Vấn đề rung động và tiếng ồn trên xe buýt là tiêu chí quan trọng cần cải thiện nhằm đảm bảo sự thoải mái và an toàn cho hành khách Trong kết cấu xe buýt khung xương xe là bộ phận truyền rung động từ nguồn kích thích như động cơ mặt đường… đến vị trí ghế hành khách Tối ưu hóa độ cứng khung xương xe là giải pháp hiệu quả nhằm giảm rung động trên xe tạo sự thoải mái cho hành khách Bài báo đề xuất mô hình mô phỏng rung động kết cấu khung xe buýt B45 sử dụng phần mềm Hyperworks Trên cơ sở phân tích kết quả tính toán rung động tác giả lựa chọn kết cấu khung xe tối ưu thay đổi độ cứng khung xương xe giảm thiểu rung động ghế hành khách đáp ứng mức cao nhất về sự thoải mái theo tiêu chuẩn ISO Human Body Vibration ISO 2631 Kết quả rung động trước và sau khi tối ưu kết cấu khung xe được kiểm chứng bằng đo đạc thực nghiệm về rung động tại các vị trí khác nhau trên ghế hành khách
Đ I H ω ĐÀ N NG TR NGăĐ IăH CăBỄCHăKHOA NGUY N MINH THI N T Iă UăHịAăKHUNGăXEăBUSăB45ă NH M GI MăRUNGăĐ NG GH HÀNH KHÁCH Chuyên ngành: K thu t c ăkhí Mã s : 8520103 LU NăVĔNăTH CăSƾăK THU T Ng iăh ng d n khoa h c: PGS.TS LÊ CUNG ĐƠăNẵng - Nĕmă2018 L IăCAMăĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Ngư i cam đoan Nguy n Minh Thi n M CL C TRANG BÌA L IăCAMăĐOAN M CL C TRANGăTịMăT Tă U NăVĔN DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH VI T T T DANH M C CÁC B NG DANH M C CÁC HÌNH M Đ U 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên c u Đ i tượng ph m vi nghiên c u Phương pháp s vật chất phục vụ nghiên c u Ý nghĩa khoa h c thực tiễn c a đề tài Dự kiến kết qu đ t Cấu trúc luận văn CH NGă1 T NG QUAN V RUNGăĐ NG TRÊN Ô TÔ 1.1 nh hư ng c a rung động đến chất lượng ô tô .4 1.1.1 Rung động ô tô 1.1.2 ωơ chế tác động lên thể ngư i 1.1.3 nh hư ng c a rung động đến độ bền khung v an toàn chuyển động 1.2 Tổng quan nghiên c u rung động nước .7 1.2.1 Nghiên c u nước 1.2.2 Nghiên c u nước 1.3 Tiêu chuẩn đánh giá rung động ô tô .11 1.3.1 RMS (Root Mean Square) 12 1.3.2 MTVV (Maximum Transient Vibration Value) 13 1.3.3 VDV (Vibration Dose Value) 14 1.4 Các nguồn rung động yếu t nh hư ng đến nguồn rung động .14 1.4.1 Nguồn kích thích từ mặt đư ng 15 1.4.2 Nguồn kích thích từ động chi tiết quay 17 CH NGă2 MỌăHÌNHăDAOăĐ NG KHUNG XE VÀ19 GH HÀNH KHÁCH19 2.1 Lý thuyết rung động 19 2.1.1 Mơ hình dao động kích thích cưỡng b c 19 2.1.2 Mơ hình dao động c a ô tô kích thích c a mặt đư ng 20 2.2 Xây dựng mơ hình rung động khung xe ghế hành khách .20 2.3 Dao động riêng c a khung xe 22 2.4 Thực nghiệm xác đ nh thông s đầu vào .22 2.4.1 Phương pháp đo rung động thiết b LMS test Lab 23 2.4.2 Giới thiệu thiết b rung động LMS test Lab 24 2.4.2.1 Tổng quan thiết b đo 24 2.4.2.2 Nguyên lý ho t động .28 2.4.2.3 Tiến hành đo lấy thông s đầu vào 28 2.4.3 