Tải trọng tác dụng lên khung xe Tải trọng là áp lực hoặc một lực ngẫu nhiên nào đó tác dụng lên một đối tượng cụ thể, đối với khung xe tải trọng là trọng lượng con người, trọng lượng hà
TỔNG QUAN
Tính cấp thiết của đề tài
Ngành công nghiệp ô tô đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam hiện nay, dẫn dắt sự phát triển của các ngành liên quan như kim loại, cơ khí và điện tử Ngành công nghiệp này đã có những tốc độ tăng trưởng ấn tượng trong vài năm qua Tuy nhiên, bên cạnh tiềm năng, thì những thách thức cũng hiện hữu khi các doanh nghiệp Việt Nam mới chỉ có khả năng sản xuất, gia công chưa đến 300 chi tiết cho một chiếc xe, trong khi tổng số chi tiết linh kiện lên đến hơn 3000 Qua đó có thể thấy đa phần linh kiện là nhập khẩu và số lượng sản xuất ra linh kiện nội địa rất thấp Ngoài ra bên cạnh việc tung ra thị trường hàng trăm ngàn xe mới trong năm qua, các nhà sản xuất và phân phối ô tô tại Việt Nam cũng liên tục thực hiện các chương trình triệu hồi để khắc phục lỗi và đảm bảo an toàn cho người sử dụng Theo dữ liệu của Cục Đăng kiểm Việt Nam, năm 2023 đã chứng kiến 39 đợt triệu hồi với tổng số 53.324 xe bị ảnh hưởng Con số này bao gồm cả xe phổ thông, xe sang, xe điện và thậm chí cả siêu xe trị giá hàng chục tỷ đồng Đáng chú ý, so với năm 2022, số lượng vụ triệu hồi và lượng xe bị ảnh hưởng đã tăng gấp đôi Điều này cho thấy sự gia tăng đáng lo ngại về số lượng ô tô dính lỗi kỹ thuật tại Việt Nam trong những năm gần đây Các lỗi thường gặp dẫn đến triệu hồi bao gồm: trục lái, hệ thống phanh, hệ thống điện, hệ thống điều hòa, hệ thống nhiên liệu, dây an toàn, túi khí và phần mềm điều khiển Việc gia tăng số lượng xe triệu hồi là một vấn đề cần được quan tâm bởi nó ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn của người sử dụng
Thông qua các vấn đề nêu trên có thể thấy rằng nền công nghiệp ô tô của nước ta nên tập trung vào việc thiết kế, kiểm tra độ an toàn kỹ thuật nhằm phát triển sự chế tạo và sản xuất các linh kiện trong nước thay vì phải nhập khẩu nhằm đảm bảo chất lượng hàng mang thương hiệu Việt Nam
Nhận thấy sự cấp thiết thông qua các vấn đề trên thì nhóm chúng em thực hiện nghiên cứu về đề tài “Tính toán kiểm bền khung xe” với hướng nghiên cứu là dùng những lý thuyết và phần mềm tính toán để có thể đánh giá được độ bền của khung xe từ đó đưa ra các hướng tối ưu
Mục tiêu của đề tài
- Đánh giá độ bên khung xe tải nhỏ trong một số trường hợp chịu tải trọng tĩnh từ đó đưa ra hướng tối ưu hóa cho khung xe.
Giới hạn của đề tài
- Do thời gian thực hiện đề tài có hạn nên đề tài chỉ tập trung vào tính toán và kiểm bền khung xe trong trường hợp chịu uốn dưới tác dụng của tải trọng tĩnh.
Đối tượng, phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng mà đồ án hướng đến để nghiên cứu chính là khung xe của xe Hyundai New Mighty N250SL
Hình 1.1 Hình ảnh thực tế xe Hyundai New Mighty N250SL
Hình 1.2 Hình ảnh thực tế xe Hyundai New Mighty N250SL khi chưa lắp thùng
+ Xây dựng mô hình 3D của khung xe bằng phần mềm
+ Đo đạc, tính toán kích thước của khung xe, sau đó đặt các tải trọng tác dụng lên khung xe để kiểm tra đánh giá độ bền.
Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu các tài liệu liên quan đến việc sản xuất khung xe, các loại khung xe, các yêu cầu đối với khung xe, các chỉ tiêu đánh giá độ bền khung xe
- Tìm hiểu nghiên cứu các loại tải trọng tác dụng lên khung xe, các chế độ tải trọng một số trường hợp cụ thể
- Tìm hiểu về phương pháp phần tử hữu hạn trong việc tính toán kiểm bền khung xe
- Nghiên cứu, tính toán các tải trọng tác dụng lên xe trong một số trường hợp chịu tải trọng tĩnh
- Sử dụng phần mềm để tính toán độ bền khung xe khi chịu tải trọng
- Đánh giá độ bền và tối ưu hóa độ bền khung xe bằng phần mềm.
