Nghiên cứu ảnh hưởng của lớp vỏ ngoài đến khả năng chịu tải của khung xương xe buýt

ðại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN TRƯỜNG AN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỚP VỎ NGOÀI ðẾN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA KHUNG XƯƠNG XE BT Chun ngành: Kỹ thuật Ơtơ – Máy kéo LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2009 CƠNG TRÌNH ðƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA ðẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHAN ðÌNH HUẤN Chữ ký PGS.TS PHAN ðÌNH HUẤN Cán chấm nhận xét 1: Chữ ký Cán chấm nhận xét 2: Chữ ký Luận văn thạc sĩ ñược bảo vệ HỘI ðỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày … tháng … năm 2009 TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ðÀO TẠO SðH CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ðỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày … tháng … năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN TRƯỜNG AN Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 04/06/1983 Nơi sinh: ðồng Tháp Chun ngành: Kỹ thuật Ơtơ – Máy kéo MSHV: 01307252 I - TÊN ðỀ TÀI: “Nghiên cứu ảnh hưởng lớp vỏ ngồi đến khả chịu tải khung xương xe buýt” II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tính tốn, so sánh kết cấu thân xe trường hợp chịu tải Tính tốn tăng cứng tăng bền lớp vỏ cho khung xương xe buýt III - NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bắt ñầu thực LV ghi ñịnh giao ñề tài): …./…./ 2009 IV - NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/12/ 2009 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) CN BỘ MƠN QL CHUN NGÀNH PGS.TS PHAN ðÌNH HUẤN NGƠ XN NGÁT Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chun ngành thơng qua Ngày……tháng… năm 2009 TRƯỞNG PHÒNG ðT – SðH (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN  Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Thầy Cô Trường ðại học Bách Khoa Tp.HCM Thầy Cô thuộc Bộ môn Kỹ thuật Ơtơ – Máy kéo tận tình giảng dạy Tơi suốt q trình theo học Trường Tơi xin cảm ơn PGS.TS Phan ðình Huấn hướng dẫn cho Tơi hướng nghiên cứu hữu ích lời góp ý chân thành để hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân tạo điều kiện cho Tơi học tập nghiên cứu đến Xin cảm ơn Cơng ty SAMCO cung cấp cho Tơi tài liệu liên quan ñến ñề tài nghiên cứu Mặc dù ñã hồn thành Tơi tin khơng tránh khỏi thiếu sót, hạn chế luận văn nên Tơi mong có lời nhận xét góp ý từ phía Thầy Cơ Bộ mơn bạn khóa ñể luận văn hoàn thiện Học viên: NGUYỄN TRƯỜNG AN MỤC LỤC Phần 1: TỔNG QUAN 1 Giới thiệu Tình hình nghiên cứu ngồi nước ðối tượng phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn ñề tài Phương pháp nghiên cứu Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tính tốn hệ dàn 2.1.1 Phần tử dàn phẳng 2.1.2 Dàn không gian 2.1.3 Phân tích ma trận kết cấu khơng gian 2.2 Ứng suất 2.2.1 Trạng thái ứng suất phẳng 2.2.2 Trạng thái ứng suất khối 2.3 Biến dạng 11 2.4 Liên hệ ứng suất biến dạng 11 2.5 Liên hệ biến dạng chuyển vị 13 2.6 Phần tử BEAM4 SHELL 63 14 2.6.1 BEAM4 14 2.6.2 SHELL63 14 2.7 ðộ cứng vỏ mỏng 16 2.8 Các ñiều kiện biên chữ nhật 18 Chương 3: PHÂN TÍCH KẾT CẤU THÂN XE BUÝT 20 3.1 Các loại thân xe 20 3.1.1 Dạng chassi rời 20 3.1.2 Các dạng kết cấu