động4.5 | - Hệ thống treo trước lần /phút 77

- Hệ thống treo sau lần /phút 61

Quang đường phanh của xe ở tốc độ

4.6 2 ne ba m 6,7830 (km/h) khi day tai

Quang đường phanh của xe ở tốc độ 30

4.7 Ẻ xử m 6,21(km/h) khi không tải

Gia tốc phanh ở tốc độ (30 km/h) khi :

4.68 | m/s 6,29day tai

Gia tốc phanh ở tốc độ 30 (km/h) khi :

Đường kính xi lanh x hành trình3.3 | | mm 104 x 115

5.8 | Phương thức cung cấp nhiên liệu - Bom cao ap

5.9Vi trí bố tri động cơ trên khung xePhía trước

- Dẫn động bằng thuỷ

lực, trợ lực chân6 | Ly hợp - không.

- Đĩa đơn ma sát khô,

với lò xo xoắn.7 | Hộp số

7.1 | Nhãn hiệu - MO35SS

72 | Kiểu loại Cơ khí 5 số tiến, 1 số

lùi1: 5,38; IL : 3,028;7.3 | Tỷ số truyền của hộp số - III : 1,700; IV : 1,000;

V : 0,722; R : 5,38Các đăng không đồng

8 | Trục các đăng :

tốc, 03 trục

Trang 34

8.1 | Nhãn hiệu - P39 | Truyền lực chính (cầu sau)

9.1 | Nhãn hiệu - D3H9.2 | Ty số truyền - 5,375

10 | Cỡ lốp trước va sau inch 7.00R16

Ap suất lốp/ Tải trọng cho phép

10.1 + Lốp trước (lốp đơn)/ 1 lốp kPa/kG 650/1285

+ Lốp sau (lốp đôi)/ 1 lốp kPa/kG 650/1250