Nghiên cứu thiết kế và kiểm nghiệm khung ô tô bằng phần mềm chuyên dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu thiết kế kiểm nghiệm khung ô tô phần mềm chuyên dụng DƯƠNG THỊ HIỆN 20131464@student.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật ô tô Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Thanh Tùng Viện: Cơ khí động lực HÀ NỘI, 10/2020 Lời cảm ơn Trong trình nghiên cứu hồn thành luận văn, em thầy Bộ mơn Ơ tơ xe chun dụng - Viện Cơ khí động lực tận tình bảo giúp đỡ Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy, cô hướng dẫn em thời gian qua Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến thầy TS Trần Thanh Tùng, thầy giúp em nhiều khoảng thời gian học tập nghiên cứu Tóm tắt nội dung luận văn Hiện nay, có nhiều cơng cụ hỗ trợ phát triển ngành công nghiệp ô tô, đặc biệt ứng dụng công nghệ máy tính để nghiên cứu thiết kế, kiểm bền khung vỏ ô tô Trong đề tài luận văn này, tác giả đưa trình thiết kế khung xe mà tác giả tối ưu hóa thiết kế khâu đưa ý tưởng Sau có ý tưởng, tác giả xây dựng mơ hình hình học mơ hình phần tử hữu hạn mơ phân tích kiểm nghiệm Đồng thời tác giả đánh giá kết quả, lên phương án cải tiến chi tiết ngang thuộc vị trí đặt mâm xoay Tác giả sử dụng phương pháp lý thuyết kết hợp với sử dụng phần phần mềm chuyên dụng để giải vấn đề nêu Đầu tiên, tác giả khảo sát thực tế kết cấu khung somi romooc công ty xe vận tải địa bàn thành phố Hà Nội Sau xây dựng kích thước bao ban đầu khung xe đưa vào phần mềm Solidthinking Inspire để lấy ý tưởng thiết kế ban đầu Tiếp đó, tác giả dùng phần mềm Solidworks xây dựng lại khung xe với kích thước tối ưu hóa theo phương pháp tối ưu hóa mật độ Sau có mơ hình khung xe, tác giả ứng dụng phân tích mơ hình phần tử hữu hạn máy tính phần mềm Ansys để mô đưa kết đánh giá gồm: ứng suất, chuyển vị trường hợp tải trọng tĩnh tải trọng động có chu kỳ Ngoài ra, tác giả đưa phương pháp cải tiến loại bỏ giao dọc ngang khu vực mâm xoay Với phương pháp này, ứng suất tập trung chi tiết giảm gần nửa so với ứng suất ban đầu, đồng thời nâng cao độ bền mỏi khung xe Trong trình triển khai luận văn, tác giả khơng thể khảo sát, đánh giá hết trường hợp mà khung xe phải chịu tải di chuyển thực tế, tương lai tác giả nghiên cứu trường hợp tải trọng động mặt đường ngẫu nhiên cải tiến chi tiết ngang với phương pháp hàn thêm thép vị trí xảy vết nứt HỌC VIÊN Dương Thị Hiện MỤC LỤC CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Somi romooc 1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Phân loại 1.2.3 Yêu cầu khung somi romooc 1.2.4 Vật liệu chế tạo 1.3 Những nghiên cứu khung somi romooc 1.4 Quá trình thực 1.5 Mục tiêu đề tài 1.6 Kết luận chương 10 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11 2.1 Tổng quan 11 2.2 Cơ sở lý thuyết 12 2.2.1 Phương pháp phần tử hữu hạn 12 2.2.2 Phương pháp tối ưu hóa mật độ 23 2.3 Ví dụ cải tiến thiết kế vỏ cầu 27 2.4 Kết luận chương 33 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH 34 3.1 Xây dựng mô hình hình học 34 3.1.1 Xây dựng mơ hình Solidthinking Inspire 34 3.1.2 Thiết lập điều kiện buộc 35 3.1.3 Thiết lập vật liệu 36 3.1.4 Thiết lập tối ưu hóa mật độ 36 3.1.5 Kết 37 3.2 Xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn 38 3.2.1 Giả thiết mơ hình phần tử hữu hạn 38 3.2.2 Quá trình phân tích mơ hình phần tử hữu hạn 39 3.2.3 Thông số vật liệu 40 3.2.4 Đánh giá phương pháp phân tích 40 3.2.5 Chia lưới 42 3.3 Kết luận chương 52 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH BÀI TỐN VÀ CẢI TIẾN THIẾT KẾ 53 4.1 Phân tích chế độ tải trọng tĩnh 53 4.1.1 Trường hợp xếp dỡ tải thông thường 54 4.1.2 Trường hợp nguy hiểm xe vào cửa kho hẹp 56 4.2 Phân tích chế độ tải trọng có chu kỳ 63 4.2.1 Xét toán 63 4.2.2 Thiết lập toán mỏi Ansys 66 4.2.3 Kết 66 4.3 Cải tiến thiết kế khung 67 4.4 Kết luận chương 69 KẾT LUẬN…………………………………………………………………… 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………………71 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Somi romooc Hình 1.2: Somi romooc chở xăng Hình 1.3: Somi romooc cổ thẳng Hình 1.4: Somi romooc cổ cị Hình 1.5: Đường ROH Hình 1.6: Điều kiện biên toán 2D Hình 1.7: Kết chuyển vị Hình 1.8: Quy trình thực Hình 2.1: Một số sơ đồ rời rạc hóa kết cấu liên tục 12 Hình 2.2: Một số loại phần tử thường dùng 13 Hình 2.3: Phần tử bậc cao 13 Hình 2.4: Thế biến dạng đàn hồi 14 Hình 2.5: Phần tử tam giác 15 Hình 2.6: Biểu diễn lực nút phần tử tam giác dài 17 Hình 2.7: Thanh chịu kéo 21 Hình 2.8: Giải thuật tối ưu hóa theo phương pháp SIMP 26 Hình 2.9: Mơ hình vỏ cầu chủ động xe tải 27 Hình 2.10: Hệ số an tồn phân bố vỏ cầu trường hợp lực kéo cực đại 27 Hình 2.11: Phân bố lại ứng suất toàn vỏ cầu với hệ số an toàn 28 Hình 2.12: Mơ hình sau tối ưu hóa 28 Hình 2.13: Cải tiến vùng vỏ 29 Hình 2.14: Cải tiến vùng đặt quang nhíp 29 Hình 2.15: Cải tiến vùng chuyển tiếp gần moay 30 Hình 2.16: Cải tiến vùng chuyển tiếp vỏ cầu 30 Hình 2.17: Cải tiến vùng tập trung ứng suất mặt đầu 31 Hình 2.18: Cải tiến vùng chuyển tiếp phần vỏ cacte phần chứa bán trục 31 Hình 2.19: Cải tiến vùng sát khu vực bắt nhíp 32 Hình 2.20: Mơ hình vỏ cầu ngun 32 Hình 2.21: Mơ hình vỏ cầu sau cải tiến 32 Hình 3.1: Mơ hình kích thước bao 3D khung 34 Hình 3.2: Phân vùng mơ hình với miền thiết kế không thiết kế 35 Hình 3.3: Vị trí đặt lực 35 Hình 3.4: Vị trí đặt ngàm 36 Hình 3.5: Thơng số vật liệu phần mềm Solidthinking Inspire 36 Hình 3.6: Thiết lập tốn 37 Hình 3.7: Kết tối ưu hóa Solidthinking Inspire 37 Hình 3.8: Kết cấu khung xe sau tối ưu hóa ý tưởng 38 Hình 3.9: Bản vẽ 2D khung 38 Hình 3.10: Q trình phân tích phần tử hữu hạn 39 Hình 3.11: Ví dụ chi tiết 40 Hình 3.12: Biểu đồ hệ số tập trung ứng suất 41 i Hình 3.13: Các loại phần tử hữu hạn phô biến 43 Hình 3.14: Phần tử tứ diện nút 43 Hình 3.15: Phần tử tứ diện 10 nút 44 Hình 3.16: Phần tử lục diện nút 44 Hình 3.17: Phần tử lục diện 20 nút 44 Hình 3.18: Chia lưới với phần tử lục diện 45 Hình 3.19: Chia lưới với phần tử tứ diện 45 Hình 3.20: Kết chuyển vị sử dụng phần tử lục diện nút 45 Hình 3.21: Kết ứng suất sử dụng phần tử lục diện nút 46 Hình 3.22: Kết chuyển vị sử dụng phần tử tứ diện nút 46 Hình 3.23: Kết ứng suất sử dụng phần tử tứ diện nút 46 Hình 3.24: Kết chuyển vị sử dụng phần tử lục diện 20 nút 47 Hình 3.25: Kết ứng suất sử dụng phần tử lục diện 20 nút 48 Hình 3.26: Kết chuyển vị sử dụng phần tử tứ diện 10 nút 48 Hình 