ñại 20 3.2 Phân tích kết cấu thân xe bt tính tốn 22 3.2.1 Lựa chọn thân xe bt tính tốn 22 3.2.2 Kết cấu phần khung xương thân xe 23 3.2.2.1 Kết cấu khung xương sàn 24 3.2.2.2 Kết cấu khung xương hông phải 25 3.2.2.3 Kết cấu khung xương hông trái 26 3.2.2.4 Kết cấu khung xương mặt ñầu 27 3.2.2.5 Kết cấu khung xương mặt sau 29 3.2.2.6 Kết cấu khung xương mui 30 3.2.2.7 Kết cấu phần vỏ thân xe 31 3.3 Mô hình PTHH kết cấu thân xe bt tính tốn 31 3.4 Kết cấu vỏ 32 3.4.1 Dạng kết cấu vỏ ñơn (SSS) 32 3.4.2 Dạng kết cấu hộp giản ñơn 35 3.4.3 Kết cấu phẳng 39 3.5 Phân tích kết cấu thân xe 40 3.5.1 Các vấn ñề chung phân tích kết cấu thân xe 40 3.5.2 Khái niệm kết cấu thân xe chịu tải lý tưởng 40 3.5.3 Hình dáng hình học kết cấu lý tưởng 40 3.5.4 Bề mặt vỏ kết cấu 41 3.5.5 Phương pháp mảng chịu cắt 41 3.5.6 Phân tích số dạng kết cấu 41 Chương 4: TÍNH TỐN KẾT CẤU THÂN XE BUÝT 48 4.1 Các giai đoạn q trình phân tích ứng suất 48 4.2 Phân tích tải trọng tác dụng lên thân xe 48 4.2.1 Hệ số tải trọng tác dụng 48 4.2.2 Các trường hợp tác dụng tải trọng 50 4.2.2.1 Trường hợp chịu uốn (tải trọng ñối xứng trục) 50 4.2.2.2 Trường hợp chịu xoắn (tải trọng khơng đối xứng trục) 51 4.2.2.3 Trường hợp chịu tải trọng dọc trục 53 4.2.2.4 Trường hợp chịu tải trọng ngang 55 4.2.3 Kết hợp trường hợp tác dụng tải trọng 56 4.3 Trường hợp chịu uốn 57 4.3.1 Sự phân bố tải trọng lên kết cấu thân xe 57 4.3.2 Trường hợp chịu xoắn 58 4.3.3 Trường hợp chịu tải trọng dọc trục 58 4.3.4 Trường hợp chịu tải trọng ngang 60 4.4 Phân tích ứng suất kết cấu thân xe bt tính tốn 61 4.5 Kết luận 74 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 75 5.1 Kết luận 75 5.2 Hướng phát triển 75 PHỤ LỤC 1: BẢNG THƠNG SỐ TÍNH TỐN CÁC TRƯỜNG HỢP CHỊU TẢI PHỤ LỤC 2: BÁO CÁO KHOA HỌC – HỘI NGHỊ KHOA HỌC LẦN THỨ 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO Chương TỔNG QUAN Giới thiệu Hiện nay, vấn đề mơi trường tiêu thụ lượng ñang ñược quan tâm rộng rãi với tất người khắp giới ñặc biệt khu vực phát triển ngành sản xuất xe ðể giảm giá thành tiêu hao nhiên liệu phải sử dụng vật liệu tiêu việc thay ñổi thiết kế Tuy nhiên phải ñáp ứng ñủ khả chịu tải, an toàn tạo thoải mái cho hành khách Với tình hình phát triển nhanh chóng phưong tiện cá nhân Việt Nam ñặc biệt ảnh hưởng dẫn ñến nhiều hệ lụy ñó Thành phố Hồ Chí Minh Ngành cơng nghiệp ơtơ thành phố Hồ Chí Minh với số lượng chưa lớn hàm lượng khả tiềm lớn, với doanh nghiệp Nhà nước Công ty Cơ khí ơtơ Sài Gịn (SAMCO) cơng nghiệp ñịa phương, 30 năm qua, ñơn vị ñã đóng góp phẩn khơng nhỏ vào ngành khí ôtô thành phố phát triển bước nâng cao ñến dòng xe cao cấp khác từ sản xuất từ sản xuất hướng nội, ñịnh hướng xuất ñến thị trường lân cận nước ñang phát triển Trong thập niên gần ñây, kể quốc gia có nhiều nhà sản xuất than xe Thái Lan việc sản xuất thân xe xây dựng dựa kinh nghiệm kỹ người kỹ thuật Và phát triển ñưa vào sản xuất hang loạt doanh nghiệp cịn sản xuất dựa kinh nghiệm Vì mà ngày cịn tồn đọng nhiều vấn đề cần đuợc tính tốn Một vấn đề ảnh hưởng lớp vỏ ngồi đến khả chịu tải khung xuơng thân xe bt, để tạo sở tính tốn tối ưu hóa khung xuơng để giảm giá thành, tăng tính kinh tế xe buýt Tình hình nghiên cứu ngồi nước Q trình nghiên cứu kết cấu dạng khung ñuợc giới