Đang tải... (xem toàn văn)
Kiểm định an toàn đối với người đi bộ khi xảy ra va chạm là yêu cầu bắt buộc đối với tất cả các xe ô tô con được bán trên thị trường Liên minh Châu Âu. Uỷ ban an toàn Châu Âu (EEVC) kiểm định an toàn của ô tô với người đi bộ bằng cách cho ô tô va chạm với các mô hình phỏng theo các bộ phận cơ thể người đi bộ bao gồm mô hình đầu, mô hình hông và mô hình chân.
BÀI BÁO KHOA HỌC MÔ PHỎNG PHẦN TỬ HỮU HẠN MƠ HÌNH HƠNG NGƯỜI ĐI BỘ DÙNG TRONG KIỂM ĐỊNH AN TỒN Ơ TƠ Ngơ Văn Lực1 Tóm tắt: Kiểm định an toàn người xảy va chạm yêu cầu bắt buộc tất xe ô tô bán thị trường Liên minh Châu Âu Uỷ ban an toàn Châu Âu (EEVC) kiểm định an tồn tơ với người cách cho ô tô va chạm với mơ hình theo phận thể người bao gồm mơ hình đầu, mơ hình hơng mơ hình chân Đó ba phận thường bị chấn thương nặng người va chạm với tơ Các mơ hình thiết kế cho va chạm có đặc tính động lực học giống với phận tương ứng thể người Va chạm với mô hình hơng người bắt buộc phải thực trình kiểm định Hiện nay, nhiều dịng xe tơ nghiên cứu phát triển phương án bảo vệ an toàn cho người xảy va chạm Trong trình nghiên cứu, nhiều va chạm phải thực để kiểm tra đánh giá kết quả, việc tốn nhiều kinh phí thời gian Trong nghiên cứu này, mơ hình hơng người EEVC sử dụng kiểm định an tồn tơ người mơ hình hố thành mơ hình phần tử hữu hạn (mơ hình FE) Mơ hình với mơ hình FE mẫu xe tơ, thí nghiệm va chạm hông người xe ô tô thực mơ máy tính Việc giúp cho nghiên cứu phát triển đảm bảo độ an tồn tơ người tiết kiệm thời gian chi phí Từ khố: EEVC, Mơ hình hơng người bộ, va chạm, người bộ, kiểm định an toàn ĐẶT VẤN ĐỀ * Theo số liệu thống kê công bố năm 2018, số người bị chết tai nạn va chạm với ô tô Mỹ (NHTSA, 2018) Châu Âu (European Commission, 2018) năm 2017 5.977 5.320 người Theo quy định (European Parliament, 2003), tất dòng ô tô bán thị trường Liên minh Châu Âu phải qua kiểm định an toàn người xảy va chạm Do vậy, hãng xe tơ phát triển dịng xe có nghiên cứu phát triển giải pháp đảm bảo an toàn cho người xảy va chạm Theo quy trình nghiên cứu truyền thống, trước xe sản xuất hàng loạt cần phải sản xuất mẫu để thực thử nghiệm, khơng đạt phải điều chỉnh lại thiết đạt cho sản xuất hàng loạt Thông thường phải sau số lần thử nghiệm đạt kết Khoa Cơ khí-Cơ điện tử, Trường Đại học Phenikaa, Đường Tố Hữu, Phường Yên Nghĩa, Quận Hà Đông, Thành phố Hà Nội 84 kiểm định tốn nhiều kinh phí thời gian Với hỗ trợ máy tính, ngày nhiều thử nghiệm mơ phân tích máy tính Do đó, quy trình phát triển sản phẩm thiết kế, mơ phân tích thử nghiệm máy tính, đạt cho sản xuất mẫu thử nghiệm với mơ hình thật Do có mơ phân tích máy tính nên thử nghiệm với mơ hình thực thường có xác suất thành cơng cao, giúp tiết kiệm thời gian kinh phí nghiên cứu Thử nghiệm an toàn xảy va chạm với người ô tô EEVC (EEVC, 1998) thực với ba mơ hình tương ứng với ba phần thể người mơ hình đầu, mơ hình hơng mơ hình chân Trong giới hạn nghiên cứu mơ hình hơng người xây dựng mơ hình FE Mơ hình sử dụng để mô thử nghiệm va chạm ô tô hơng người bộ, giúp giảm chi phí thời gian nghiên cứu phát