3.3.8.1. Thiết lập vận tốc
Theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE94, chọn giá trị vận tốc chuyển động mô phỏng là 50km/h = 13,89 m/s = 34,8 mph.
Trên HyperMesh chọn Tools > Create Cards > INITIAL > INITIAL VELOCITY > GENERATION > đặt tên Van toc > OK.
Thiết lập giá trị về vận tốc, chú ý nhập giá trị cho hướng mô hình chuyển động.
Hình 3.36: Bảng điều khiển nhập các giá trị về đại lượng chuyển động vật lý
3.3.8.2. Thiết lập thông số
Để thiết lập các thông số điều khiển: chọn Analysis > Control Cards > chọn các bảng điều khiển sau:
39
Hình 3.37: Bảng điều khiển Control Cards
KEYWORD:Áp đặt thông số bộ xử lý (Dung lƣợng)
Hình 3.38: Thiết lập dung lượng phân tích cho LS - DYNA
CONTROL_ENERGY:Điều khiển năng lƣợng
Hình 3.39: Thiết lập thông số về năng lượng
HGEN: Tính toán về hao hụt năng lượng sinh ra và hao hụt tính theo giá trị 10%. Chọn 2 cho tính toán và 1 bỏ qua tính toán.
RWEN: Tác động lực cản làm năng lượng bị hao hụt, chọn 1 khi bỏ qua tính toán, chọn 2 để tính toán năng lượng bị hao hụt.
40
SLNTEN: Năng lượng trên bề mặt khi vật thể ở trạng thái chuyển động. RYLEN: Hao hụt năng lượng do dao động.
CONTROL_HOURGLASS: Sự hao hụt năng lƣợng
Hình 3.40: Thông số tỷ lệ hao hụt năng lượng IHQ: Có 9 lựa chọn ứng với tính chất của mỗi loại vật liệu QH: Tỷ lệ hao hụt năng lượng, nhỏ hơn 0,1%.
CONTROL_TERMINATION: Tổng thời gian mô phỏng
Hình 3.41: Thiết lập các thông số về thời gian mô phỏng
ENDTIME: Thời gian thực hiện hết quá trình mô phỏng (Đơn vị milisecond).
41
Hình 3.42: Thông số xuất dữ liệu tính toán mô phỏng DT: Khoảng thời gian xuất dữ liệu (Đơn vị milisecond).
CONTROL_TIMESTEP: Điều khiển giới hạn thời gian nhỏ nhất
Hình 3.43: Thiết lập thông số bước thời gian TSSFAC: Hệ số tỷ lệ cho khoảng thời gian tính toán, mặc định là 0,9.
DT2MS: Khoảng thời gian ngắn của khối vật thể trong một tình trạng phân tán, có giá trị dương khi vật không chuyển động (vật tĩnh).
42
Hình 3.44: Thông số xác định dữ liệu đầu ra trong mô phỏng
MATSUM: Xác định dữ liệu đầu ra của năng lượng vật liệu trong thời gian 4 ms (millisecond).
ELOUT: Xác định dữ liệu các thành phần, phần tử như ứng suất và sức căng bề mặt GLSTAT: Xác định dữ liệu đầu ra của toàn bộ quá trình mô phỏng ở mỗi 1 ms (millisecond).
NODOUT: Xác định về các nút lưới, điểm như hướng dịch chuyển, vận tốc và gia tốc.
43
CHƢƠNG 4
PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TÍNH AN TOÀN KẾT CẤU ĐẦU XE KHÁCH GHẾ NGỒI VÀ PHƢƠNG
PHÁP CẢI TIẾN KẾT CẤU ĐẦU XE KHI XẢY RA VA CHẠM TRỰC DIỆN
4.1. Kết quả của quá trình va chạm trực diện khi chƣa gắn bộ hấp thụ năng lƣợng trực diện
4.1.1. Quá trình va chạm trực diện phía trƣớc
Hình 4.1: Mô hình khung xương va chạm phía trước
Quá trình mô phỏng với tổng thời gian 180ms (0,18s), khoảng thời gian để xuất dữ liệu 6ms/lần.
Chi tiết quá trình mô phỏng xe va chạm trực diện phía trước khi chưa cải tiến cho thấy cấu trúc không gian khung xương của xe khách có độ biến dạng như các hình 4.1
44
Hình 4.2: Mô phỏng ở 180ms với va chạm phía trước khi chưa cải tiến
Hình 4.3: Biến dạng Chassis khi va chạm phía trước khi chưa cải tiến
a) Trước khi xảy ra va chạm b) Sau khi xảy ra va chạm
Sau quá trình mô phỏng va chạm trực diện phía trước như hình 4.2 và hình 4.3 của xe khách với vật cản cho thấy đầu xe khách biến dạng.