Nội dung đề tài
Chương 1: Tổng quan đề tài
Chương 2: Tổng quan về khung xe và một số phương pháp tính toán khung xe Chương 3: Tính toán, kiểm bền khung xe
Chương 4: Kết luận và kiến nghị
Kết quả dự kiến đạt được
- Tính toán độ bền khung xe bằng phương pháp sức bền truyền thống
- Xây dựng được mô hình phần tử hữu hạn khung xe bằng phần mềm RDM
- Đánh giá độ bền của khung xe trong trường hợp chịu tải trọng tĩnh
TỔNG QUAN VỀ KHUNG XE VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN
Giới thiệu chung về khung xe ô tô
Khung ô tô dùng để nâng đỡ các cụm nằm phía trên nó và giữ cho các cụm ở những vị trí tương quan với nhau đồng thời cũng là nơi chịu toàn bộ tải trọng của xe và tác động từ mặt đường khi xe chuyển động Khi xe di chuyển trên đường hay khi xe đứng yên thì xe luôn tồn tại những thành phần lực tác động lên xe như: tải trọng bản thân của xe, tải trọng khi xe chở hàng hóa, người lái và các thành phần phản lực khác từ mặt đường tác dụng lên bánh xe Bên cạnh đó, khung xe còn giúp định hình kết cấu bên trong và hình dạng bên ngoài của xe, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ an toàn khi xe xảy ra va chạm Một khung xe quá nhỏ sẽ làm tăng khả năng nguy cơ quá tải cho xe hoặc chúng ta có thể bị tiêu tốn nhiều thời gian và chi phí cho số lượng hàng mình muốn chở thành nhiều lần thay vì trong một lần vận chuyển
- Phân loại theo mối quan hệ giữa khung và vỏ:
+ Thân xe không chịu lực: gồm hai phần là sàn chịu lực (khung gầm) và cấu trúc thượng tầng (thân xe) đây là các cấu trúc riêng biệt được lắp ráp bởi các phần tử đàn hồi và giảm chấn Ở loại thân xe này, các khớp, bệ đỡ hay ổ lắp của các cầu, hệ thống treo và động cơ được định vị trên sàn chịu lực Sự kết nối đàn hồi của sàn xe thân xe làm giảm độ chịu lực của thân xe rất nhiều ở các chế độ vận hành khác nhau của ô tô
Linh hoạt và êm ái: Các bộ phận đàn hồi và giảm chấn giúp xe vận hành êm ái hơn, giảm rung động và tiếng ồn từ mặt đường, mang lại trải nghiệm lái xe thoải mái cho người sử dụng
Khả năng thay thế thân xe dễ dàng: Do cấu tạo riêng biệt, cùng một sàn chịu lực có thể được lắp ráp cho các thân xe có tính chất quán tính tương tự
Trọng lượng thân xe nhẹ: Vì nó chỉ phải chịu được lực do trọng lượng của hành khách, hành lý (hoặc hàng hóa) và các cụm lắp ráp phụ gây ra được đặt trên đó
Cách bố trí này là khung sẽ có độ cứng lớn hơn nhiều so với vỏ do đó khi có ngoại lực bên ngoài tác động khung xe là phần sẽ hấp thụ lực và bị biến dạng còn vỏ xe thì không chịu tác động của ngoại lực vỏ xe thậm chí còn không chịu tác động của nội lực và momen từ hệ thống truyền lực, hệ thống treo…
❖ Nhược điểm: Độ an toàn: khả năng bảo vệ hành khách trong trường hợp bị va chạm có thể bị ảnh hưởng
+ Thân xe bán chịu lực: bao gồm sàn chịu lực (khung gầm) và cấu trúc thượng tầng (thân xe) là các cơ quan riêng biệt được lắp ráp bằng bu lông có hoặc không có ống lót cao su do đó cả phần khung và vỏ đều chịu lực Độ co dãn của các kết nối giữa hai phần này là rất nhỏ, thân xe sẽ đảm nhận hầu hết các tác động của khung gầm Độ cứng của thân xe chiếm tỷ lệ khá cao trong độ cứng của toàn bộ sàn và thân xe Các khớp, bệ đỡ hay ổ lắp của các cầu, hệ thống treo và động cơ được định vị trên sàn chịu lực
Khung gầm và thân xe có thể được lắp ráp riêng biệt, giúp đơn giản hóa quy trình sản xuất và cho phép sử dụng một khung gầm cho nhiều kiểu xe khác nhau
Có khả năng chịu tải và va đập tốt hơn nên thường được sử dụng trong các loại xe bán tải, xe SUV
❖ Nhược điểm: Trọng lượng toàn bộ lớn hơn so với loại thân xe chịu lực
- Độ ồn: Khả năng cách âm của thân xe bán chịu lực có thể không tốt bằng so với thân xe chịu lực
Hình 2.1 a) Thân xe không chịu lực; b) Thân xe bán chịu lực
- Thân xe chịu lực: Một kết cấu thống nhất sẽ bao gồm khung gầm xe và vỏ xe
Các khớp, bệ đỡ hay ổ lắp của các cầu, hệ thống treo và động cơ được kết nối trực
7 tiếp với thân xe Do đó, toàn bộ thân xe sẽ chịu tất cả các tài trọng từ các chế độ vận hành khác nhau của ô tô Thường được ứng dụng trên xe khách và xe ô tô con
Trọng lượng nhẹ hơn so với các loại khác
Độ an toàn: bảo vệ hành khách tốt hơn trong các trường hợp va chạm
Độ chính xác kích thước thấp: Việc lắp ráp các cầu ô tô và hệ thống treo vào thân xe chịu lực đòi hỏi độ chính xác cao hơn do dung sai thân xe nhỏ hơn
Khả năng truyền rung động cao: Rung động từ hệ thống treo có thể dễ dàng truyền vào khoang hành khách, làm giảm độ êm ái khi di chuyển
Hình 2.2 Thân xe chịu lực
- Phân loại theo kết cấu khung:
+ Khung có dầm dọc hai bên: khung xe có dạng hình thang bao gồm 2 xà dọc hai bên song song với nhau và được kết nối bởi một số xà nganng Các thanh ngang có vai trò tạo độ cứng xoắn nhất định đồng thời làm giá đỡ cho các bộ phận trên xe như: cụm động cơ, bộ phận truyền động, hệ thống treo… Thân xe được chế tạo riêng biệt và sau đó được gắn vào khung Khung xe loại này thường được sử dụng cho các phương tiện lớn và SUV hạng nặng
Hình 2.3 Khung xe có dầm dọc hai bên