3.27: Kết ứng suất sử dụng phần tử tứ diện 10 nút 48 Hình 3.28: Phần tử vùng tập trung ứng suất cao 49 Hình 3.29: Kết chuyển vị mơ hình tinh chỉnh lưới thích ứng 49 Hình 3.30: Kết ứng suất mơ hình tinh chỉnh lưới thích ứng 49 Hình 3.31: Kỹ thuật mơ hình 50 Hình 3.32: Kết ứng suất với mơ hình dùng phần tử lục diện 20 nút 50 Hình 3.33: Kết ứng suất với mơ hình dùng phần tử tứ diện 10 nút 51 Hình 3.34: Chia lưới mơ hình khung xe 52 Hình 4.1: Vết nứt khung xe 53 Hình 4.2: Vết nứt thực tế 53 Hình 4.3: Điều kiện biên chở container 20 feet 54 Hình 4.4: Điều kiện biên chở container 40 feet 55 Hình 4.5: Kết chuyển vị trường hợp 20 feet 55 Hình 4.6: Kết ứng suất trường hợp 20 feet 55 Hình 4.7: Kết chuyển vị trường hợp 40 feet 56 Hình 4.8: Kết ứng suất trường hợp 40 feet 56 Hình 4.9: Mơ tả toán 57 Hình 4.10: Mơ tả diện tích tiếp xúc lốp 58 Hình 4.11: Điều kiện biên chở container 20 feet 59 Hình 4.12: Điều kiện biên chở container 40 feet 59 Hình 4.13: Kết chuyển vị chở container 20 feet 59 Hình 4.14: Kết ứng suất chở container 20 feet 60 Hình 4.15:Kết chuyển vị chở container 40 feet 60 Hình 4.16: Kết ứng suất chở container 40 feet 60 Hình 4.17: Mơ hình chưa cải tiến 61 Hình 4.18: Chia lưới mơ hình chưa cải tiến 62 Hình 4.19: Kết ứng suất trường hợp 20 feet 62 Hình 4.20: Kết ứng suấ trường hợp 40 feet 62 Hình 4.21: Mối quan hệ tải thời gian 63 Hình 4.22: Đường cong mỏi 64 ii Hình 4.23: Đường mỏi S-N viết dạng logarit 65 Hình 4.24: Đường đồng thọ theo tiêu chuẩn Gerber Goodman 66 Hình 4.25: Kết chu kỳ mỏi trường hợp 20 feet 66 Hình 4.26: Kết chu kỳ mỏi trường hợp 40 feet 67 Hình 4.27: Mơ hình sau cải tiến 67 Hình 4.28: Chia lưới mơ hình sau cải tiến 67 Hình 4.29: Kết ứng suất trường hợp 20 feet 68 Hình 4.30: Kết chu kỳ mỏi trường hợp 20 feet 68 Hình 4.31: Kết ứng suất trường hợp 40 feet 68 Hình 4.32: Kết chu kỳ mỏi trường hợp 40 feet 69 iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Thông số vật liệu 36 Bảng 3.2: Thông số thiết lập toán 37 Bảng 3.3: Thông số vật liệu thép kết cấu A710C 40 Bảng 3.4: Kết so sánh phần tử 47 Bảng 3.5: Các tiêu chuẩn đánh giá phần tử 51 Bảng 4.1: Phản lực hệ thống treo chở container 20 feet 57 Bảng 4.2: Phản lực hệ thống treo chở container 40 feet 57 Bảng 4.3: Giá trị moment trường hợp xét 59 Bảng 4.4: Kết phân tích tốn mỏi trường hợp xe vào cửa kho 69 iv CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Giới thiệu chung Trong giai đoạn phát triển kinh tế Việt Nam, nhu cầu giao lưu hội nhập kinh tế ngày cao dẫn đến hoạt động phương tiện tham gia giao thông ngày tăng chủng loại số lượng Đặc biệt loại xe chuyên dụng phục vụ nhu cầu người như: xe cứu hỏa, xe quân sự, cứu thương, xe container, xe somi romooc…Trong đó, vận chuyển hàng hóa đoàn xe somi romooc (SMRM) phương thức vận chuyển quan trọng kinh tế phát triển Vận chuyển đoàn xe phát triển quốc gia có mạng lưới giao thơng liên lục địa Lợi mạng lưới giao thông mặt đường rộng, thoáng, chất lượng mặt đường tốt, vận hành an tồn, tốc độ đồn xe đạt đến 120 km/h Với kích thước khối lượng lớn, đoàn xe cho thấy hiệu việc vận chuyển loại hàng hóa, đặc biệt hàng hóa chuyên dùng [1] Lượng nhiên liệu tiêu hao cho vận chuyển 100 tấn/km hàng