4.1.2. Chuyển vị của xe khi va chạm trực diện lúc chƣa cải tiến
45
Hình 4.4: Chuyển vị của xe khi va chạm phía trước lúc chưa cải tiến
Chuyển vị của xe trong quá trình va chạm được thể hiện ở hình 4.4. Hình 4.4 cho thấy, chuyển vị của xe trong quá trình biến dạng tăng nhanh từ giá trị 0 đến 580 mm. Từ giá trị chuyển vị cho thấy là đầu xe bị biến dạng.
46
Hình 4.5: Vận tốc của xe khi va chạm phía trước lúc chưa cải tiến
Vận tốc khi xe va chạm được thể hiện ở hình 4.5. Hình 4.5 cho thấy, khi xe xảy ra va chạm, vận tốc giảm dần theo thời gian. Giá trị vận tốc lúc đầu là khoảng 14 mm/ms khi chưa xảy ra va chạm thì vận tốc gần như không đổi, khi xảy ra va chạm thì vận tốc giảm nhanh.
47
Hình 4.6: Gia tốc của xe khi va chạm phía trước lúc chưa cải tiến
Gia tốc khi xe va chạm được thể hiện ở hình 4.6. Hình 4.6 cho thấy, khi xe xảy ra va chạm, gia tốc tăng dần theo thời gian, vì đầu xe khá mềm, cho nên khi lúc bắt đầu va chạm gia tốc khá nhỏ. Khi xe biến dạng đến kết cấu cứng bên trong đầu xe thì gia tốc tăng dần. Hình 4.6 cũng cho thấy, vận tốc càng lớn thì gia tốc va chạm càng lớn .
4.2. Phƣơng pháp cải tiến mô hình trong quá trình va chạm trực diện
Qua kết quả mô phỏng ban đầu các hình 4.1, hình 4.2 và hình 4.3 cho thấy:
Quá trình va chạm xảy ra rất nhanh, tính bằng đơn vị thời gian milisecond (ms), bình thường mắt không thể quan sát được sự va chạm, do đó cần thông qua sự biến dạng cấu trúc bộ khung xương xe khách.
Trong và sau va chạm, ảnh hưởng lớn nhất là biến dạng cấu trúc khung xương đầu xe rất nghiêm trọng, cụ thể là không gian an toàn của người lái bị biến dạng, có xu hướng bị các thanh kim loại uốn, gãy về phía buồng lái và đồng thời tác động mạnh
48
đến các cấu trúc khung xương lân cận cũng xảy ra sự biến dạng. Vì vậy cần phải có sự cải tiến nhằm giảm ảnh hưởng của vụ va chạm. Để giảm ảnh hưởng do va chạm trực diện cần gắn thêm bộ hấp thụ năng lượng va chạm trực diện.
4.3. Bộ hấp thụ năng lƣợng va chạm trực diện
4.3.1. Bộ hấp thụ năng lƣợng va chạm trực diện đƣợc gắn cho ô tô khách.
Do kết cấu ban đầu có độ cứng quá yếu nên không chịu được lực va chạm làm cho kết cấu bị biến dạng nhiều so với ban đầu. Do đó ta cần thiết kế bộ hấp thụ dao động để gắn ở đầu xe, khi chưa va chạm thì bộ hấp thu dao động sẽ được điều khiển lùi vào trong đầu xe và hình dạng đầu xe lúc này giống như bình thường khi có nguy cơ xảy ra va chạm thì cơ cấu sẽ điều khiển để 2 ống giảm chấn tiến về phía trước, khi đó cơ cấu cũng sẽ điều khiển để cơ cấu khóa hoạt động khóa piston lại ngăn không cho piston bị đẩy ngược trở lại khi va chạm. Khi xảy ra va chạm thị cơ cấu sẽ hấp thụ dao động va chạm trực diện nhằm giảm hư hỏng cho đầu xe đảm bảo an toàn cho tài xế và hành khách.
Hình 4.7: Bộ hấp thụ năng lượng va chạm trực diện cho ô tô khách
Hình 4.7 là cấu tạo tổng thể của cơ cấu hấp thụ năng lượng va chạm trực diện, cơ cấu được thiết kế dựa trên biến dạng của đầu xe. Bình thường khi không có va chạm thì cơ cấu sẽ ở vị trí ban đầu khi đó cản phía trước sẽ giống như cản của ô tô không có gắn
49
thêm bộ hấp thụ năng lượng va chạm trực diện. Khi gần xảy ra va chạm thì khí piston được đẩy ra, khi piston được đẩy ra hết thì sẽ được cố định. Khi xảy ra va chạm thì lực va chạm sẽ được hấp thụ bởi sự biến dạng của cản trước, 6 thanh giảm chấn và piston. Trong đó, piston đóng vai trò giảm chấn lớn nhất.