❖ Ưu điểm: Có thiết kế đơn giản, dễ dàng sửa chữa và bảo dưỡng, cấu trúc cứng cáp do đó khung xe có khả năng chịu tải cao và có thể chịu được các va đập mạnh, chịu được tải trọng lớn, phù hợp cho các phương tiện chở hàng nặng
❖ Nhược điểm: Trọng lượng nặng và độ linh hoạt thấp: Khung xe thường nặng hơn các loại khung xe khác, do đó có thể ảnh hưởng đến hiệu suất nhiên liệu của phương tiện, không linh hoạt như các loại khung xe khác, do đó có thể gặp khó khăn khi di chuyển trên địa hình gồ ghề
+ Khung có dầm dọc ở giữa: Khung xe dạng này bao gồm một dầm dọc có tiết diện hình chữ nhật chạy dọc theo giữa có vai trò là thanh chịu lực chính của khung xe, nối với các dầm ngang hai bên theo dạng xương cá
Hình 2.4 Khung xe có dầm dọc ở giữa dạng xương cá
❖ Ưu điểm: Khung xe có khả năng chịu tải cao và có thể chịu được các va đập mạnh, các trục tiếp xúc tốt hơn với mặt đường đem lại sự ổn định cho khung xe, khung xe có thể chịu được áp lực cao và xoắn từ thân xe do cấu tạo đặc biệt của nó
❖ Nhược điểm: khó khăn trong việc sửa chữa trục truyền động vì cần phải mở toàn bộ khung , chi phí sản xuất cao
Cơ sở tính toán độ bền khung xe tải
2.2.1 Tải trọng tác dụng lên khung xe
Tải trọng là áp lực hoặc một lực ngẫu nhiên nào đó tác dụng lên một đối tượng cụ thể, đối với khung xe tải trọng là trọng lượng con người, trọng lượng hàng hóa, trọng lượng của các cụm thành phần và một số các bộ phận khác phân bố dọc theo khung xe cũng như là các phản lực tác động từ mặt đường lên hệ thống treo, cầu xe Tải trọng tác dụng lên khung có thể chia ra 2 dạng tải trọng:
+ Tải trọng tĩnh: Tải trọng tĩnh là tải trọng gây ra do phần khối lượng không thay đổi khi di chuyển (tải trọng do trọng lượng của động cơ với hộp số, buồng lái với tài xế, thùng xe và tải trọng trong thùng, vỏ ô tô với tải trọng hữu ích…) Tải trọng tĩnh thay đổi chủ yếu là do hàng hóa và con người
+ Tải trọng động: Tải trọng động chủ yếu là tải trọng thẳng đứng sinh ra khi ô tô chuyển động trên đường không bằng phẳng, mấp mô mặt đường, tải trọng nằm ngang khi xe tăng tốc, phanh và quay vòng Các tải trọng phân bố đối xứng theo dầm dọc sẽ gây ra uốn khung, còn tải trọng phân bố không đối xứng sẽ gây ra xoắn khung Các tải trọng phân bố không đối xứng sinh ra khi ô tô chuyển động trên đường không bằng phẳng ví dụ như khi một trong bốn bánh xe đi qua ổ gà hay các ụ gồ ghề sẽ sinh ra tải trọng vừa uốn vừa xoắn khung Đặc điểm của ô tô là luôn làm việc ở tốc độ cao với các tải trong thay đổi liên tục Khi xe vận hành, tải trọng và ứng suất sinh ra trong khung phụ thuộc vào giá trị tải trọng tác dụng lên khung trong điều kiện sử dụng (ví dụ như tải trọng thay đổi theo điều kiện đường, trạng thái hoạt động của xe) Tính toán tải trọng động là một vấn đề nan giải vì tải trọng động có thể lớn hơn tải trọng tĩnh gấp nhiều lần Để đảm bảo khung xe và các chi tiết hoạt động an toàn thì ngoài tải trọng tĩnh còn phải xét đến tải trọng động tác dụng lên khung xe ở trạng thái làm việc Vấn đề xác định tải
17 trọng động tác dụng lên khung xe là một vấn đề phức tạp vì tải trọng động có thể sinh ra trong những điều kiện làm việc khác nhau Do đó việc tính toán tải trọng động thường được tính theo công thức kinh nghiệm từ các thí nghiệm hoặc thông qua các biểu thức trung gian, đặc trưng của tải trọng động là hệ số tải trọng động K đ Hệ số này bằng tỉ số của giá trị tải trọng động trên giá trị tải trọng tĩnh:
𝑔𝑖á 𝑡𝑟ị 𝑡ả𝑖 𝑡𝑟ọ𝑛𝑔 𝑡ĩ𝑛ℎ Các trường hợp chịu tải của xe được phân loại theo trạng thái hoạt động của xe như sau:
I Tải trọng tĩnh khi xe đứng yên
IV Khung xe chịu xoắn
Va Tải trọng cực đại tác dụng lên cầu trước
Vb Tải trọng cực đại tác dụng lên cầu sau
VI Tải khi kéo rơ-mooc
VII Tải trọng không đối xứng dọc thân xe gây ra do sự bám không đều giữa các bánh xe của hai cầu chủ động hay do sự bám không đều của các bánh xe khi phanh
Giá trị tải trọng tác dụng lên khung trong từng trường hợp cụ thể được xác định dựa trên các điều kiện hoạt động cụ thể của xe
Khung xe chịu uốn trong mặt phẳng thẳng đứng đối xứng dọc thân xe (uốn đứng), tải trọng tác dụng do phanh, tăng tốc, quán tính do va đập tương ứng với các trường hợp tải I, II, V Ngoài ra khung xe còn chịu uốn trong mặt phẳng ngang (uốn ngang) phát sinh do các lực bên, lực theo chiều dọc không đối xứng tương ứng với các trường hợp tải III, VII Trường hợp tải VI và các lực phát sinh do khớp nối giữa thân và khung xe cũng làm phát sinh uốn ngang
+ Khi xe chịu tải trọng tĩnh, đứng yên (trọng lượng hàng hóa, trọng lượng bản thân xe): tải trọng tác dụng lên khung có tính chất đối xứng, khung chịu uốn đứng Khi xe tăng tốc, phanh tùy vào tính năng động lực, công suất động cơ, khả năng phanh của xe…mà ta xác định gia tốc và lực quán tính từ đó xác định được tải trọng tác dụng lên khung Các tải trọng này gây ra uốn khung
+ Khi xe quay vòng lực quán tính theo phương ngang tác dụng lên khung xe được xác định từ điều kiện bám ngang của xe hoặc dựa vào điều kiện ổn định nghiêng lật đổ của xe Lực này có xu hướng làm khung bị uốn ngang