hóa giảm 25% nâng tải trọng đoàn xe SMRM từ 16 lên 32 Hiện nay, giá thành nhập loại xe SMRM đắt Ở Việt Nam, có cơng ty Trường Hải Hyundai sản xuất dòng xe SMRM, nhiên dừng lại mức lắp ráp tự sản xuất vài chi tiết nhỏ xe Vì vậy, giai đoạn phát triển tới cần nhà thiết kế, kỹ sư tập trung nghiên cứu để Việt Nam làm chủ công nghệ, thiết kế xe SMRM mang thương hiệu Việt Somi romooc chở container với kích thước container theo tiêu chuẩn ISO gồm loại 20 feet 40 feet Ngoài container có kích thước ngồi tiêu chuẩn 10 feet, 24 feet, 30 feet, 45 feet 48 feet 1.2 Somi romooc 1.2.1 Định nghĩa Xe SMRM loại phương tiện giao thông đường gồm đầu kéo SMRM SMRM có kết cấu trang bị dùng để chở hàng hóa, đỡ tồn tải trọng hàng hóa [1] Hình 1.1: Somi romooc 1.2.2 Phân loại SMRM có nhiều loại đa dạng, tùy theo chức kết cấu chia thành hai loại sau:  Phân loại theo cơng dụng Chở hàng hóa: Được thiết kế chở hàng hóa, vật liệu… + Chất rắn + Chất lỏng SMRM chuyên dụng (chở xăng dầu, chở sắt, cứu hộ giao thông, chuyên chở động vật…) Hình 1.2: Somi romooc chở xăng  Phân loại theo kết cấu Loại cổ thẳng: Dầm dọc có hình dạng thẳng: Thuận tiện đặt container nhiều kích cỡ, đặt hai container nhỏ SMRM Hình 1.3: Somi romooc cổ thẳng Loại cổ cị: Dầm dọc có hình dạng giống cổ cị: Giúp hạ thấp trọng tâm SMRM, tăng độ bám đường liên kết chắn với đầu kéo lực pháp tuyến tác dụng lên giá đỡ hệ thống treo (phản lực) diện tích bề mặt tiếp xúc lốp xe tình trạng chất đầy tải, thể hình 4.10 Diện tích tiếp xúc lốp 245mm x 510mm, loại lốp thường sử dụng cho somi romooc Moment quay giá đỡ tính sau lập bảng 4.3: Hình 4.10: Mơ tả diện tích tiếp xúc lốp Từ hình trên, tác giả tính tốn moment quay sau: (4.1) M= * F (4.2)  M= * * A Giả sử cánh tay đòn ứng suất bề mặt tiếp xúc khơng đổi, tích phân hai vế phương trình (4.2) ta được: δM =  ρ ∗ σ ∗ δA = = ∗σ ∗σ∗μ∗A= δA ∗μ∗N (4.3) Trong đó: M: moment quay bánh xe = : cánh tay đòn N: Lực bánh xe : ứng suất bề mặt tiếp xúc (không đổi) : hệ số ma sát lốp mặt đường nhựa khô =1.2 [11] Từ cơng thức (4.3) tác giả tính giá trị moment trường hợp bảng sau: 58 Bảng 4.3: Giá trị moment trường hợp xét Trường hợp chở container 20 feet Treo trái Treo phải Moment (KN-mm) 41789.98 42560.61 Trường hợp chở container 40 feet Treo trái Treo phải 32070.68 32063.89 Điều kiện biên trường hợp thể hình 4.11 hình 4.12 Hình 4.11: Điều kiện biên chở container 20 feet Hình 4.12: Điều kiện biên chở container 40 feet Kết sau phân tích mơ thể hình 4.13 đến hình 4.16 Hình 4.13: Kết chuyển vị chở container 20 feet 59 Hình 4.14: Kết ứng suất chở container 20 feet Hình 4.15:Kết chuyển vị chở container 40 feet Hình 4.16: Kết ứng suất chở container 40 feet Nhận xét đánh giá: Giá trị ứng suất lớn trường hợp xe vào cửa kho hẹp chở container 20 feet 440.3 Mpa trường hợp 40 feet 517.2 Mpa Vị trí ứng suất tập trung cao khu vực mâm xoay chỗ hai dọc hai hanh ngang Ứng suất lớn thấp ứng suất cho phép vật liệu, nhiên hệ số an toàn thấp tương ứng 1.2 1.1 Vì vậy, để đánh giá tuổi thọ khung, tác giả tiến hành phân tích mơ 60 khung chịu tác dụng lực với giá trị độ lớn trường hợp thay đổi theo chu kỳ Sau xác định độ bề mỏi khung, tác giả xem xét để cải tiến nâng cao hệ số an toàn với trường hợp nguy hiểm Từ kết bốn trường hợp trên, vùng tập trung ứng suất khu vực mâm xoay, thực tế khu vực bị hư hỏng, bền Trong luận văn đưa phương pháp khảo sát chi tiết vị trí tập trung ứng suất khu vực này, đồng thời giảm tải tài nguyên cho máy tính chạy tốn mỏi với lực theo chu kỳ Đó phương pháp kỹ thuật mơ hình phần mềm Ansys trình bày chương 4.1.2.1 Phương pháp kỹ thuật mơ hình Mơ hình tạo cách loại bỏ vùng cần phân tích khỏi mơ hình tổng thể Trong q trình này, điều quan trọng giữ ranh giới cắt xa so với vị trí có ứng suất cao, phép nội suy dịch chuyển từ mơ hình tổng thể khơng ảnh hưởng đến kết cuối Tọa độ vị trí mơ hình khơng bị thay đổi so với mơ hình tổng thể điều kiện biên nội suy cách xác [15] Khi sử dụng kỹ thuật mơ hình phần mềm Ansys, mơ hình tổng thể chia lưới sơ để lấy véc tơ ứng suất, chuyển vị vị trí mặt tiếp xúc với mơ hình Véc tơ ứng suất, chuyển vị điều kiện đầu vào để xác định ứng suất chuyển vị mơ hình con, đặt biệt vị trí mơ tả mối hàn khung ngang mâm xoay Trên mơ hình cần thể liên kết mối hàn, nhiên việc mơ tả xác liên kết mối hàn mơ hình CAD khó, tác giả thay góc vát với bán kính 6mm Mơ hình xây dựng 4.17 Hình 4.17: Mơ hình chưa cải tiến Các giả thiết xây dựng mơ hình:  Tính chất vật liệu mối hàn trì tuyến tính, đồng đẳng hướng  Vùng hàn có tính chất với kim loại  Mối hàn vị trí 61 Mơ hình chia lưới phần tử mịn so với mơ hình tổng thể, vùng dự tính tập trung ứng suất cao tác giả chia phần tử có kích thước nhỏ phù hợp để mơ tả xác kết Hình 4.18: Chia lưới mơ hình chưa cải tiến 4.1.2.2 Kết Kết ứng suất thu có giá trị lớn tập trung vị trí góc dọc ngang giao Giá trị ứng suất nhỏ ứng suất cho phép 550 Mpa, nhiên hệ số an tồn đạt ngưỡng 1.5 Hình 4.19: Kết ứng suất trường hợp 20 feet Hình 4.20: Kết ứng suấ trường hợp 40 feet 62 4.2 Phân tích chế độ tải trọng có chu kỳ 4.2.1 Xét toán Chi tiết ngang theo khảo sát phân tích mơ có ứng suất lớn giới hạn ứng suất cho phép nhiên khung bị hỏng tải trọng có chu kỳ Trong phần tác giả phân tích tượng mỏi khung xe Mục tiêu phân tích bền mỏi xác định số chu kỳ tải đưa thời gian chi tiết bị hư hỏng Mối quan hệ tải thời gian thể hình 4.21 Hình 4.21: Mối quan hệ tải thời gian Biên độ ứng suất: ∆ = − (4-4) = + (4-5) ∆ (4-6) = Trong ; ứng suất lớn nhỏ Lý thuyết sử dụng phần mềm Ansys cho toán bền mỏi Stress-Life Độ bền mỏi hay sức bền mỏi khả chi tiết máy chống lại phá hủy mỏi Quá trình phá hủy mỏi xảy chi tiết máy chịu ứng suất thay đổi Quá trình vết nứt nhỏ (vết nứt tế vi) sinh từ vùng chi tiết máy chịu ứng suất tương đối lớn Phương pháp đánh giá độ bền mỏi Ansys phần mềm khác nay, xây dựng dựa tiêu chuẩn mỏi tiêu chuẩn Goodman, Gerber 63 Trong toán động, tải trọng tác động biến thiên theo miền thời gian tần số gây thay đổi ứng suất liên tục bên đối tượng tác động Trong hầu hết thiết kế khung hệ số an tồn ln đặt từ 2-3 lần nhằm tránh phá hủy gây tải trọng động hay gọi phá hủy mỏi Hiện tượng mỏi xảy ứng suất vị trí đó, dù thấp giá trị ứng suất giới hạn, biến thiên liên tục gây phá vỡ cấu trúc vật liệu làm rạn nứt cuối phá hủy vật liệu Ứng suất biến thiên mô tả qua thông số sau: = - Ứng suất trung bình : = - Vùng biến thiên ứng suất : = - Biên độ ứng suất : - Hệ số ứng suất : - Hệ số biên độ : − = = = Để đơn giản việc tính toán mỏi, giả thiết tải trọng biến thiên theo chu kỳ Việc đánh giá độ bền mỏi vật liệu thể thông qua số chu kỳ tải trọng biến thiên mà vật liệu chịu Số chu kỳ (hay cylce) tính tốn thơng qua đường cong mỏi S-N Từ đường cong mỏi ta xác định giới hạn mỏi vật liệu Thông thường để có đường cong mỏi này, người ta tiến hành thí nghiệm trực tiếp vật liệu Một ví dụ điển hình đường cong mỏi thể hình dưới: Hình 4.22: Đường cong mỏi Đường cong mỏi có trục tung khoảng ứng suất trục hồnh số chu kì tương ứng Thơng thương đường cong S-N thể thông qua dạng logarit, lúc đồ thị mối quan hệ S N có dạng đường gấp khúc Đường gấp khúc S-N có đoạn dốc, đoạn dốc với độ dốc khác Hình 4.23 hình ảnh ví dụ đồ thị S-N dạng log-log với đường gấp khúc 64 Hình 4.23: Đường mỏi S-N viết dạng logarit Phương trình quan hệ đoạn dốc: = 1( ) Trong đó: S: Khoảng ứng suất danh nghĩa; S1: Hệ số bền mỏi; : Số chu kỳ xảy mỏi; b1: Hệ số độ dốc đường mỏi S-N Tại điểm FL tương ứng số cycle NC1, ta kết luận đối tượng không bị phá hủy mỏi, điểm FL gọi giới hạn mỏi Tại điểm đầu đồ thị tương ứng với số chu kỳ 103, ta coi điểm phá hủy hoàn toàn, vật liệu bị phá hủy sau thời gian ngắn Với tải trọng biến thiên theo chu kỳ hình sin, khoảng ứng suất danh nghĩa dễ dàng xác định theo cơng thức: Se = = − Tuy nhiên thực tế tải trọng tác động ngẫu nhiên khoảng ứng suất danh nghĩa thay đổi theo dải biến thiên ứng suất ngẫu nhiên Lúc khoảng ứng suất danh nghĩa Se chịu ảnh hưởng thông số ứng suất trung bình Một cách phổ biến để tìm Se từ thơng số sử dụng tiêu chuẩn bền mỏi Những tiêu chuẩn bền mỏi phổ biến kể đến như:  Tiêu chuẩn Gerber :  Tiêu chuẩn Goodman : Trong : = = ứng suất cực đại vật liệu 65 Các tiêu chuẩn thể thơng qua dạng đồ thị Những đường đồ thị gọi đường đồng tuổi thọ Những điểm nằm đường đồng tuổi thọ có số chu kỳ mỏi giống Nếu giá trị tạo thành điểm nằm bên trái đường đồng thọ gây phá hủy mỏi với số chu kỳ tương ứng Hình 4.24: Đường đồng thọ theo tiêu chuẩn Gerber Goodman Tiêu chuẩn Gerber quan tâm đến ảnh hưởng ứng suất âm dương Trong tiêu chuẩn Goodman bỏ qua yếu tố ứng suất âm Tiêu chuẩn Gerber thường sử dụng cho vật liệu mềm dẻo, tiêu chuẩn Goodman thường sử dụng cho loại vật liệu giòn dễ vỡ 4.2.2 Thiết lập toán mỏi Ansys Việc thiết lập toán mỏi Ansys dựa yếu tố: Tải trọng mỏi, thông số mỏi vật liệu mỏi Tải trọng mỏi lấy từ việc giải toán xe vào cửa kho Thông số mỏi sử dụng tiêu chuẩn Gerber làm tiêu chuẩn để đánh giá dải ứng suất tương đương Vật liệu mỏi gây dựng với thông số tham khảo từ vài nghiên cứu tổng quát có trước [9] [12] 4.2.3 Kết Kết khảo sát toán mỏi khung chưa cải tiến có số chu kỳ mỏi nhỏ 9142.4 chu kỳ trường hợp 40 feet 13486 chu kỳ trường hợp 20 feet Vậy sau khoảng thời gian khung xe bị phá hủy Hình 4.25: Kết chu kỳ mỏi trường hợp 20 feet 66 Hình 4.26: Kết chu kỳ mỏi trường hợp 40 feet Để giảm ứng suất kết hình 4.19, 4.20 tăng số chu kỳ mỏi khung lên, tác giả tiến hành cải tiến cách thiết kế hai ngang không xuyên qua hai dọc Kết cấu cụ thể hình 4.27 4.3 Cải tiến thiết kế khung Trong mơ hình cải tiến tác giả thiết kế ngang dọc không cắt để tránh