nghiên cứu từ lâu Trong năm trước 1980, q trình phân tích kết cấu trở nên phổ biến, thay dần trình kiểm tra lí tính Vào năm 1980, việc phân tích kết cấu trở thành cơng cụ thiết kế Những năm 1990, với phát triển phần mềm thiết kế 3D (CAD) phần mềm tính tốn (CAE), q trình tính tốn kết cấu góp phần làm giảm thời gian cho chu kì thiết kế sản phẩm Từ năm 2000 đến nay, q trình phân tích, tính tốn kết cấu hồn tồn thay q trình kiểm tra lí tính vài sản phẩm Mặc dù chấp nhận công cụ thiết kế việc phân tích tính tốn kết cấu sản xuất chưa phổ biến ðối với lĩnh vực khí nói chung lĩnh vực sản xuất xe bt nói riêng chi tiết dạng khung chiếm khối lượng lớn tồn sản phẩm Tuy nhiên việc nghiên cứu, tính tốn sản phẩm dạng khung cịn hạn chế, đặc biệt ngành công nghiệp sản xuất xe buýt nước Hiện việc nghiên cứu kết cấu dạng khung phần lớn áp dụng cho sản phẩm ngành xây dựng, đề cập đến lĩnh vực khí Một số cơng trình nghiên cứu cho kết cấu dạng khung trong: - Nghiên cứu thiết kế tối ưu hóa kết cấu khung xe gắn máy - Nghiên cứu tính tốn, tối ưu hóa kết cấu thân xe bt - Tính tốn tối ưu hóa kết cấu thép cánh rỗng định hình - Tính tốn tối ưu kết cấu dàn không gian theo giải thuật di truyền - Nghiên cứu ảnh hưởng vết nứt ñến tầng số dao ñộng kết cấu khung dầm - Phân tích ổn định khung thép có dầm - Tính tốn kết cấu hệ mơi trường đất kết cấu móng cọc phương pháp phần tử hữu hạn - Nghiên cứu ổn định kết cấu dạng khơng hồn hảo có ñộ võng lớn có chiều dày thay ñổi - Phân tích chịu uốn tải trọng phân bố có xét ảnh hưởng mơmen biên ảnh hưởng cục Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc phân tích, tính tốn khung với mục đích tìm vị trí yếu kết cấu (tập trung ứng suất biến dạng lớn nhỏ nhất) ñể tiến hành tính tốn theo thuật tốn tối ưu Hoặc nghiên cứu liên quan ñến mỏng dừng lại mức độ tính tốn ổn định tính tốn động lực học chủ yếu tiến hành lĩnh vực xây dựng Chưa có nghiên cứu nghiên cứu mối liên quan kết cấu dạng khung vỏ mỏng Trong luận văn này, tác giả không tính tốn hay phân tích kết cấu dạng khung hay vỏ mỏng đơn lẻ mà tiến hành phân tích tính tốn kết cấu dạng khung có kết hợp với vỏ mỏng ðề tài chủ yếu tập trung ñể giải toán tăng cứng tăng bền lớp vỏ mỏng ñến kết cấu dạng khung ðối tượng phạm vi nghiên cứu Việc sản xuất thân xe buýt trình hợp thành số q trình Và khung xe gồm có phần ghép lại chủ yếu phương pháp hàn Do độ bền kết cấu bị ảnh hưởng trình sản xuất Tuy nhiên ñề tài không xét ñến chất lượng trình sản xuất coi trình sản xuất ñảm bảo chất lượng ðề tài nghiên cứu xe buýt 80 chỗ (39 chỗ ngồi kể người lái 41 chỗ đứng) ngồi BT3 Cơng ty Cơ khí Ơtơ Sài Gịn (SAMCO) Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài ðề tài phân tích tải trọng tác dụng lên khung xe buýt khả tăng cứng lớp vỏ ảnh hưởng lắp vào khung xương Nó tạo tiền đề cho việc tính tốn xe Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu ñề tài phương pháp phân tích so sánh Nghiên cứu lý thuyết tính tốn ảnh hưởng đến khả chịu tải trọng kết cấu dựa vào phương pháp phần tử hữu hạn kiểm chứng phần mềm ANSYS Nhờ vào ưu điểm phần mềm ANSYS, sau tiến hành phân tích tính tốn ta dùng phương pháp so sánh kết ñạt ñược q trình tính tốn 74 88 7285 635 -839 1294,9 924,0 75 88 7285 635 -1560 1294,9 924,0 76 60 7735 635 -839 882,9 630,0 77 60 7735 635 -1560 882,9 630,0 78 24 8185 635 -839 353,2 252,0 79 32 8185 635 -1560 470,9 336,0 80 32 2578 635 -839 470,9 336,0 81 12 4783 635 -442 176,6 126,0 82 12 2578 635 -2135 176,6 126,0 83 40 4919 350 -839 588,6 420,0 84 60 4919 350 -1560 882,9 630,0 85 44 1500 919 -442 647,5 462,0 86 32 774 840 -1703 470,9 336,0 Tổng số hành khách: 86 người 4800 Hàng hóa 25 7950 635 -2135 367,9 262,5 25 7950 635 -1703 367,9 262,5 30 7236 955 -1960 441,5 315,0 30 6791 955 -1960 441,5 315,0 25 6345 955 -1960 367,9 262,5 25 5674 350 -1960 367,9 262,5 30 5228 350 -1960 441,5 315,0 30 4783 350 -1960 441,5 315,0 15 4299 350 -1960 220,7 157,5 10 25 3851 350 -1960 367,9 262,5 11 25 3419 350 -1960 367,9 262,5 12 15 1500 919 220,7 157,5 -442 13 15 1946 919 -442 220,7 157,5 14 15 2578 650 -699 220,7 157,5 15 20 2578 650 -267 294,3 210,0 16 20 593 840 -839 294,3 210,0 17 30 593 840 -1560 441,5 315,0 18 30 1104 650 -839 441,5 315,0 19 35 1104 650 -1560 515,0 367,5 20 35 1636 650 -839 515,0 367,5 21 30 1636 650 -1560 441,5 315,0 22 30 2093 650 -839 441,5 315,0 23 30 2093 650 -1560 441,5 315,0 24 20 2593 650 -839 294,3 210,0 25 15 3569 350 -839 220,7 157,5 26 15 3569 350 -1560 220,7 157,5 27 20 3817 350 -839 294,3 210,0 28 25 3817 350 -1560 367,9 262,5 29 25 4039 350 -839 367,9 262,5 30 20 4039 350 -1560 294,3 210,0 31 20 4379 350 -839 294,3 210,0 32 25 5189 350 -839 367,9 262,5 33 25 5189 350 -1560 367,9 262,5 34 25 5459 350 -839 367,9 262,5 35 30 5459 350 -1560 441,5 315,0 36 30 5729 350 -839 441,5 315,0 37 30 5729 350 -1560 441,5 315,0 38 25 6385 350 -839 367,9 262,5 39 25 6385 350 -1560 367,9 262,5 40 20 6835 635 -839 294,3 210,0 41 20 -943 1270 -323 294,3 210,0 42 20 -102 1090 -699 294,3 210,0 43 15 -102 1090 -267 220,7 157,5 44 15 774 840 -699 220,7 157,5 45 30 7285 635 -839 441,5 315,0 46 30 7285 635 -1560 441,5 315,0 47 15 7735 635 -839 220,7 157,5 48 15 7735 635 -1560 220,7 157,5 49 15 4919 350 -839 220,7 157,5 50 20 4919 350 -1560 294,3 210,0 51 20 1500 919 294,3 210,0 -442 Tổng trọng lượng háng hóa Thân xe 1200 1495,5 15702,7 ðộng hộp số 700 -685 734 -737 10300,5 7350,0 ðộng hộp số 700 -685 734 -1523 10300,5 7350,0 Gối tựa treo trước trái 7885 285 -1523 1596,69 Gối tựa treo trước trái 6393 285 -1523 1596,69 Gối tựa treo trước phải 7885 285 -737 1596,69 Gối tựa treo trước phải 6393 285 -737 1596,69 Gối tựa treo sau trái 2608 285 -1523 -1596,69 Gối tựa treo sau trái 932 Gối tựa treo sau phải 2608 285 -737 -1596,69 Gối tựa treo sau phải 932 -737 -1596,69 285 -1523 -1596,69 285 Thông số tải trọng phân bố lên kết cấu thân xe trường hợp chịu tải trọng ngang TẢI TRỌNG NGANG Vị trí - tọa ñộ ñiểm STT Dạng tải trọng Pst (kg) ñặt tải trọng tác dụng x y Py_dym Pz_dym (N) (N) z (mm) (mm) (mm) 60 8866 495 -1902 882,9 662,2 60 7950 635 -2135 882,9 662,2 60 7950 635 -1703 882,9 662,2 72 7236 955 -1960 1059,5 794,6 72 6791 955 -1960 1059,5 794,6 60 6345 955 -1960 882,9 662,2 60 5674 350 -1960 882,9 662,2 48 5228 350 -1960 706,3 529,7 48 4783 350 -1960 706,3 529,7 10 60 4299 350 -1960 882,9 662,2 11 48 3851 350 -1960 706,3 529,7 12 48 3419 350 -1960 706,3 529,7 13 48 2578 650 -2135 706,3 529,7 14 12 2578 650 -1703 176,6 132,4 15 12 1946 919 -1960 176,6 132,4 16 24 1500 919 -1960 353,2 264,9 17 60 774 840 -2135 882,9 662,2 18 60 774 840 -1703 882,9 662,2 19 72 -102 1090 -2135 1059,5 794,6 20 72 -102 1090 -1703 1059,5 794,6 Hành khách 21 60 -943 1270 -2084 882,9 662,2 22 44 -943 1270 -1652 647,5 485,6 23 32 -943 1270 -1201 470,9 353,2 24 12 -943 1270 -755 176,6 132,4 25 12 -943 1270 -323 176,6 132,4 26 48 -102 1090 -699 706,3 529,7 27 48 -102 1090 -267 706,3 529,7 28 88 774 840 -699 1294,9 971,2 29 60 774 840 -267 882,9 662,2 30 88 1500 919 -442 1294,9 971,2 31 88 1946 919 -442 1294,9 971,2 32 72 2578 650 -699 1059,5 794,6 33 80 2578 650 -267 1177,2 882,9 34 80 4783 350 -442 1177,2 882,9 35 80 5228 350 -442 1177,2 882,9 36 60 5674 350 -442 882,9 662,2 37 72 6345 955 -442 1059,5 794,6 38 88 6791 955 -442 1294,9 971,2 39 60 7236 955 -442 882,9 662,2 40 60 7950 635 -699 882,9 662,2 41 60 7950 635 -267 882,9 662,2 42 40 593 840 -839 588,6 441,5 43 60 593 840 -1560 882,9 662,2 44 60 1104 650 -839 882,9 662,2 45 24 1104 650 -1560 353,2 264,9 46 60 1636 650 -839 882,9 662,2 47 48 1636 650 -1560 706,3 529,7 48 60 2093 650 -839 882,9 662,2 49 80 2093 650 -1560 1177,2 882,9 50 60 2593 650 -839 882,9 662,2 51 60 2593 650 -1560 882,9 662,2 52 60 3299 350 -839 882,9 662,2 53 48 3299 350 -1560 706,3 529,7 54 72 3569 350 -839 1059,5 794,6 55 72 3569 350 -1560 1059,5 794,6 56 48 3817 350 -839 706,3 529,7 57 48 3817 350 -1560 706,3 529,7 58 60 4039 350 -839 882,9 662,2 59 60 4039 350 -1560 882,9 662,2 60 44 4379 350 -839 647,5 485,6 61 60 4379 350 -1560 882,9 662,2 62 88 4649 350 -839 1294,9 971,2 63 88 4649 350 -1560 1294,9 971,2 64 72 5189 350 -839 1059,5 794,6 65 72 5189 350 -1560 1059,5 794,6 66 72 5459 350 -839 1059,5 794,6 67 48 5459 350 -1560 706,3 529,7 68 60 5729 350 -839 882,9 662,2 69 60 5729 350 -1560 882,9 662,2 70 72 6385 350 -839 1059,5 794,6 71 44 6385 350 -1560 647,5 485,6 72 44 6835 635 -839 647,5 485,6 73 24 6835 635 -1560 353,2 264,9 74 88 7285 635 -839 1294,9 971,2 75 88 7285 635 -1560 1294,9 971,2 76 60 7735 635 -839 882,9 662,2 77 60 7735 635 -1560 882,9 662,2 78 24 8185 635 -839 353,2 264,9 79 32 8185 635 -1560 470,9 353,2 80 32 2578 635 -839 470,9 353,2 81 12 4783 635 -442 176,6 132,4 82 12 2578 635 -2135 176,6 132,4 83 40 4919 350 -839 588,6 441,5 84 60 4919 350 -1560 882,9 662,2 85 44 1500 919 -442 647,5 485,6 86 32 774 840 -1703 470,9 353,2 25 7950 635 -2135 367,9 275,9 25 7950 635 -1703 367,9 275,9 30 7236 955 -1960 441,5 331,1 30 6791 955 -1960 441,5 331,1 25 6345 955 -1960 367,9 275,9 25 5674 350 -1960 367,9 275,9 30 5228 350 -1960 441,5 331,1 30 4783 350 -1960 441,5 331,1 15 4299 350 -1960 220,7 165,5 10 25 3851 350 -1960 367,9 275,9 11 25 3419 350 -1960 367,9 275,9 12 15 1500 919 -442 220,7 165,5 13 15 1946 919 -442 220,7 165,5 14 15 2578 650 -699 220,7 165,5 15 20 2578 650 -267 294,3 220,7 16 20 593 840 -839 294,3 220,7 Tổng số hành khách: 86 người Hàng hóa 4800 17 30 593 840 -1560 441,5 331,1 18 30 1104 650 -839 441,5 331,1 19 35 1104 650 -1560 515,0 386,3 20 35 1636 650 -839 515,0 386,3 21 30 1636 650 -1560 441,5 331,1 22 30 2093 650 -839 441,5 331,1 23 30 2093 650 -1560 441,5 331,1 24 20 2593 650 -839 294,3 220,7 25 15 3569 350 -839 220,7 165,5 26 15 3569 350 -1560 220,7 165,5 27 20 3817 350 -839 294,3 220,7 