+ Khung xe chịu xoắn cực đại khi xe đi qua đường mấp mô tương ứng với trường hợp tải IV Xoắn trong trường hợp này được đánh giá thông qua chiều cao (chiều sâu) của mấp mô
+ Tải trọng cực đại trên cầu trước hay cầu sau: khi ô tô chuyển động trên đường tương đối bằng phẳng với tốc độ cao và nếu lúc này có mấp mô xuất hiện thì khung xe phải chịu tải trọng thẳng đứng rất lớn, giá trị phụ thuộc vào lực quán tính của phần được treo của ô tô Tải trọng này sẽ gây ra momen uốn rất lớn
+ Tải trọng ở mooc kéo thường được đặt lên phần đầu ngang sau cùng của khung xe độ lớn tùy thuộc vào khối lượng của ro-mooc
+ Tải trọng dọc thân xe không đối xứng: khi một trong các bánh xe leo lên lề đường hay khi một bánh xe va vào chướng ngại vật
2.2.2 Cơ sở và giả thiết tính toán khung xe
Vấn đề nghiên cứu tính toán khung xe đang là đề tài thu hút nhiều nhà nghiên cứu, không ít tài liệu, chuyên đề đưa ra các giả thuyết và trên cơ sở đó đã đưa ra các phương pháp tính toán khác nhau Trong khuôn khổ đồ án này để có thể tính uốn khung một cách dễ dàng và chính xác đồng thời vẫn đảm bảo hệ số an toàn cho phép Khung xe được tính toán dựa trên các cơ sơ và giả thiết tính toán sau:
+ Độ cứng của khung xe chịu ảnh hưởng từ ba yếu tố: Khoảng cách giữa các dầm dọc, số lượng và vị trí các dầm ngang, kích thước và tiết diện của dầm
+ Tải trọng thẳng đứng có tính chất đối xứng với nhau qua trục dọc thân xe, xem như các phần tải trọng tác dụng chia đều như nhau cho cả hai dầm dọc Các điểm
19 đặt lực phân bố hay lực tập trung ở dầm ngang được qui về hai dầm dọc Bài toán được đơn giản hóa và qui về bài toán tính uốn đứng khung xe cho một dầm dọc Như vậy, trong tính toán và kiểm tra dầm xe, ta chỉ tính toán và kiểm tra cho ở một bên dầm, phần còn lại kết quả sẽ tương tự
+ Trọng lượng của vỏ ô tô và thùng hàng phía sau xem như tải trọng phân bố đều dọc theo chiều dài dầm dọc Khi xét tính toán sơ bộ đối với ô tô tải người ta thừa nhận tải trọng có ích phân bố đều theo chiều dài thùng chứa hàng
+ Tính uốn khung trong trường hợp chịu tải trọng tĩnh, tăng hệ số an toàn cho phép
Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method)
Phương pháp phần tử hữu hạn là một trong các phương pháp gần đúng được sử dụng rộng rãi Ở phương pháp này cấu trúc sẽ được chia thành các phần tử hữu hạn với các dạng tứ giác, tam giác, lục giác… Mỗi phần tử sẽ được mô tả bởi một tập hợp các hàm cơ sở có giá trị khác 0 tại các đỉnh và có giá trị bằng 0 tại đỉnh của phần
23 tử khác Giải pháp bài toán của phương pháp này là sẽ tổng hợp các hàm cơ sở của tất cả các phần tử của cấu trúc, thay phương trình vi phân bằng phương trình đại số tuyến tính và tiến hành giải bài toán bằng các phương pháp ma trận
Trong phương pháp phần tử hữu hạn cấu trúc sẽ được rời rạc hóa thành các phần tử hữu hạn được nối với nhau qua các điểm gọi là nút Việc rời rạc hóa giúp cho việc tính toán nghiên cứu dễ dàng hơn vì khi đó các phần tử có hình dạng nhỏ hơn và đơn giản hơn Các phần tử sẽ có các đặc trưng về độ cứng và được miêu tả dưới dạng ma trận độ cứng, các ma trận độ cứng của phần tử sẽ được ghép lại thành một ma trận độ cứng của cả cấu trúc Các tác động của bên ngoài như là tải trọng tĩnh và động… sẽ được quy về các ứng lực tại các nút và được thể hiện qua các ma trận tải trọng nút tương đương Vậy thuật toán của bài toán phần tử hữu hạn sẽ được dựa trên việc xác lập và xác lập các mối quan hệ của các phương trình của ma trận độ cứng, ma trận tải trọng…Qua đó sẽ cho ra được các kết quả gần đúng nhất với thực tế của cấu trúc Việc phân tích ứng suất và chuyển vị của khung xe ô tô là một kết cấu không gian siêu tĩnh hết sức phức tạp thế nên việc phân tích kết cấu cần đòi hỏi sử dụng các công cụ hiện đại Về mặt bản chất, việc đảm bảo tính bền cho khung xe thuộc về bài toán cơ bản của cơ học vật rắn biến dạng Trong không gian ba chiều, các đại lượng chuyển vị, biến dạng và ứng suất hình thành nên các trường tương ứng Để giải quyết bài toán này, cần xác định các mối quan hệ cơ học, điều kiện ràng buộc giữa các đại lượng này, đồng thời xác định ngoại lực tác dụng lên hệ thống Các điều kiện ràng buộc thường được chia thành ba loại: điều kiện cho các thông số bên trong kết cấu, điều kiện biên cho các thông số trên biên giới kết cấu và điều kiện ban đầu áp dụng cho bài toán động Các điều kiện của trường phải tuân theo các nguyên tắc cơ bản của hệ thống và có thể được biểu diễn dưới dạng các phương trình đạo hàm riêng về mặt toán học
Hiện nay, để tính toán kết cấu của một cấu trúc bất kỳ bằng phương pháp phần tử hữu hạn thì có rất nhiều phần mềm chuyên dụng có thể dùng để mô phỏng cấu trúc thực một cách chính xác Các phần mềm như là CATIA Simulia, SolidWorks,
ANSYS, HYPERWORKS… có thể cho phép thiết lập các mô hình của các phần từ hữu hạn từ đơn giản đến phức tạp