vùng tập trung ứng suất cao Hình 4.27: Mơ hình sau cải tiến Chia lưới mơ hình với phương pháp kỹ thuật mơ hình con: Hình 4.28: Chia lưới mơ hình sau cải tiến 67 Kết sau cải tiến mơ hình thu giá trị ứng suất lớn 243.8 Mpa giảm gần 200 Mpa so với kết cấu khung chưa cải tiến, tương ứng hệ số an toàn 2.26 trường hợp chở container 40 feet Ngoài tuổi thọ khung tăng lên đáng kể số chu kỳ mỏi đạt 3.16 10 tắng gấp 23.43 lần với kết cấu cũ trường hợp chở container 20 feet Hình 4.29: Kết ứng suất trường hợp 20 feet Hình 4.30: Kết chu kỳ mỏi trường hợp 20 feet Hình 4.31: Kết ứng suất trường hợp 40 feet 68 Hình 4.32: Kết chu kỳ mỏi trường hợp 40 feet Sau cải tiến mơ hình ứng suất số chu kỳ mỏi trường hợp sau: Bảng 4.4: Kết phân tích tốn mỏi trường hợp xe vào cửa kho Trường hợp Chở container 20 feet Chở container 40 feet Chưa cải tiến Sau cải tiến Chưa cải tiến Sau cải tiến Ứng suất lớn (Mpa) 480.2 210.6 539.4 243.8 Số chu kỳ mỏi 13486 3.16 10 9142.4 1.57 10 Từ bảng 4.4, ứng suất sau cải tiến mơ hình giảm gần nửa so với kết cấu mơ hình ban đầu Đồng thời tuổi thọ khung kéo dài, số chu kỳ mỏi gần đạt giá trị 10 4.4 Kết luận chương Luận văn trình bày nghiên cứu khảo sát chế độ tải trọng tĩnh tải trọng có chu kỳ đặt lên khung trường hợp xe làm việc thường xuyên Đánh giá độ bền khung xe theo hai tiêu chí độ bền phá hủy độ bền mỏi Tiến hành đề xuất cải tiến khung xe nhằm thỏa mãn hai tiêu chí độ bền phá hủy độ bền mỏi Đưa phương pháp chia lưới dùng kỹ thuật mơ hình để phân tích với đối tượng có kích thước lớn Nghiên cứu thực hai phần mềm phổ biến đại hàng đầu giới Hyperworks Ansys Khi xây dựng mơ hình thực bước theo tiêu chuẩn đánh giá phần mềm Do đó, kết khảo sát luận văn có độ tin cậy cao 69 KẾT LUẬN Luận văn xây dựng phương pháp đánh giá độ bền khung xe dựa phần mềm phân tích mơ Ansys Khung xe kiểm nghiệm độ bền chế độ tải trọng tĩnh, tải trọng động có chu kỳ, từ tác giả đánh giá độ bền tĩnh độ bền mỏi Luận văn đề cập tới phương pháp tối ưu hóa mật độ áp dụng phần mềm Solidthinking Inspire, từ giúp kỹ sư thiết kế đưa ý tưởng thiết kế sản phẩm từ ban đầu Kết kiểm bền tĩnh thực với hai trường hợp xếp dỡ tải thông thường xe vào cửa kho hẹp Khung xe xét trường hợp đủ bền có ứng suất nhỏ nhiều so với ứng suất cho phép vật liệu Luận văn khảo sát độ bền khung xe chế độ tải trọng có chu kỳ xác định độ bền mỏi khung Từ kết ứng suất đạt được, tác giả xem xét cải tiến ngang khu vực mâm xoay Sau cải tiến ứng suất lớn giảm từ 539.4 Mpa xuống 243.8 Mpa tuổi thọ tăng lên từ 9142.2 chu kỳ lên 1.57 10 chu kỳ trường hợp khung xe chở container 40 feet Luận văn xây dựng bước để thiết kế mẫu khung xe somi romooc đáp ứng yêu cầu khối lượng giảm so với mẫu khung khảo sát thực tế đủ bền số trường hợp xét Một số hạn chế luận văn hướng nghiên cứu tiếp theo: Luận văn chưa xét đến trường hợp khung xe chịu chế độ tải trọng tĩnh với lực kéo, lực ngang lực phanh cực đại Luận văn chưa khảo sát tường hợp khung chịu tải trọng động mặt đường ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995 hướng nghiên cứu Số chu kỳ mỏi chưa đạt đến giá trị 10 để đảm bảo khung xe khơng bị phá hủy tải trọng có chu kỳ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N