28 25 3817 350 -1560 367,9 275,9 29 25 4039 350 -839 367,9 275,9 30 20 4039 350 -1560 294,3 220,7 31 20 4379 350 -839 294,3 220,7 32 25 5189 350 -839 367,9 275,9 33 25 5189 350 -1560 367,9 275,9 34 25 5459 350 -839 367,9 275,9 35 30 5459 350 -1560 441,5 331,1 36 30 5729 350 -839 441,5 331,1 37 30 5729 350 -1560 441,5 331,1 38 25 6385 350 -839 367,9 275,9 39 25 6385 350 -1560 367,9 275,9 40 20 6835 635 -839 294,3 220,7 41 20 -943 1270 -323 294,3 220,7 42 20 -102 1090 -699 294,3 220,7 43 15 -102 1090 -267 220,7 165,5 44 15 774 840 -699 220,7 165,5 45 30 7285 635 -839 441,5 331,1 46 30 7285 635 -1560 441,5 331,1 47 15 7735 635 -839 220,7 165,5 48 15 7735 635 -1560 220,7 165,5 49 15 4919 350 -839 220,7 165,5 50 20 4919 350 -1560 294,3 220,7 51 20 1500 919 -442 294,3 220,7 Tổng trọng lượng háng hóa Thân xe 1200 1495,5 16504,7 ðộng hộp số 700 -685 734 -737 10300,5 7725,4 ðộng hộp số 700 -685 734 -1523 10300,5 7725,4 Gối tựa treo trước trái 7885 285 -1523 6281,65 Gối tựa treo trước trái 6393 285 -1523 6281,65 Gối tựa treo trước phải 7885 285 -737 -6281,65 Gối tựa treo trước phải 6393 285 -737 -6281,65 Gối tựa treo sau trái 2608 285 -1523 6281,65 Gối tựa treo sau trái 932 285 -1523 6281,65 Gối tựa treo sau phải 2608 285 -737 -6281,65 Gối tựa treo sau phải 932 285 -737 -6281,65 PHỤ LỤC STUDY OF THE INFLUENCE OF THIN SHELL ON STIFFNESS AND STRENGTH OF THE BUS BODY BT3 Phan Dinh Huan, Nguyen Truong An HCM City University of Technology ABSTRACT The outer thin shells of bus usually play a role of aesthetics, of covering etc In fact, they also increase the rigidity and the strength of the bus frame Most of the bus manufacturers neglect this factor in computing and in designing the bus frames This paper presents the influence of outer thin shells on the stiffness as well as on the strength of bus body INTRODUCTION Bus is one of the best solution for solving the traffic jam and pollution in Viet nam Automobile industry has continuously grown up in Ho Chi Minh city SAMCO, a local company has significantly contributed in this automobile industry Many technical problems have been studied there in order to perfect and to optimize commercial products This paper is concerned with the effect of cover on loading capacity of bus frame It is also the base for optimal designing the bus frame The final purpose is to reduce the bus price and minimize the fuel consumption The body structure chosen in the present investigation is BT3 bus (39 + 41 seats), manufactured in SAMCO with the following specifications: Table 1.1: BT3 Specifications Formula Type Allowed seat (seat + standing) Overall dimensions (L x W x H), mm 4x2 Passenger car 39 + 41 11810 x 2500 x 3300 Wheel base L0, mm 5600 Width base W0, mm 2020 Weight without ballast (kg) 10317 Gross vehicle weight (kg) 15117 Front/rear tire Minimum turning radius, (m) 10.00-20-14PR/10.00-20-14PR 9,5 COMPUTATIONAL MODEL The computational model is constructed with the aid of the well-known finite element ANSYS software The structure is meshed with BEAM4 and SHELL63 elements and made of CT3 steel The material property parameters are of 63 64 62 65 Young’s modulus of elasticity E = x 105 N/mm2, Poisson's ratio Nuxy = 0.32, σb= 250 N/mm2, density = 