Với việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán độ bền kết cấu khung xe dựa trên các dữ liệu từ bản vẽ 3D thì sẽ cho ra các kết quả như biểu đồ ứng suất, chuyển vị và biến dạng của khung xe dưới tác động của ngoại lực đặc biệt khi thực hiện xây dựng mô hình học kết cấu, độ chính xác và phức tạp hình học càng cao thì sẽ cho ra kết quả của mô hình phần tử hữu hạn càng chính xác Từ đó, đưa ra cái nhìn tổng quan hơn và giúp người sản xuất có thể tinh chỉnh lại thiết kế, giúp chiếc xe khi thiết kế vừa có độ bền cao, vừa mang lại giá thành hợp lý cho người dùng Phương pháp xây dựng mô hình này sẽ giúp cho khung xe khi sản xuất ra có thể đảm bảo các tiêu chí về độ bền, giá thành, tiêu thụ năng lượng ít hơn, sự phân bố tải trọng sẽ được tính toán đồng đều hơn
Việc xây dựng mô hình phần tử hữu hạn trên các phần mềm chuyên dụng cần các bước như sau:
+ Thu thập dữ liệu, thông tin của kết cấu cần tính toán bao gồm kích thước, vật liệu, thông số cơ học của vật liệu, sàn lọc thông tin, các điều kiện ràng buộc liên quan để đưa ra giải pháp và mục tiêu thiết kế
+ Dùng CAD để dựng mô hình kết cấu từ 2D sang 3D
Sử dụng các phần mềm tính toán chuyên dụng, tiến hành thiết lập các liên kết của các thành phần mô hình với nhau dựa trên kết cấu thực tế và gán các thông số vật liệu cho mô hình đã được xây dựng (Mô đun đàn hồi, khối lượng riêng, ứng suất giới hạn chảy, ứng suất giới hạn phá hủy )
+ Đặt lực, momen lên kết cấu theo các phương dựa trên thực tế
+ Đặt các ràng buộc cho mô hình (các ràng buộc khác nhau sẽ cho ra các kết quả khác nhau)
+ Chia lưới phần tử (số lượng phần tử càng cao thì việc tính toán càng chính xác nhưng cũng yêu cầu tài nguyên máy tính nhiều hơn và thời gian tính toán lâu hơn)
+ Xuất kết quả và đánh giá kết quả
Hình 2.12 Sơ đồ xây dựng mô hình tính toán kết cấu trên phần mềm
TÍNH TOÁN, KIỂM BỀN KHUNG XE
Giới thiệu về xe Hyundai New Mighty N250SL
Hình 3.1 Hình ảnh xe tiến hành đo đạc lấy thông số
Xe mà nhóm tiến hành đo đạc lấy thông số là xe Hyundai New Mighty N250SL đây là dòng xe tải nhẹ thành công nhất của Hyundai có thể coi đây là sự nâng cấp đáng chú ý của xe Hyundai N250 với chiều dài thùng hàng được tăng lên tới 4.3m thì Hyundai N250SL này có thể chở được nhiều loại hàng hóa với trọng lượng khác nhau như sắt, thép, ống nước, vật liệu xây dựng… Vì đây là dòng xe tải nhẹ nên có thể di chuyển trong thành phố một cách dễ dàng mà các loại xe khác không có khả năng vận chuyển được Điểm đáng chú ý hơn là dòng xe này được lắp ráp và sản xuất tại Việt Nam, với linh kiện được nhập khẩu 100% từ Hàn Quốc, động cơ được thay thế hoàn toàn mới, công suất lớn hơn, tiết kiệm nhiên liệu hơn với tiêu chuẩn khí thải Euro4 Với thiết kế vô cùng hiện đại, động cơ mạnh mẽ và khả năng vận chuyển hàng hóa lớn, Hyundai New Mighty N250SL là mẫu xe rất phù hợp trong thành phố và đô
27 thị đông đúc Đó cũng là lý do làm cho nó trở thành mẫu xe bán chạy nhất và thành công nhất của Hyundai trong lĩnh vực xe tải
Khung xe của Hyundai New Mighty N250SL được làm từ vật liệu thép SAPH440 Khung xe được thiết kế là khung xe dạng thang được trang bị khung sát xi làm từ thép cường lực cao cấp giúp tăng khả năng chịu tải cũng như các tác động bên ngoài trong quá trình vận hành xe, đồng thời tăng khả năng ổn định và an toàn cho xe và tài xế, ngoài ra khung xe dạng thang còn giúp khung xe tăng khả năng chống xoắn khi tải nặng đồng thời giúp tăng tuổi thọ cho khung đặc biệt là đối với các loại xe tải thường xuyên tải nặng Khung xe là loại chịu lực hoàn toàn, với kết cấu chặc chẽ như vậy nên khung xe có thể chịu được tải trọng lớn với các lực tác động theo chiều dọc khi xe phanh hoặc tăng tốc Thùng xe được liên kết với khung xe thông qua khung phụ nhờ các bu lông và chốt dữ Các dầm phụ liên kết với hai dầm chính bằng các liên kết bu lông
Khung xe gồm 2 dầm dọc chính song song với nhau có chiều dài 5810 mm và chiều rộng 710 mm đối với phần đầu khung và sau khung, khu vực đầu cabin và vị trí gá động cơ hộp số bề rộng 800 mm, khung xe có bề dày 6 mm và có tiết diện ngang hình U, tiết diện thay đổi suốt chiều dài khung xe vị trí có tiết diện ngang thay đổi lớn nhất có kích thước 190x70x6 mm Hai dầm dọc được nối với nhau bằng các dầm ngang, đầu các dầm ngang nằm lọt lòng phía trong dầm dọc, dầm ngang liên kết với dầm dọc bằng các đinh tán chịu lực Dầm ngang được bố trí tại các gá đỡ gối nhíp, gá động cơ, hộp số, cabin…Khung xe Hyundai New Mighty được bố trí nằm dưới cabin và thùng hàng, khung xe sẽ đỡ các cụm chi tiết chính như động cơ, hộp số, cabin, thùng hàng và các chi tiết nhỏ như bình ắc qui, bình nhiên liệu, bánh dự phòng Thùng hàng được bố trí dôi ra khỏi phía sau khung xe một đoạn bằng 320mm Khung xe nằm trên hệ thống treo, và các bánh xe Vì vậy, tải trọng tác dụng lên khung xe chủ yếu là tải trọng do các cụm chi tiết chính bố trí trên khung xe như: cabin, người ngồi trên xe, động cơ, cụm ly hợp hộp số, thùng và hàng hóa trên xe Trong đó tải trọng do thùng hàng tác dụng lên dầm dọc được quy đổi thành lực phân bố đều tác dụng đến cuối dầm dọc khung xe, phần dôi ra của thùng và hàng hóa được quy đổi
