C. Chân máy-phần đệm đàn hồi.
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS KHẢO SÁT ỒNRUNG KHUNG VỎ ÔTÔ KHÁCH 29 CHỖ
3.1.2 Ứng dụng phần mềm Ansys xác định rung động hệ sàn xe.
Áp dụng phương pháp Large Mass Method “LMM”, sử dụng ANSYS Mechanical để khảo sát dao động của tấm sàn, xác định dịch chuyển của các điểm liên kết giữa sàn xe và vỏ. Quy trình thực hiện theo các bước sau:
Kích thích từ động cơ được đo bằng thực nghiệm dưới dạng gia tốc tác động vào 4 vị trí lắp chân máy B, C, E, F trên tấm sàn với 4 khối lượng giả định Point Mass như trên hình 3.6.
Xác định thuộc tính vật liệu tấm sàn
Theo phân tích ở trên, tấm sàn là vật liệu thép dập, có thông số vật liệu được xác định trong bảng 3.1
Bảng 3.1 Thông số vật liệu tấm sàn
STT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Mô đun đàn hồi Mpa 2.105
2 Khối lượng riêng kg/m3 7800
3 Hệ số Poát xông 0.3
Xác định kiểu phần tử của tấm sàn xe
Do kết cấu của sàn là thép tấm dày 4mm có và hệ thống khung là thép hộp chữ nhật và thép hình nên nghiên cứu đã sử dụng các phần tử có sẵn trong trong thư viện của phần mềm Ansys để đặt kiểu phần tử cho mô hình tính toán. Phần tử cho thép tấm được thể hiện là kiểu phần tử SHELL93, phần tử dầm là BEAM4 (như đã được trình bày trong chương 2).
Chia lưới mô hình hình học
Sau khi đã xác định được thuộc tính vật liệu và kiểu phần tử, tiến hành chia lưới mô hình hình học để nhận được mô hình tính toán. Do kết cấu tấm sàn là thép tấm có diện tích lớn liên kết với hệ thống khung là thép hình có diện tích mặt cắt nhỏ hơn nhiều so với diện tích tấm sàn, bên cạnh đó khung thép hình còn chứa các góc lượn với độ lượn rất nhỏ, do vậy Luận án lựa chọn kiểu điều khiển chia lưới tọa độ tổng thể (Global Control) là Basis, lựa chọn độ mịn tối đa. Kết quả nhận được cho mô hình tính toán (mô hình PTHH) được thể hiện trong bảng 3.2
Bảng 3.2 Thông số mô hình PTHH tấm sàn STT Thông số Giá trị 1 Tổng số nút 193.415 2 Tổng số phần tử 31.893 3 Số phần tử SHELL93 22.368 4 Số phần tử BEAM4 9.525 Tính toán dao động sàn xe
-Lựa chọn modul tính toán dao động sàn xe
Do sàn xe luôn chịu một áp lực phân bố đều trên toàn bề mặt, nên để khảo sát được dao động sàn xe, trước tiên phải thực hiện bài toán Pre-Stress, đây là bài toán dùng cho các kết cấu dư ứng lực. Kết quả của bài toán Pre-Stress sẽ là đầu vào cho bài toán khảo sát dao động tấm sàn, khối chương trình tính được thể hiện trên hình 3.2.
Hình 3.2 Sơ đồ liên kết các khối khảo sát dao động tấm sàn
-Đặt tải trọng Bài toán Pre-Stress
Tấm sàn luôn chịu tải trọng do chính khối lượng của phần được treo đặt lên.Coi tải trọng phân bố đều, trong phần mềm Ansys đây chính là áp suất được đặt lên toàn bộ bề mặt của tấm sàn, hình 3.3.
Hình 3.3 Mô hình ràng buộc tải của sàn xe Bài toán khảo sát dao động tấm sàn
Giá trị gia tốc đo được từ thực nghiệm cho kết quả theo 3 phương X, Y và Z. Trong phần mềm Ansysta hoàn toàn có thể khai báo giá trị kích động tại 4 chân máy theo các giá trị thành phần của phương X, Y và Z tương ứng với giá trị của gia tốc đo được.