Kết qu đo rung động 32 CH NGă3 NG D NG PH N M MăHYPERWORKSăĐ GI I BÀI TOÁN RUNGăĐ NG 34 3.1 ωơ s lý thuyết giới thiệu chung phần mềm Hyperworks 34 3.1.1 Lý thuyết phương pháp phần tử hữu h n 34 3.1.2 Giới thiệu chung phầm mềm Hyperworks 36 3.1.2.1 Hyper Mesh .36 3.1.2.2 HyperView 37 3.1.2.3 HyperGraph .37 3.1.2.4 HyperCrash 38 3.1.2.5 Radioss 38 3.1.2.6 Optistruct 39 3.1.2.7 MotionView 39 3.1.2.8 Simlab 40 3.2 Thông s kỹ thuật c a xe buýt 40 3.2.1 Thông s b n 40 3.2.2 Các thông s đầu vào cho việc tính tốn 41 3.2.2.1 Khung xương đầu 41 3.2.2.2 Khung xương m ng hông trái 42 3.2.2.3 Khung xương m ng hông ph i 42 3.2.2.4 Khung xương m ng mui 43 3.2.2.5 Khung xương m ng đuôi 44 3.2.2.6 Khung xương m ng sàn 45 3.3 Xây dựng toán .47 3.3.1 Cấu trúc tổng thể c a toán FEA phần mềm Hyperwork 47 3.3.2 Xây dựng mơ hình phân tích dao động 48 3.3.2.1 Mơ hình lý thuyết 48 3.3.2.2 Phần tử khung xương body chassis 49 3.3.2.3 Phần tử d ng kh i 3d .51 3.3.2.4 Phần tử liên kết 53 3.3.2.5 Phần tử Mass 53 3.3.2.6 Hệ s dập tắc dao động c a mơ hình khung xe .55 3.4 Xây dựng điều kiện biên cho toán rung động FRF phần mềm HyperWorks .55 3.4.1 Ràng buộc SPC 56 3.4.2 Đ nh nghĩa đơn v lực kích thích DLOAD 57 3.4.2.1 Chân máy bên phụ phía trước 58 3.4.2.2 ωhân máy bên phụ phía sau 60 3.4.2.3 ωhân máy bên tài phía trước 61 3.4.2.4 Chân máy bên tài phía sau .62 3.4.3 Dãy tần s kích thích FREQ 62 3.4.4 Card tính tốn METHOD 63 CH NGă4 TÍNH TỐN K T QU - T Iă UăHịAăK T C U KHUNG XE - KI M CH NG TH C NGHI M 65 4.1 Kết qu tính toán rung động xe buýt 65 4.1.1 ψiên độ vận t c theo phương X 65 4.1.2 ψiên độ vận t c theo phương Y 67 4.1.3 ψiên độ vận t c theo phương Z 68 4.1.4 ψiên độ gia t c rung động theo phương X 70 4.1.5 ψiên độ gia t c rung động theo phương Y 72 4.1.6 ψiên độ gia t c rung động theo phương Z 73 4.2 Kết qu tính toán giá tr gia t c 75 4.3 T i ưu hóa kết cấu khung xe .77 4.3.1 Tăng độ c ng kết cấu khung xương 77 4.3.1.1 ωác v trí rung động lớn 77 4.3.1.2 Phương án tăng c ng kết cấu khung xương 78 4.3.2 T i ưu hóa kết cấu 78 4.3.2.1 V trí sàn hành khách, tôn m ng mui m ng đuôi .79 4.3.2.2 Thay đổi khung xương m ng sàn 80 4.3.2.3 Thay đổi khung xương m ng mui 80 4.4 Đánh giá kết qu t i ưu hóa 81 4.4.1 M c độ rung động 81 4.4.1.1 M c độ rung động theo phương X 81 4.4.1.2 M c độ rung động theo phương Y 82 4.4.1.3 M c độ rung động theo phương Z 83 4.4.2 M c độ tho i mái sau t i ưu 84 4.4.2.1 M c độ tho i mái theo phương X 84 4.4.2.2 M c độ tho i mái theo phương Y 85 4.4.2.3 M c độ tho i mái theo phương Z 86 4.5 Thực nghiệm đánh giá kết qu t i ưu 88 4.5.1 Kết qu đo đ t thực tế trước t i ưu 88 4.5.2 Kết qu đo đ t thực tế sau t i ưu 89 K Tă U N 91 H NG PHÁT TRI NăĐ TÀI 92 TÀI LI U THAM KH O 93 PH L C UY TăĐ NHăGIAOăĐ ăTĨI LU NăVĔNăTH CăSƾă(B