28 thành một lực tập trung và momen đặt tại vị trí cuối khung Tải trọng cabin được quy đổi thành hai lực tập trung tại mỗi dầm dựa trên vị trí bắt của chúng, tải trọng động cơ, hộp số được đỡ bởi dầm ngang xem như tải trọng tác dụng chia đều cho hai bên dầm dọc
Hình 3.2 Bản vẽ thông số kích thước của xe Hyundai New Mighty N250SL
Hình 3.3 Hình ảnh khung xe thực tế tiến hành đo đạc lấy thông số
Hình 3.4 Khung xe được vẽ bằng phần mềm Solidworks
Hình 3.5 Bảng vẽ chi tiết khung xe
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của xe Hyundai New Mighty N250SL
Khối lượng toàn bộ 4995 kg
Khối lượng bản thân 2450 kg
Khối lượng cabin – sắt xi 1900 kg
Tải trọng cho phép chở 2350 kg
Phân bố cầu trước (chưa tải) 1430 kg
Phân bố cầu sau (chưa tải) 1020 kg
Dung tích thùng nhiên liệu 65 lít
Kích thước tổng thể (DxRxC) 6250 x 1930 x 2560 mm Kích thước lòng thùng kín (DxRxC) 4280 x 1800 x 1680 mm
Chiều dài cơ sở 3310 mm
Vệt bánh xe trước/sau 1485/1270 mm
Khoảng sáng gầm xe 140 mm
Chiều dài đầu/đuôi xe 1160/1780 mm Động cơ
Loại động cơ Diesel, 4 kỳ, 4 xi-lanh thẳng hàng, turbo tăng áp
Hệ thống phun nhiên liệu
Phun trực tiếp, bơm cao áp
Tiêu chuẩn khí thải EURO 4
Dung tích xy lanh 2497 cc Đường kính và hành trình piston 91 x 96 mm
Công suất cực đại/ tốc độ quay 95.615/3800 kW/rpm Moment xoắn cực đại / tốc độ quay 255 / 1500 - 3500 N.m/rpm Đặc tính vận hành
Tốc độ tối đa 123,6 Km/h
Khả năng vượt dốc tối đa 39,14 %
Bán kính quay vòng tối thiểu 5,4 m
Hệ thống lái Trục vít ecu, trợ lực thủy lực
Hệ thống treo trước/sau Phụ thuộc, nhíp lá và giảm chấn thủy lực
Hệ thống phanh trước/sau Phanh đĩa/ Tang trống trợ lực
Máy phát điện 12V-50A Ắc quy 12V-90AH
Số lượng lốp trên trục 02/04
Hộp số M6AR1, số sàn, 6 số tiến, 1 số lùi
Số tiến ih1 = 4,271 ih2 = 2,248 ih3 = 1,364 ih4 = 1,000 ih5 = 0,823 ih6 = 0,676
Tay lái trợ lực Có
Vô lăng gật gù Có
Cửa sổ điều chỉnh điện Có Điều hòa nhiệt độ Có
Radio + AUX +USB Có Đèn sương mù trước Có
Van điều hòa lực phanh Có
Kiểm bền bằng phương pháp sức bền truyền thống
Khi tính toán khung cần phải vẽ được biểu đồ momen uốn đối với dầm dọc Muốn làm được điều này ta phải xác định được các lực tác dụng do trọng lượng các cụm thành phần gây ra đối với khung xe và đặt chúng đúng vị trí trên suốt chiều dài dầm dọc
Xác định vị trí tải trọng của các cụm thành phần, sau đó tiến hành đặt lực sinh ra tại các cụm thành phần tại vị trí tương ứng Sau đó tìm các phản lực 𝑇 1 và 𝑇 2 do các cầu xe tác dụng lên nhíp trước và sau Các phản lực 𝑇 1 và 𝑇 2 có giá trị bằng tổng giá trị của các lực thẳng đứng tác dụng lên khung xe Sau khi có giá trị các phản lực
𝑇 1 và 𝑇 2 ta có thể suy ra được giá trị của các phản lực 𝑇 1 ′ , 𝑇 1 ′′ và 𝑇 2 ′ , 𝑇 2 ′′ tại vị trí nhíp trước và sau liên kết với khung Đối với hệ thống treo dạng nhíp đối xứng thì phải lực tại các gối nhíp được xác định như sau: 𝑇 1 ′ = 𝑇 1 ′′ = 𝑇 1
2 đối với cầu trước và 𝑇 2 ′ = 𝑇 2 ′′ = 𝑇 2
2 đối với cầu sau Sau khi xác định được giá trị tất cả các lực tác dụng lên khung, ta sẽ tiến hành vẽ biểu đồ momen uốn tác dụng lên khung Cho giá trị ứng suất uốn cho phép [σ] ở dầm dọc sau đó tính ra được momen chống uốn của vật liệu 𝑊 𝑢 cần thiết đối với mỗi tiết diện của dầm từ đó xác định sơ bộ hình dạng của tiết diện dầm dọc cũng như kích thước và chiều dài các tấm cường hóa Ứng suất uốn cho phép của dầm dọc được xác định theo công thức:
Trong đó: σ 𝑠 : giới hạn chảy của vật liệu chế tạo dầm dọc
K đ : Hệ số dự trữ bền tính đến tải trọng động (2,3 ÷ 3,5)
Hình 3.6 Phân bố tải trong tác dụng lên khung xe
3.2.1 Tính toán tải trọng tác dụng lên khung
Bảng 3.2 Bảng thông số xác định khối lượng các cụm tổng thành trên xe
Cụm tổng thành Khối lượng
Kí hiệu Giá trị Đơn vị
Cabin 2 𝑚 𝑐𝑏2 751.7 kg Động cơ 𝑚 𝑑𝑐 271.4 kg
Trọng lượng bản thân khi xe không tải 𝑚 𝑥 2450 kg
Trọng lượng cabin – sắt xi 𝑚 𝑐𝑏−𝑠𝑥 1900 kg
- Hệ thống treo xe Hyundai New Mighty N250SL là loại elip nửa đối xứng, do đó phản lực từ hệ thống treo tác dụng lên khung xe sẽ đặt tại các gối nhíp Phản lực ở gối nhíp trước và sau bên trái và bên phải của cầu trước sẽ bằng nhau và bằng 𝑇 1
4 nhưng theo giả thuyết ta chỉ tính toán kiểm tra đối với một bên dầm nên ta có: 𝑇′ 1 = 𝑇′′ 1 = 𝑇 1
Tải trọng tác dụng lên một dầm dọc của xe được xác định như sau:
2×4430= 3273.14 𝑁/m + Tải trọng thùng hàng dôi ra phía sau:
2 = 167.58 𝑁 𝑚 Trong đó: 𝑃 𝑜 , 𝑀 𝑜 lần lượt là lực tập trung và momen tập trung thể hiện tác dụng của phần thùng hàng nằm dôi ra phía sau khung xe
Hình 3.7 Vị trí tương quan giữa khung xe và phần thùng hàng dôi ra phía sau
Phân bố tải trọng và khoảng cách của các cụm tổng thành tác dụng lên một bên dầm dọc được trình bày cụ thể trong sơ đồ như sau:
Hình 3.8 Phân bố tải trọng tác dụng lên một bên dầm dọc
Bảng 3.3 Giá trị và khoảng cách của các cụm tổng thành đối với tâm cầu trước và tâm cầu sau ở một bên dầm dọc Để xác định được các phản lực tác dụng lên gối nhíp trước trái và trước phải ta tiến hành lấy momen đối với tâm cầu sau để tìm phản lực tác dụng lên khung xe ở tâm cầu trước Phản lực tác dụng lên khung xe ở tâm cầu trước được xác định như sau:
Tải trọng Giá trị Khoảng cách (m)
Tâm cầu trước Tâm cầu sau
2 = 3773.06 𝑁 Tương tự phản lực tác dụng lên khung xe ở tâm cầu sau được xác định như sau:
3.2.2 Xác định nội lực trong dầm dọc Để vẽ được biểu đồ nội lực bên trong dầm dọc ta sử dụng phương pháp mặt cắt biến thiên theo chiều dài dầm dọc, đồ thị hàm số biến thiên theo biến x Do dầm chỉ chịu tải trọng ngang ( tức là tải trọng tác dụng theo hướng vuông góc với dầm), do đó chỉ tồn tại lực cắt 𝑄 𝑦 và momen uốn 𝑀 𝑥 Chiều của lực cắt 𝑄 𝑦 và momen uốn 𝑀 𝑥 được biểu diễn như trên hình vẽ và được quy ước như sau:
+ Chiều dương của 𝑄 𝑦 là chiều có xu hướng quay phần đang xét theo chiều kim đồng hồ
+ Chiều dương của 𝑀 𝑥 là chiều có xu hướng làm kéo lớp vật liệu phía dưới và nén lớp vật liệu phía trên
Hình 3.9 Sơ đồ chia đoạn tính toán nội lực trong dầm dọc + Đoạn OA: 0 ≤ 𝑥 ≤ 0.21
Hình 3.10 Nội lực trong đoạn dầm OA
Hình 3.11 Nội lực trong đoạn dầm AB
Hình 3.12 Nội lực trong đoạn dầm BC
Hình 3.13 Nội lực trong đoạn dầm CD
Hình 3.14 Nội lực trong đoạn dầm DE
Hình 3.15 Nội lực trong đoạn dầm EF
Hình 3.16 Nội lực trong đoạn dầm FG
Hình 3.17 Nội lực trong đoạn dầm GH
Hình 3.18 Nội lực trong đoạn dầm HI
Hình 3.19 Nội lực trong đoạn dầm IK
Bảng 3.4 Giá trị lực cắt 𝑸 𝒚 và momen uốn 𝑴 𝒙 tại các điểm
Hình 3.20 Biểu đồ nội lực tác dụng lên toàn dầm dọc
3.2.3 Tính momen chống uốn cho dầm
Mặt cắt ngang dầm dọc có tiết diện hình U thay đổi theo chiều dài dầm dọc
Hình 3.21 Mặt cắt ngang của dầm dọc
+ d: chiều cao dầm dọc có giá trị thay đổi
2 : khoảng cách từ đường trung hòa đến điểm ngoài cùng của dầm dọc
+ c, C: lần lượt là khoảng cách từ mép ngoài dầm dọc đến trọng tâm tiết diện và trọng tâm tiết diện
Hình 3.22 Độ biến thiên thực tế của dầm dọc
Hình 3.23 Tiết diện mặt cắt ngang của dầm dọc
Bảng 3.5 Các công thức tính toán tiết diện
Diện tích mặt cắt ngang 𝑆 𝐴 =𝑑 × 𝑡 + 2 × 𝑠 × (𝑏 − 𝑡)
6𝑑 (𝑐𝑚 3 ) [3.4] Ứng suất uốn của dầm dọc
Bảng 3.6 Các giá trị tại các tiết diện tính toán
Tiết diện Kích thước tiết diện (mm)
3.2.4 Ứng suất uốn tác dụng lên dầm dọc Ứng suất uốn của dầm dọc được sinh ra do momen uốn 𝑀 𝑥 tác dụng lên dầm được xác định theo công thức [3.5]
Bảng 3.7 Giá trị ứng suất 𝝈 𝒖 tại các tiết diện của dầm dọc
Hình 3.24 Ứng suất uốn lớn nhất tác dụng lên dầm dọc
Hình 3.25 Tác dụng của momen uốn lên dầm dọc
Trên thực tế khung xe có tiết diện ngang thay đổi suốt chiều dài dầm dọc, để đơn giản và thuận tiện cho việc tính toán ta xem như dầm dọc chia thành nhiều đoạn, mỗi đoạn có tiết diện thay đổi sau đó ghép lại với nhau sao cho các đường đi qua trọng tâm mỗi tiết diện trùng nhau
Bảng 3.8 Bảng kích thước tiết diện dầm Đoạn dầm
Kích thước tiết diện (mm)
IK 130 70 6 15.48 405.30 Để tính chuyển vị của dầm tại vị trí K ở cuối khung ta tiến hành đặt tại K một lực đơn vị 𝑃 𝑘 = 1 hướng xuống
Hình 3.26 Sơ đồ đặt lực tính chuyển vị
53 Để xác định được các phản lực tác dụng lên gối nhíp trước trái và trước phải ở trạng thái k ta tiến hành lấy momen đối với tâm cầu sau để tìm phản lực tác dụng lên khung xe ở tâm cầu trước Phản lực tác dụng lên khung xe ở tâm cầu trước ở trạng thái k được xác định như sau:
2 = −0.222 𝑁 Tương tự phản lực tác dụng lên khung xe ở tâm cầu sau ở trạng thái k được xác định như sau:
2 = 0.722 𝑁 Momen uốn trên các đoạn dầm ở trạng thái k được xác định như sau:
𝑀 𝑘 = 𝑥 − 0.87464 Áp dụng công thức Mohr đối với dầm, khung phẳng (bỏ qua ảnh hưởng lực dọc trục và lực cắt) tính chuyển vị tại K:
+ E: Modun đàn hồi kéo nén của vật liệu +𝐼 𝑥 : Momen quán tính
Thay các giá trị đã tính toán được vào công thức ta tính toán được chuyển vị tại
3.2.6 Kiểm tra dầm theo thuyết bền Đối với bài toán kiểm bền dầm dài (chiều dài dầm có kích thước lớn hơn 10 lần chiều ngang dầm) thì tác dụng của lực cắt đối với độ bền của dầm là không đáng kể so với việc dầm chịu uốn dưới tác dụng của momen uốn Do đó ta chỉ cần kiểm tra ở trạng thái ứng suất đơn có nghĩa là kiểm bền theo thuyết bền thứ nhất - Thuyết bền ứng suất pháp Thuyết bền thứ nhất phát biểu như sau: “Nguyên nhân gây ra sự phá hỏng của vật liệu ở trạng thái ứng suất (TTƯS) khối là do trị số lớn nhất của ứng suất pháp đạt tới một giới hạn xác định, giới hạn này không phụ thuộc vào dạng của TTƯS”
55 Điều kiện bền ở TTƯS khối được viết là:
Vật liệu chế tạo khung xe là loại vật liệu dẻo nên [ 𝜎 𝑘 ] = [ 𝜎 𝑛 ] = [𝜎], đối với vật liệu dẻo thì [𝜎] = [ 𝜎 𝑐ℎ ] Theo thông số thép do nhà sản xuất cung cấp thì ta có được [ 𝜎 𝑐ℎ ] = 295 𝑀𝑃𝑎 Do đó điều kiện bền được viết lại như sau:
+ [ 𝜎 𝑘 ]: Ứng suất cho phép khi kéo + [ 𝜎 𝑛 ]: Ứng suất cho phép khi nén + [𝜎]: Ứng suất nguy hiểm cho phép + [ 𝜎 𝑐ℎ ]: Ứng suất chảy cho phép
Từ biểu đồ nội lực và momen uốn ở hình 3.18 ta xác định ứng suất cực đại có giá trị 𝜎 𝑚𝑎𝑥 = 37.48 𝑀𝑃𝑎 𝑡ạ𝑖 đ𝑖ể𝑚 𝑐ó |𝑀 𝑥 | = 2337 N.m Trong khi đó, ứng suất cho phép lớn nhất của vật liệu chế tạo dầm là 295 MPa