Theo phương pháp LMM đã phân tích ở trên, khi giả định đặt một khối lượng M rất lớn (chọn M = 1e8*khối lượng của hệ) tại mỗi vị trí đặt kích động thì việc kích thích hệ dao động bằng gia tốc a cũng xấp xỉ bằng việc kích thích hệ dao động bằng một ngoại lực F = M*a. Gia tốc a được xác định theo 3 phương thì ngoại lực F = M*a cũng được xác định theo 3 phương tương ứng được mô tả trên hình 3.4.
Hình 3.4 Thiết lập giá trị tải trọng lên mô hình
Mỗi một giá trị lực tác dụng F sẽ có phương khác nhau, tùy thuộc vào các giá trị thành phần của gia tốc theo phương x, y và z đo được từ thực nghiệm như trong bảng 3.3.
Bảng 3.3 Gia tốc tại chân máy số 1 ở số vòng quay động cơ 1000v/ph
Giá trị gia tốc được áp lên mô hình PTHH như trên hình 3.5.
Hình 3.5 Lực tác dụng lên mô hình
Tấm sàn có kết cấu dạng tấm mỏng, kích thước lớn, theo thí nghiệm, tần số dao động tấm sàn đến 25.000Hz, tuy nhiên trong mô hình tính toán của luận án chỉ lựa chọn dải tần số khảo sát rung động tấm sàn đến 500Hz để đáp ứng được khả năng xử lý bài toán và đây cũng là tần số dao động rất lớn của tấm mỏng.
- Khai thác kết quả
Kết quả khảo sát dao động của tấm sàn được thể hiện trong hình 3.6.
Hình 3.6 Dạng dao động của sàn xe
Khai thác kết quả dao động của tấm sàn do kích động của động cơ cho ta kết quả về dịch chuyển, gia tốc, ứng suất, biến dạng và pha dao động của tấm sàn trên miền tần số.
Tuy nhiên trong nội dung nghiên cứu của luận án, chỉ sử dụng kết quả của chuyển vị và pha dao động. Xác định vị trí các điểm liên kết giữa tấm sàn và khung vỏ xe và khai thác chuyển dịch và pha dao động của các điểm này, đây chính là giá trị đầu vào cho bài toán âm.
Kết quả chuyển dịch của từng điểm sẽ được phần mềm đưa ratrên mô hình dưới dạng hình 3.7. Ví dụ, khảo sát dao động của điểm bắt bu lông thứ 11, khi động cơ hoạt động ở chế độ 1000v/ph ta có kết quả như trên các hình 3.7.
Hình 3.7 Kết quả chuyển dịch điểm 11 bắt bu lông sàn xe
* Mối liên hệ giữa chuyển dịch của điểm này với tần số dao động được thể hiện trên đồ thị như sau hình 3.8.
Bảng 3.4 Bảng kết quả đáp ứng tần số của chuyển vị tại điểm số 11 STT TẦN SỐ (Hz) Giá trị dịch chuyển max (m) TẦN SỐ (Hz) Giá trị dịch chuyển max (m) 1 50 1.35e-4 300 4.62e-5 2 100 2.65e-5 350 3.27e-4 3 150 6.15e-5 400 9.8e-5 4 200 1.36e-4 450 5.17e-5 5 250 3.68e-4 500 132e-4
Khai thác pha dao động của điểm số 11 tương ứng với sự chuyển dịch trên ta có đồ thị về góc pha như trên hình 3.9.
Hình 3.9 Đáp ứng pha dao động của chuyển dịch tại điểm số 11
Bảng 3.5 Bảng kết quả đáp ứng tần số của góc pha tại điểm số 11
STT TẦN SỐ (Hz) Giá trị góc Pha (độ) TẦN SỐ (Hz) Giá trị góc Pha (độ)
1 50 0 300 180 2 100 167 350 230 3 150 134 400 123 4 200 147 450 156 5 250 180 500 238
Khi động cơ hoạt động ở các chế độ số vòng quay khác nhau, trong thực nghiệm ta đo được các giá trị gia tốc khác nhau tại mỗi số vòng quay tương ứng, bảng 3.3. Tương ứng với mỗi giá trị gia tốc đo được theo 3 phương X, Y và Z tại 4 vị trí đặt chân máy sẽ đưa ra một dạng dao động của tấm sàn. Với mỗi dạng dao động của tấm sàn ta xác định được giá trị dịch chuyển cuả các điểm liên kết giữa sàn xe và vỏ, đây chính là mỗi kích động làm rung động khung vỏ tạo tiếng ồn vào trong khoang xe.