N SAO) BÀI BÁO C A TÁC GI (Gi y xác nh năđ ngăỦăchoăđĕngăbƠi) B Nă SAOă K Tă U Nă C Aă H Iă Đ NG,ă B Nă SAOă NH Nă XÉTă C Aă CỄCă PH NăBI N,ă UY TăĐ NHăGIAOăĐ ăTĨI TRANGăTịMăT Tă U NăVĔN T Iă UăHịAăKHUNGăXEăBUụTăB45ăNH M GI MăRUNGăĐ NG GH HÀNH KHÁCH INVESTIGATION ON OPTIMISING STRUCTURE OF BUS FRAME FOR REDUCING PASSENGER CHAIR VIBRATION H căviên:ăNGUY NăMINHăTHI N Chuyên ngành: C ăK ăTHU T Mưăs :ă8520103ăKhóa: K34 Tr ngăĐ iăh căBáchăkhoaă- ĐHĐN Vấn đề rung động tiếng ồn xe buýt tiêu chí quan tr ng cần c i thiện nhằm đ m b o tho i mái an toàn cho hành khách Trong kết cấu xe buýt, khung xương xe phận truyền rung động từ nguồn kích thích động cơ, mặt đư ng… đến v trí ghế hành khách T i ưu hóa độ c ng khung xương xe gi i pháp hiệu qu nhằm gi m rung động xe t o tho i mái cho hành khách ψài báo đề xuất mơ hình mô ph ng rung động kết cấu khung xe buýt B45, sử dụng phần mềm Hyperworks Trên s phân tích kết qu tính tốn rung động, tác gi lựa ch n kết cấu khung xe t i ưu, thay đổi độ c ng khung xương xe, gi m thiểu rung động ghế hành khách, đáp ng m c cao tho i mái theo tiêu chuẩn ISO Human Body Vibration (ISO 2631) Kết qu rung động trước sau t i ưu kết cấu khung xe kiểm ch ng đo đ c thực nghiệm rung động t i v trí khác ghế hành khách Từ khóa: Phương pháp phần tử hữu h n; Hyperworks software, Tiêu chuẩn ISO 2631; Rung động khung xe; Thiết b đo LMS Abstract - Vibration and noise issues are an important criterion in order to improve the comfort and safety for passengers In bus vehicle structures, the bus frame is the main part transmitting vibrations from exciting sources such as engines, road surface to the driver seats Optimizing bus frame stiffness is an effective solution to reduce vehicle vibration in order to increase make more comfortable for passengers The paper deals with a simulation model of B45 bus structural frame, using Hyperworks software Based on the analysis of vibration results, the authors choose the optimum bus frame structure, change the stiffness of the vehicle frame, minimize passenger seat vibration, meet criterion in ISO Human Body Vibration (ISO 2631) standard The vibration results of the bus structural frame before and after optimization will be verified by experimental measurements of vibration at various positions at passenger seats Key words: Finite element method; Hyperworks Software; Standard ISO 2631; Vehicle frame vibration; LMS measuring equipment DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH VI T T T Ký hiệu aw Gia t c rung động c a chuyển động theo th i gian Giá tr gia t c rung động t i th i điểm i Gd(n0) Mật độ lượng mấp mô Ti Mô-men quán tính sinh động làm việc θk Góc quay trục khuỷu Mrec Kh i lượng qn tính [M] Ma trận kh i lượng tổng c a hệ [K] Ma trận độ c ng tổng c a