7.85 x 10-6 kg/mm3 Investigated points are ones locating on the right side of frame 67 68 70 72 41 1(0,0,0) 10 11 12 13 14 15 16 17 Fig 2.1: Investigated points modeling RESULTS OBTAINED - Weight of one passenger is of 60kg The goods of a passenger weighs 15kg - Acceleration 9.81m/s2 of gravity: In reality, the bending is usually more popular than the torsion 3.1 BENDING CASE Fig 3.1: Displacement of bus body in bending case The bending rigidity of an auto body is very important for body performance This occurs when both on one axle of the vehicle encounter a symmetrical bump simultaneously, self weight, passengers It causes bending moment about horizontal axis of the bus frame In the fully loaded bending case, the vertical deflections of the right longitudinal beams are shown in Fig 3.1 Vertical deflections of longitudinal beams are calculated and of 244.25Nmm2 in case with the thin shell This locates at point 17, the vertical posts of the front axle shaft - The deflections increase at the mid of auto body (at the door) - The average stress on the sections of connections between the vertical posts of the side window frames and two longitudinal beams is around 90Nmm2 - The maximum displacement is of 27.614 mm in case without thin shell, and of 19.063 mm in case with thin shell This locates at point 67 - The maximum stress is about 289 N/mm2 in case without the thin shell, Fig 3.2: The stress of bus body in bending load case displacement 30 displacement (mm) 25 20 15 10 15 22 29 36 43 50 57 64 71 node Without thinshell With thinshell Fig 3.3: Comparison displacement of bus body in bending case In summary, stresses as well as displacements are less dangerous with the presence of thin shells So, the covered thin shells strengthen the bus body structure 3.2 Torsional case Torsional rigidity is also important for bus body performance It occurs in case that one wheel just bump the slope It causes torsional and bending moment at the same time but torsional moment impacts more than bending moment The figure below shows deflections of bus body as changing torsional angle A uniform variation of the body torsional angles shows that the torsional rigidity of the body is evenly distributed along the longitudinal direction The torsional angle is compared between with and without covered thin shell Rresults are as follows: Fig 3.4: Fundamental mode of the body The torsional rigidity changes insignificantly in case with and without covered thin shell The torsional rigidity of the body is evenly distributed along the longitudinal direction Torsional case has stress distribution the same as the bending case but the amplitude is higher The torsional case is one of the most dangerous case but it seldom occurs in practice The stress is of 741.5N/mm2 in case without thin shell and of 675.6N/mm2 in case with thin shell This occurs at vertical posts of the side frames Fig 3.5: Stress distribution in torsional case Fig 3.6: Displacement of bus body in torsional case Displacement (mm) 200 150 100 50 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 NODE WITHOUT THINSHELL WITH THINSHELL Fig 3.7: Comparison displacement of bus body in torsional case The covered thin shell increases