Bộ hấp thụ năng lượng va chạm trực diện gồm các bộ phận: Đầu piston, đệm cao su, trụ piston, xylanh, các thanh giảm chấn và cản trước
4.3.2. Cấu tạo bộ hấp thụ năng lƣợng va chạm trực diện cho ô tô khách. 4.3.2.1. Đầu piston
Hình 4.8: Cấu tạo của ống giảm chấn
Đầu piston được thiết kế như hình 4.8 phần đầu của piston được gắn với cản trước của xe để tăng thêm độ cứng vững cho cản trước. Khi xảy ra va chạm đầu của piston sẽ hấp thụ một phần lực va chạm.
50
Hình 4.9: Cấu tạo của đệm cao su
Đệm cao su được thiết kế như hình hình 4.9 có 2 tấm đệm được bố trí sát nhau mục đích là làm kín.
4.3.2.3. Trụ piston
Hình 4.10: Cấu tạo của piston
Piston được thiết kế như hình 4.10, ở đây piston sẽ được làm bằng vật liệu có khả năng hấp thụ dao động cao khi xảy ra va chạm piston sẽ hấp thụ dao động và biến dạng. Một đầu của piston được gắn với đầu piston đầu còn lại được gắn với xyanh.
51
Hình 4.11: Cấu tạo của xylanh
Xylanh được thiết kế như hình 4.11 một đầu được gắn vào chassis đầu còn lại được gắn với piston. Trên thân của xylanh có thiết kế được để đưa dầu vào để đẩy piston đi ra khi sắp xảy ra va chạm. Khi piston đi ra hết thì trên trên thân xylanh được thiết kế cơ cấu chốt để khi xảy ra va chạm thì piston không thể thụt vào mà sẽ bị biến dạng.
4.3.2.5. Thanh giảm chấn
Hình 4.12: Cấu tạo của thanh giảm chấn
Thanh giảm chấn được làm bằng các thanh kim loại có khả năng hấp thụ được va chạm cao để khi xảy ra va chạm sẽ có thể hấp thụ được lực va chạm và triệt tiêu lực va chạm đó. Thanh giảm chấn sẽ được làm bằng loại sắt ống
52
Cản trước giảm chấn sẽ được làm bằng sắt ống tổ ong để hấp thụ dao động tốt. Cản trước sẽ có biên dạng giống như biên dạng của cản ô tô khi không có gắn bộ hấp thụ năng lượng va chạm trực diện nhưng được chia làm 3 phấn, 2 phần được gắn với thanh giảm chấn, 1 phần được gắn với ống giảm chấn. Khi chuẩn bị xảy ra va chạm thì piston của ống giảm chấn và 1 phần cản trước sẽ được đẩy ra phía trước để hấp thụ lực va chạm.
Hình 4.13: Tấm cản trước trong cơ cấu.
Hình 4.14: Cấu tạo của tấm cản trước bằng sắt ống tổ ong.
Tấm cản được làm bằng sắt ống tổ ong để lúc xảy ra va chạm thì ngoài nhiệm vụ cản nó còn có thể hấp thụ dao động của va chạm để có thể đảm bảo an toàn cho tài xế và hành khách trong xe.
Kết quả của quá trình va chạm trực diện khi gắn bộ hấp thụ năng lượng trực diện Quá trình va chạm trực diện phía trước
53
4.4. Kết quả quá trình va chạm trực diện khi gắn bộ hấp thụ năng lƣợng va chạm trực diện
4.4.1. Qua trình va chạm trực diện phía trƣớc
Hình 4.15: Mô phỏng ở 180ms với va chạm phía khi đã cải tiến
Hình 4.16: Biến dạng Chassis khi va chạm phía khi đã cải tiến a) Trước khi xảy ra va chạm b) Sau khi xảy ra va chạm
4.4.2. Chuyển vị của xe khi va chạm trực diện khi có bộ hấp thụ
b) a)
54
Hình 4.17: Chuyển vị của xe khi va chạm trực diện khi có bộ hấp thụ
Chuyển vị của xe trong quá trình va chạm được thể hiện ở hình 4.17. Hình 4.17 cho thấy, chuyển vị của xe trong quá trình biến dạng tăng nhanh từ giá trị 0 đến 830 mm. Từ giá trị chuyển vị cho thấy là đầu xe vẫn bị biến dạng nhiều nhưng không ảnh hưởng đến không gian an toàn của tài xế.