triển xe ô tô Phần mền Solidworks HyperMesh sử dụng để xây dựng mơ hình phần mền LS-DYNA sử dụng để mơ kiểm nghiệm động lực học mơ hình FE KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC MƠ HÌNH VÀ QUY TRÌNH KIỂM ĐỊNH Ơ TƠ CỦA EEVC 2.1 Quy trình va chạm kiểm định Hình 1(a) mơ tả kiểm định an tồn ô tô người Hình 1(b) thể q trình kiểm định an tồn với hơng người Mơ hình hơng dùng để kiểm định an tồn cạnh trước nắp ca-bơ tô người Tùy loại xe có góc vận tốc va chạm khác nhau, phụ thuộc nhiều vào chiều cao cạnh trước nắp ca-bô xe Có vị trí cạnh trước nắp cabô cho nguy hiểm chọn để thử nghiệm (EEVC, 1998) Nếu lực va chạm không vượt giới hạn 10kN mô-men uốn đo khơng vượt q giới hạn 1000Nm tơ coi an tồn hơng người xảy va chạm biến dạng trình va chạm Một đặt vị trí trung tâm hai cịn lại đặt hai bên có khoảng cách 50±1mm mơ tả hình vẽ Khi va chạm với vận tốc khác khối lượng mơ hình điều chỉnh tương ứng để đảm bảo động lực học mơ thực tế va chạm với người (a) (b) Hình Kiểm định an tồn tơ với người 2.2 Cấu tạo mơ hình hơng dùng kiểm định Tất nhiên sử dụng hông người thực để kiểm định an tồn tơ va chạm Trong kiểm định an toàn hơng người EEVC sử dụng mơ hình hơng Hình Mơ hình có phận kích thước Hình Xương đùi thay ống thép có khối lượng 1,95±0,05Kg, phần cuối liên kết với phận khác thông qua hai đồng hồ đo lực Đồng hồ đo lực dùng để đo lực dọc trục xương trình va chạm Phần thịt quanh xương đùi cấu tạo vật liệu xốp (CF-45) có chiều dày 25 mm Phần da lớp cao su có chiều dày 1,5 mm, tổng khối lượng phần thịt da 0,6±0,1Kg Khối lượng tồn mơ hình 9,5±0,1Kg Có ba đồng hồ đo chuyển vị vị trí khơng va chạm bề mặt đối xứng dọc để đo qua Hình Cấu tạo mơ hình hơng EEVC 2.3 Kiểm nghiệm mơ hình kiểm định Để sử dụng làm mơ hình kiểm định, sau chế tạo xong mơ hình hơng cần phải kiểm nghiệm Sơ đồ kiểm nghiệm mơ tả Hình Mơ hình có khối lượng 12±0,1Kg, vận tốc ban đầu 7±0,1m/s cho va chạm với lắc ống thép có trọng lượng Kg treo sợi dây dài tối thiểu 2m Với va chạm lực dọc trục đồng hồ đo lực gắn hai đầu mơ hình ống xương đùi có giá nằm khoảng (1,201,55)KN Đồng thời mơ-men uốn lớn nằm khoảng (190-250) Nm đo trung tâm mơ hình, đo bên cạnh mơ hình (160-220) Nm KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 85 mơ hình đủ điều kiện để kiểm định an tồn tơ người Hình Kiểm nghiệm mơ hình hơng (Remigio Carmando, et al 2004) PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Xây dựng mơ hình FE Mơ hình FE mơ hình hơng người thể Hình 4, kích thước mơ hình FE tn thủ xác u cầu với mơ hình sử dụng kiểm định Phần da thể phần tử dạng vỏ, (shell), phần lại thể phần tử khối (solid) Số phần tử chia nhỏ kết xác thời gian tính tốn nhiều Trên sở đánh giá kết chia lại số phần tử để đảm bảo khơng kết xác mà thời gian tính tốn đảm bảo nhỏ Phần da gán vật liệu cao su, theo thư viện phần mền vật liệu có mã hiệu MAT_VISCOELASTIC Phần thịt gán vật liệu dạng xốp, theo thư viện phần mền vật liệu có mã hiệu MAT_LOW_DENSITY_FOAM Các vật liệu lại làm thép, có mã hiệu: MAT_ELASTIC Hình Mơ hình FE 86 Tổng khối lượng mơ hình FE 9,6 