torsional rigidity significantly The maximum displacement occurs at point with the value of 145.38 mm in case without thin shell and at point 950 with the value of 136.95mm in case with thin shell) The maximum stress is of 751.5 N/mm2 in case without thin shell and of 675.6 N/mm2 in case with thin shell 3.3 General case This case seldom occurs in practice However, it is the most dangerous case of the bus Fig 3.8: Displacement of bus body in general case - The maximum displacement is of 147.5 mm in case without thin shell and of 137.6 mm in case with thin shell This locates at point Fig 3.9: Stress distribution in general case - The maximum stress is of 988N/mm2 in case without thin In general case, the strain is too small to consider shell and of 899N/mm2 in case with thin shell This locates at point 17 Displaccement (mm) 160 140 120 100 80 60 40 20 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 node WITHOUT THINSHELL WITH THINSHELL Fig 3.10: Comparison displacement of bus body in general case CONCLUSIONS From this study, we can conclude that the covered thin shells are able to strengthen the bus frame In general, they can strengthen up to 7.2% The following problems are proposed to carry out: REFERENCES [1] Hans-Hermann Braess and Ulrich Seiffert - Handbook of Automotive Engineering [2] T.H.G Megson – Aircraft Structures for Engineering Students - Minimizing the bus weight with the constraints of strength and rigidity of structure - Computing and optimizing welds of bus frame [7] A Gauchia, V Díaz, M.J.L Boada, B.L Boada - Bus weight and torsion stiffness optimization [8] H S KIM, H J YIM and C B KIM - Computational durability prediction of body [3] S.T Mau – Fundamentals of Structure Analysis [9] He Zhigang, Zhu Maotao Development of Model Simplifications of Bus Body Connections [4] Saeed Moaveni Finite Element Analysis Theory and Application with Ansys Prentice-Hall Inc [10] István KUTI - Dynamic analysis of [5] Ansys Help - Design Optimization, Structural Analysis Ansys Inc [6] F Lan, J Chen, J Lin Comparative analysis for bus side structures and light weight optimization Proc Instn Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 2004, Vol 218, pp 1067-1075 vehicle manoeuvres on the basis of the finite element method - Periodica Polytechnica ser Transp Eng Vol 29, no 1-2, pp 47–58 (2001) [11] Jason C Brown, A Jonh Robertson – Motor Vehicle Structure: Concepts and Fundamentals structures in prototype vehicles - International Journal of Automotive Technology, Vol 3, No 4, pp 129-135 (2002) ... TÀI: ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng lớp vỏ ngồi đến khả chịu tải khung xương xe buýt? ?? II - NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tính tốn, so sánh kết cấu thân xe trường hợp chịu tải Tính tốn tăng cứng tăng bền lớp vỏ cho... Một vấn đề ảnh hưởng lớp vỏ ngồi đến khả chịu tải khung xuơng thân xe buýt, ñể tạo sở tính tốn tối ưu hóa khung xuơng để giảm giá thành, tăng tính kinh tế xe buýt Tình hình nghiên cứu ngồi nước... xe buýt khả tăng cứng lớp vỏ ngồi ảnh hưởng lắp vào khung xương Nó tạo tiền đề cho việc tính toán xe Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu ñề tài phương pháp phân tích so sánh Nghiên cứu