4.4.3. Vận tốc của xe khi va chạm trực diện khi có bộ hấp thụ
Hình 4.18: Vận tốc của xe khi va chạm trực diện khi có bộ hấp thụ
Vận tốc khi xe va chạm được thể hiện ở hình 4.18. Hình 4.18 cho thấy, khi xe xảy ra va chạm, vận tốc giảm dần theo thời gian. Giá trị vận tốc lúc đầu là khoảng 14 mm/ms
55
khi chưa xảy ra va chạm thì vận tốc gần như không đổi, khi xảy ra va chạm thì vận tốc giảm nhanh.
4.4.4. Gia tốc của xe khi va chạm trực diện khi có bộ hấp thụ
Hình 4.19: Gia tốc của xe khi va chạm trực diện khi có bộ hấp thụ
Gia tốc khi xe va chạm được thể hiện ở hình 4.19. Hình 4.19 cho thấy, khi xe xảy ra va chạm, gia tốc tăng dần theo thời gian, vì đầu xe khá mềm, cho nên khi lúc bắt đầu va chạm gia tốc khá nhỏ. Khi xe biến dạng đến kết cấu cứng bên trong đầu xe thì gia tốc tăng dần. Hình 4.19 cũng cho thấy, vận tốc càng lớn thì gia tốc va chạm càng lớn. Gia tốc khi có bộ hấp thụ giảm rõ rệt so với khi không có bộ hấp thụ
4.5. So sánh kết quả va chạm trƣớc và sau khi gắn thêm bộ hấp thụ năng lƣợng va chạm trực diện
4.5.1. So sánh chuyển vị của xe trƣớc và sau khi gắn thêm hấp thụ năng lƣợng va chạm trực diện
56
Hình 4.20: Chuyển vị của xe khi va chạm trực diện khi có bộ hấp thụ và không có bộ hấp thụ
Chuyển vị của xe khi có và không có bộ hấp thụ trong quá trình va chạm được thể hiện ở hình 4.20. Hình 4.20 cho thấy, chuyển vị của xe trong quá trình biến dạng khi có và không có bộ hấp thu năng lượng va chạm trực diện.
4.5.2. So sánh vận tốc của xe trƣớc và sau khi gắn thêm hấp thụ năng lƣợng va chạm trực diện
57
Hình 4. 21: Vận tốc của xe khi va chạm trực diện khi có bộ hấp thụ và không có bộ hấp thụ
Vận tốc của xe khi có và không có bộ hấp thụ trong quá trình va chạm được thể hiện ở hình 4.21. Hình 4.21 cho thấy, vận tốc của xe trong quá trình biến dạng khác nhau khi có và không có bộ hấp thu năng lượng va chạm trực diện. Lúc bắt đầu va chạm, gia tốc biến thiên giảm dần chậm, tuy nhiên sau thời gian va chạm thì vận tốc giảm nhanh, là vì kết cấu đầu xe mềm, nên vận tốc va chạm giảm chậm, khi xe biến dạng đến kết cấu cứng phía sau thì vận tốc giảm nhanh.
4.5.3. So sánh gia tốc của xe trƣớc và sau khi gắn thêm hấp thụ năng lƣợng va chạm trực diện
58
Hình 4.22: Gia tốc của xe khi va chạm trực diện khi có bộ hấp thụ và không có bộ hấp thụ
Gia tốc của xe khi có và không có bộ hấp thụ năng lượng và chạm trực diện được thể hiện ở hình 4.22. Hình 4.22 cho thấy khi có bộ hấp thụ thì gia tốc giảm. Khi chưa có bộ hấp thụ thì gia tốc là 17.3 mm/ms2, khi gắn thêm bộ hấp thụ thì gia tốc là 14.8 mm/ms2.
Như vậy, khi gắn thêm bộ hấp thụ thì gia tốc giảm được 14% so với khi không lắp thêm bộ hấp thụ năng lượng va chạm trực diện.
59
CHƢƠNG 5
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN
5.1. Kết luận
Bộ hấp thụ năng lượng được thiết kế gắn ở đầu xe dạng bị động nhằm hấp thụ lực tác động sinh ra từ quá trình va chạm.
Nghiên cứu trên dựa vào tiêu chuẩn ECE R94 và ECE R66 tiến hành nghiên cứu về tính năng an toàn xe khách khi xảy ra va chạm trực diện. Từ kết quả phân tích, mô phỏng qua trình va chạm trực diện với vật cản chiếm diện tích bể rộng mặt xe với vận tốc 50km/h cho thấy kết quả khung xương ban đầu là đảm bảo tính an toàn theo tiêu chuẩn va chạm trực diện tuy nhiên gia tốc va chạm vẫn còn lớn. Khi được gắn thêm cơ cấu hấp thụ năng lượng va chạm trực diện bằng mô phỏng cho thấy kết quả kiểm nghiệm thỏa điều kiện an toàn theo tiêu chuẩn ECE R94 và ECE R66. Gia tốc va chạm