Kg, phù hợp với yêu cầu khối lượng tồn mơ hình 9,5±0,1Kg Xương đùi khối lượng 1,96Kg, khối lượng phần da thịt 0,65Kg Phần xương đùi liên kết với phần khác phần tử Lực dọc tác dụng dọc xương xác định thông qua lực tác dụng lên phần tử Các vị trí tương ứng với vị trí đặt đồng hồ đo chuyển vị định nghĩa Node để lấy liệu Từ liệu Node phần tử xác định động số động lực học mong muốn 3.2 Mô kiểm nghiệm thông số động lực học mơ hình FE Hình mơ tả sơ đồ mơ va chạm mơ hình FE với mơ hình ống thép Mơ hình ống thép có khối lượng Kg Mơ hình hơng cho thêm hai phần khối lượng đảm bảo khối lượng tổng mơ hình 12 Kg Vận tốc va chạm m/s Q trình mơ va chạm thực phầm mền LS-DYNA Mô cho kết lực dọc trục, mômen uốn trung tâm, mô-men uốn đo bên cạnh thể Hình 6, Giá trị lớn lực dọc trục tác dụng lên xương đùi 1,43kN Mô-men lớn đo tâm bên cạnh 236 Nm 196 Nm Các giá trị nằm miền giới hạn cho phép Hình Kiểm nghiệm mơ hình FE Hình Lực dọc trục tác dụng lên xương đùi kiểm nghiệm mơ hình FE KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Hình Mô-men tác dụng lên xương đùi đo tâm kiểm nghiệm mơ hình FE Hình Mơ-men tác dụng lên xương đùi đo cạnh kiểm nghiệm mơ hình FE KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Mơ hình FE xây dựng sở bám sát u cầu mơ hình thực sử dụng kiểm định thơng số kích thước thơng số vật liệu Kiểm nghiệm mơ hình FE tn thủ với yêu cầu EEVC mô hình sử dụng kiểm định Với lợi mơ hình FE nên u cầu mơ hình thử nghiệm đáp ứng xác q trình xây dựng Kết kiểm nghiệm mơ hình FE mơ máy tính thể biểu đồ cho thấy, giá trị lực lớn tác dụng dọc xương đùi 1,43kN, giá trị nằm miền giới hạn theo quy định (1,20-1,55) KN Giá trị mô-men lớn đo vị trí trung tâm mơ hình 236Nm, giá trị nằm miền giới hạn yêu cầu (190-250)Nm Giá trị mơ-men đo phía rìa 196Nm, giá trị nằm miền giới hạn yêu cầu (160-220)Nm Như vậy, thấy giá trị kiểm nghiệm mơ hình FE hồn tồn phù hợp với u cầu Do đó, mơ hình hồn tồn sử dụng mô va chạm hông người tơ máy tính nghiên cứu an tồn tơ với người Mọi thơng số mơ hình hơng người EEVC quy định rõ ràng, loại vật liệu loại phổ biến, thông dụng có sẵn thư viện vật liệu phần mềm LS-DYNA Do đó, kết mơ kiểm nghiệm mơ hình FE phụ thuộc chủ yếu vào yếu tố việc chia lưới Kết kiểm định phù hợp chứng tỏ việc chia lưới cho mô hình hợp lý Tuy nhiên để mơ hình cho kết mơ xác sử dụng để mô va chạm với ô tô việc nghiên cứu phát triển cần thiết phải xây dựng mơ hình tơ đảm bảm q trình va chạm cho thơng số động lực học giống với va chạm thực Số phần tử mơ hình tơ cần chia hợp lý để khơng đảm bảo kết q trình mơ xác mà cịn đảm bảo thời gian tính tốn ngắn nhất, giảm thiểu thời gian chạy chương trình KẾT LUẬN Mơ hình FE đáp ứng tất yêu cầu động lực học theo tiêu chuẩn EEVC, mơ hình hồn tồn sử dụng nghiên cứu an tồn tơ người xảy va chạm Sử dụng mơ hình FE nghiên cứu an toàn giúp tiết kiệm thời gian kinh phí Để sử dụng hiệu quả, bước nghiên cứu khơng cần thực thực thử nghiệm với mô hình thực mà mơ Sau có kết nghiên cứu làm mơ hình thực thử nghiệm với mơ hình thực để kiểm nghiệm lại kết Những nghiên cứu cần