Từ đó ta tính được hệ số dữ trữ bền (hệ số an toàn):
+ Ứng suất tác dụng lên khung ở trường hợp này thỏa điều kiện ứng suất cho phép của vật liệu [𝜎] = 295 𝑀𝑃𝑎 với hệ số dữ trữ bền 𝑛 ≈ 8
+ Khung xe trong trường hợp này vẫn hoạt động bình thường không có hiện tượng hư hỏng hay nứt gãy vì thỏa mãn điều kiện bền
Kiểm bền bằng phần mềm RDM (Résistance Des Matériaux)
RDM là phần mềm ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn trong tính toán kết cấu do giáo sư người Pháp Yves Debrarh thuộc trường Đại học Kỹ thuật Le Mans sáng tạo ra Phần mềm này dựa trên phương pháp PTHH để mô phỏng lại các bài toán sức bền vật liệu và cơ học kết cấu Phần mền có thể giải được các dạng bài như sau:
- Tính toán dầm phẳng chịu uốn
- Các dạng bài toán tĩnh và động kết cấu khung giàn 2D, 3D, bài toán tĩnh và động kết cấu đàn hồi phẳng hay tròn xoay, bài toán tĩnh và động các tấm chịu uốn
- Tính ứng suất và chuyển vị điểm của khung, dầm
- Tính nhiệt các chi tiết phẳng tròn xoay
Hình 3.27 Giao diện phần mền RDM Ossatures
3.3.1 Thiết lập bài toán với RDM Ossatures
- Khung xe cần tính toán được tạo thành từ các phần tử dầm thẳng, mặt cắt ngang thay đổi như đã trình bày trên hình 3.23
- Xem khung xe là hai dầm thẳng, bỏ qua các đoạn cong tại vị trí gá các cụm động cơ, hộp số
- Khoảng cách trục của hai dầm dọc chính của khung xe là khoảng cách trọng tâm tiết diện ngang của hai đoạn dầm dọc có tiết diện thay đổi lớn nhất ở giữa hai cầu xe có kích thước lần lượt là: d0 mm, b= 70 mm, t=s=5 mm, vị trí trọng tâm c= 23 mm
Hình 3.28 Sơ đồ xây dựng mô hình tính toán trong RDM Ossatures
- Nhập tọa độ không gian cho khung: các giá trị tọa độ của khung được cho trong bảng sau:
Bảng 3.9 Tọa độ các nút cần thiết lập trong RDM Ossatures
Nút x (mm) y (mm) z (mm) Nút x (mm) y (mm) z (mm)
Tọa độ các nút có được là do ta tiến hành chia nút tại các vị trí nối giữa dầm dọc và dầm ngang, các vị trí đặt lực tập trung và lực phân bố, các vị trí bắt nhíp và các vị trí tiết diện thay đổi trên dầm dọc Sau khi đo đạc khoảng cách và tọa độ các vị trí ta có được bảng 3.9 Khung xe được rời rạc hóa thành 53 nút và 58 phần tử được đánh số theo thứ tự như hình bên dưới
Hình 3.29 Mô hình hóa khung dầm bằng RDM Ossatures
- Tạo các đoạn dầm cho khung: click chuột vào các nút để nối các nút lại với nhau tạo thành các đoạn dầm: (1-2), (2-3), (3-4)…(57- 58)
Hình 3.30 Tạo dầm cho khung
- Định tiết diện cho dầm: thông số kích thước tiết diện của dầm dọc và dầm ngang như đã trình bày ở phần trước
Hình 3.31 Định tiết diện cho dầm dọc và dầm ngang
- Đặt điều kiện biên cho khung: Hệ thống treo của xe là dạng elip nửa đối xứng nên phản lực tác dụng lên 2 gối nhíp ở cùng một nhíp là như nhau Do đó ta xác định được điều kiện biên như sau:
+ Đặt các phản lực lên các gối nhíp trước và sau tại các nút: 4, 10, 17, 22, 27,
+ Định liên kết và khống chế bậc tự do cho dầm: tại vị trí tâm cầu trước khống chế dịch chuyển theo ba phương x, y, z chỉ cho phép quay quanh trục x (khống chế 5 bậc tự do), vị trí tâm cầu sau chỉ cho phép dịch chuyển theo phương y và cho phép quay quanh trục x ( khống chế 4 bậc tự do) Tức là tâm cầu trước cố định tâm cầu sau có thể dịch chuyển theo phương dọc khung
Bảng 3.10 Tọa độ và điều kiện biên cần thiết lập
Nút Vị trí Giới hạn bậc tự do
7-30 Tâm cầu trước Dx=0, Dy=0, Dz=0 Rotx≠0, Roty =0, Rotz =0 19-42 Tâm cầu sau Dx=0, Dy≠0, Dz=0 Rotx≠0, Roty =0, Rotz =0
Hình 3.32 Đặt điều kiện biên cho khung
- Xác định tải tác dụng lên khung: tải tác dụng lên khung bao gồm tải trọng cabin, cụm động cơ, hộp số, tải trọng phân bố thùng hàng được đặt tại các nút được cho trong bảng sau Xem các cụm, các bộ phận là những tải trọng tập trung đặt tại vị trí bắt của nó trên dầm dọc, tải trọng thùng xe phân bố đều trên chiều dài dầm dọc phần dôi ra của thùng xe được quy về một lực tập trung và một momen tại cuối khung Xem như hai dầm dọc khung chịu tải như nhau
Bảng 3.11 Vị trí và giá trị tải tại các nút
2-25 Lực tập trung có giá trị 641.50 N
4-27,10-33 Lực tập trung có giá trị 3773.06 N
8-31 Lực tập trung có giá trị 3758.50 N
9-32 Lực tập trung có giá trị 1357 N
11 đến 23, 34 đến 46 Lực phân bố có giá trị 3273.14 N
12-35 Lực tập trung có giá trị 227.5 N
17-40, 22-45 Lực tập trung có giá trị 6472.53N
23-46 Lực tập trung có giá trị 1047.5 N và momen có giá trị
Hình 3.33 Định tải cho khung
- Chọn vật liệu cho khung: Khung xe được làm bằng thép SAPH440 với các thông số sau:
Hình 3.34 Thông số vật liệu của dầm
- Biểu đồ đường đàn hồi
+ Nhận xét: Giá trị chuyển vị lớn nhất là 2.086 mm tại vị trí nút 23,46 ở cuối của khung
+ Nhận xét: giá trị lớn nhất là 5131.5N tại vị trí nút 17,40 nhíp sau bên trái
+ Nhận xét: giá trị lớn nhất là 2412.31 N.m tại vị trí cách đầu khung 2.172m
- Phổ ứng suất tại vị trí cực đại
+ Nhận xét: giá trị ứng suất lớn nhất là 31.29 MPa tại nút 22,45 ở vị trí nhíp sau bên phải
Bảng 3.12 Giá trị lực cắt, momen uốn, ứng suất, chuyển vị tại các điểm chia được tính bằng RDM