T D D N K Đ H P Võ Văn Hường, Xe chuyên dụng, NXB Giáo dục Việt Nam, 2014 [2] N M C Trần Ích Thịnh, Phương pháp phần tử hữu hạn, NXB Giáo dục Việt Nam, 2011 [3] N T D D N K Đ H P Võ Văn Hường, Động lực học, NXB Giáo dục Việt Nam, 2014 [4] T N M Hoàng, Thiết kế khung xương hệ thống treo sơ mi rơ mooc chở container, Đồ án tốt nghiệp Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 2011 [5] HyperWorks, http://www.antair.com/, 2017.2 [6] Công ty Cổ phần Thương mại Dịch vụ Kỹ thuật Tân Thanh, Thiết kế kỹ thuật SMRM, 2015 [7] N M Toàn, Nghiên cứu độ bền khung SMRM mơ hình phần tử hữu hạn, Đồ án tốt nghiệp Việt Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 2018 [8] T P Hòa, Nghiên cứu độ bền vỏ cầu chủ động ô tô tải nhỏ sản xuất, lắp ráp Việt Nam, Luận án tiến sĩ Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 2017 [9] R R Wang E, Fatigue Analysis and Design Optimization of a Trailer Hitch System, Proceedings of International ANSYS Conference, 2008 [10] https://ir.canterbury.ac.nz/handle/10092/5240 [11] D Heckathorn, Codfficient of Friction-Slide (Powerpoint Slides), www.web.cvcaroyals.org, 2009 [12] D Looman, Submodeling In Ansys Workbench, Ansys Advantage, 2007 [13] T Canada, Energy-efficient Light Trailer Engineering Design (TP 12982E), Transport Development Centre, 2009 [14] C C Baadkar, Semi Trailer Structural Failure Analysis using Finite Element method, 2010 [15] W Y H Wang Feng, Fatigue Life Analysis of new semi trailer frame based on FEA method, 2010 71 [16] Solidthinking, https://solidthinking.com/help/Evolve/2017/win/en/index.html [17] ANSYS, https://www.youtube.com/watch?v=j9yXldN32eAb [18] https://text.123doc.net/document/1907393-bao-cao-nghien-cuu-khoa-hoctoi-uu-hoa-kieu-dang-ket-cau-theo-phuong-phap-mat-do-va-phuong-phaptien-hoa-pps.htm [19] V Hanchate, Practical Aspect of Finite Element Simulation, 2012 [20] T N D Nguyễn Quốc Bảo, Lý thuyết phần tử hữu hạn tập 2, NXB quân đội nhân dân, 2002 [21] T M N K Rahman A R, Stress analysis of heavy duty truck chanssis as a preliminary data for its fatigue life prediction using FEM, 2008 [22] Kassahum, Static And Dynamic Analysis of a Commercial Vehical With Van Body, 2008 [23] Solidthinking, https://solidthinking.com/ProductOverview.aspx?item=Inspire%20Overvie w&c%20ategory=Products [24] https://123doc.net/document/2708249-giao-trinh-phuong-phap-phan-tuhuu-han-dai-hoc-gtvt.htm [25] C J M, Development of A Practical Fatigue Analysis Methodology for Life Preciction of Rotary-Wing Aircraft Components, 2006 72 ... tập nghiên cứu Tóm tắt nội dung luận văn Hiện nay, có nhiều công cụ hỗ trợ phát triển ngành công nghiệp ô tô, đặc biệt ứng dụng công nghệ máy tính để nghiên cứu thiết kế, kiểm bền khung vỏ ô tô. .. văn gồm đối tượng nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu tổng quan nghiên cứu khung somi romooc: - Trình bày thông tin đối tượng nghiên cứu thiết kế khung somi romooc chuyên dụng chuyên chở xe container... cứu phần tử hữu hạn dựa phần mềm mô Sử dụng phần mềm chun dụng để xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn cho khung khả kiểm sốt tốt đối tượng Do mô môi trường máy tính, mơ hình hồn tồn nằm tầm kiểm