thiết xây dựng mơ hình FE tơ đảm bảo yếu tố kết cấu động học xảy va chạm thật Kết hợp mô hình tơ mơ hình đầu người thực nhiều nghiên cứu khác an tồn KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MƠI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO HWA/NHTSA National Crash Analysis Center The G Washington University (2018) www.ncac.gwu.edu/vml/models.html Traffic safety basic facts (2018) https://ec.europa.eu/transport/road_safety/sites/roadsafety /files/pdf/statistics/dacota/bfs20xx_pedestrians.pdf Directive 2003/102/EC of the European Parliament and of the Council, Nov 17th, 2003 EEVC/WG 17 Report (1998, updated 2002) Improved Test Methods to Evaluate Pedestrian Protection Afforded by Passenger Cars, European Enhanced Vehicle-safety Committee Remigio Carmando, Alessandro Naddeo and Nicola Cappetti (2004) Upper Leg impactor modelling for Pedestrian Test simulation using F.E.M explicit codes, 8th World Multi-Conference on Systemics, Cybernetics and Informatics, At Orlando, FL (USA), Volume: IX Abstract: FINITE ELEMENT MODELLING OF PEDESTRIAL UPPER LEGFORM IMPACTOR USED IN AUTOMOTIVE SAFETY TESTING Pedestrian safety testing when a collision occurs is a mandatory requirement for all cars sold in the European Union European Enhanced Vehicle-Safety Committee (EEVC) tests the safety of cars by impact to models that simulate pedestrian body parts including headform impactor, upper legform impactor and legform impactor These three parts are often injured when pedestrians impact to cars These models are designed so that dynamic properties of impactors similar to impact to the corresponding parts of the human body in car collisions Collision with the upper legform impactor is one of the mandatory requirement testing Currently, many cars are developed to protect pedestrians in collisions Developing process need to perform many tests of upper legform impactor to car collisions, these tests cost a lot of time and money In this study, the upper legform impactor which is used by EEVC in pedestrian safety testing will be finite element modelling This model and finite element modelling of cars will be used to perform the the collision by computer This will help to save much time and money in process of development cars Keywords: EEVC, Pedestrian Impactor model, pedestrian, pedestrian safety testing Ngày nhận bài: 10/7/2019 Ngày chấp nhận đăng: 22/8/2019 88 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC ... hình hơng dùng kiểm định Tất nhiên sử dụng hông người thực để kiểm định an tồn tơ va chạm Trong kiểm định an toàn hông người EEVC sử dụng mô hình hơng Hình Mơ hình có phận kích thước Hình Xương...2 MƠ HÌNH VÀ QUY TRÌNH KIỂM ĐỊNH Ơ TƠ CỦA EEVC 2.1 Quy trình va chạm kiểm định Hình 1(a) mơ tả kiểm định an tồn tơ người Hình 1(b) thể q trình kiểm định an tồn với hơng người Mơ hình hơng dùng. .. qua Hình Cấu tạo mơ hình hơng EEVC 2.3 Kiểm nghiệm mơ hình kiểm định Để sử dụng làm mơ hình kiểm định, sau chế tạo xong mơ hình hơng cần phải kiểm nghiệm Sơ đồ kiểm nghiệm mơ tả Hình Mơ hình