hệ [C] Hệ s dập tắt dao động tổng c a hệ f Lực tác dụng lên hệ dao động Giá tr chuyển v , vận t c gia t c dao động c a hệ vật m X ψiên độ dao động c a hệ vật m ω Tần s góc c a nguồn kích thích ξ Tỷ s gi m chấn φu Góc lệch pha dao động c a vật m so với hàm kích thích ωn Tần s riêng c a hệ r Tỷ s tần s Kb, Cb, mb Độ c ng, hệ s dập tắt dao động kh i lượng tổng khung xe Ks, Cs, ms Độ c ng, hệ s dập tắt dao động kh i lượng ghế hành khách Km, Cm Độ c ng, hệ s dập tắt dao động c a cao su gi m chấn động Ka , Cd Độ c ng bầu hơi, hệ s dập tắt dao động c a gi m chấn Các từ vi t t t TCVN RMS MTVV Tiêu chuẩn Việt Nam Root Mean Square Maximum Transient Vibration Value VDV Vibration Dose Value PSD Power Spectral Density CAE Computer Aided Engineering CAD Computer Aided design FEA Finite Element Application FRF Frequency Response Function NVH Noise Vibration Harshness DANH M C CÁC B NG B ng 1.1 M c độ tho i mái theo gia t c rung động (tiêu chuẩn ISO 2631) 13 B ng 1.2 Giá tr Gd(n0) ng với lo i đư ng (ISO 8608) 16 B ng 2.1 Thông s kỹ thuật c m biến seatpad 25 B ng 2.2 Thông s kỹ thuật c m biến s vòng quay (tacho) 25 B ng 2.3 Thông s kỹ thuật c m biến gia t c phương 26 B ng 2.4 Thông s kỹ thuật c m biến gia t c ba phương 26 B ng 3.1 Thông s kỹ thuật b n c a xe buýt 40 B ng 3.2 Thuộc tính phần tử c a m ng khung xương 49 B ng 3.3 Phần tử d ng kh i c a pát liên kết 52 B ng 3.4 Phần tử Mass c a kh i lượng chi tiết 53 B ng 3.5 Ràng buộc liên kết SPC 56 B ng 3.6 Các hàm DLOAD c a v trí kích thích 58 B ng 3.7 Dãy tần s kích thích FREQ 63 B ng 4.1 ψiên độ vận t c [mm/s] theo tần s rung động phương X 66 B ng 4.2 ψiên độ vận t c [mm/s] theo tần s rung động phương Y 68 B ng 4.3 ψiên độ vận t c [mm/s] theo tần s rung động phương Z 70 B ng 4.4 ψiên độ gia t c (m/s2) theo tần s rung động phương X 71 B ng 4.5 ψiên độ gia t c (m/s2) theo tần s rung động phương Y 73 B ng 4.6 ψiên độ gia t c (m/s2) theo tần s rung động phương Z 75 B ng 4.7 So sánh kết qu biên độ vận t c (mm/s) trước sau t i ưu 84 B ng 4.8 So sánh kết qu giá tr gia t c (m/s2) trước sau t i ưu 87 B ng 4.9 So sánh kết qu giá tr gia t c rung động hiệu dụng sau t i ưu 90 ... Hyperworks mơ hình dao động nói nhằm phân - tích/xác đ nh rung động khung xe ghế hành khách Hiệu chỉnh kết cấu khung xe nhằm tìm kết cấu t i ưu, gi m thiểu rung động ghế hành khách - Kiểm ch ng thực... tượng nghiên cứu: - Rung động c a khung xe ghế hành khách xe buýt ψ45 Nguyên nhân phận gây rung động xe buýt ψ45 3.2 Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên c u dao động c a khung xe buýt ψ45 yếu t nh hư... phận truyền rung động từ nguồn kích thích động cơ, mặt đư ng… đến v trí ghế hành khách T i ưu hóa độ c ng khung xương xe gi i pháp hiệu qu nhằm gi m rung động xe t o tho i mái cho hành khách ψài