26
Tạo đặc tính cho mô hình là xác định tính chất, bề dày, … cho các thành phần đã được tạo trước trong HyperMesh. Từ đó có thể cập nhật các dữ liệu vào Components
đầy đủ.
Hình 3.13: Thiết lập tạo đặc tính cho Components
3.3.6. Gắn khối lƣợng trên mô hình xe khách
Trên một chiếc xe khách, ngoài bộ khung xương còn có rất nhiều bộ phận khác để tạo hoàn chỉnh chiếc xe và các bộ phận trên có khối lượng và đặt ở các vị trí của bộ khung xương.
Khối lƣợng mô hình tính toán đƣợc gắn trên xe khách:
Bảng 3.3: Thống kê khối lượng khảo sát các bộ phận trên xe khách ghế ngồi STT Tên chi tiết, thiết bị Số lượng*khối lượng (kg) Tổng khối
lượng (kg) 1 Động cơ 500 500 2 Hành khách 42*65 2730 3 Ghế 42*15 630 4 Hành lý 42*5 210 5 Hộp số 195 195 6 Phanh 150 150 7 Ly hợp 80 80
27 8 Cầu trước 350 350 9 Cầu sau 500 500 10 Trục quay 35 35 11 Lái 35 35 12 Phần vỏ phía trước 25 25 13 Phần vỏ phía sau 30 30 14 Lốp vỏ xe bên trái 45 45 15 Lốp vỏ xe bên phải 45 45 16 Kính trước 90 90 17 Kính sau 45 45
18 Mỗi cửa sổ bên 6*10 60
19 Máy nén 95 95 20 Giàn lạnh 115 115 21 Giàn nóng 95 95 22 Két nước 100 100 23 Bộ sưởi 30 30 24 Thùng nhiên liệu 300 300 25 Thùng chứa nước 45 45 26 Lốp dự phòng 110 110 27 Ắc quy 120 120 28 Cửa 50 50 29 Khung xương 3044 3044
Tổng khối lượng xe khách không tải 6499
Tổng khối lượng xe khách có tải 9859
28
Ở đây ta gắn khối lượng cho cửa thoát hiểm, mỗi cửa có khối lượng thực tế là 6 kg và khối lượng được quy về một điểm.
Gắn khối lƣợng bằng phƣơng pháp hàn Nodes
Hình 3.14: Mô hình và bảng điều khiển Masses
Tiếp tục chọn Nodes cần đặt khối lượng vừa tạo, nhập giá trị khối lượng là 6 vào mục mass, rồi chọn Create.
Tiếp tục chọn Nodes cần đặt khối lượng trên vị trí của mô hình dạng lưới, sau đó nhập giá trị khối lượng là 6 vào mục mass, rồi chọn Create.
Hình 3.15: Thiết lập khối lượng trên mô hình lưới
Node đặt khối lượng trên lưới
29
3.3.7. Tạo liên kết giữa các thành phần trong mô hình 3.3.7.1. Tạo Set Nodes 3.3.7.1. Tạo Set Nodes
Tạo liên kết giữa các loại vật liệu khác nhau. Liên kết giữa cầu xe với mâm xe và lốp xe sau khi Set Nodes
Hình 3.16: Chức năng hiện thị nhóm liên kết được tạo giữa cầu và mâm xe trước Tương tự với các nhóm liên kết khác, ta thực hiện theo các bước liên kết giữa cầu xe với mâm xe cho các đối tượng cần liên kết, không hàn được, khác vật liệu.
3.3.7.2. Tạo Set Part
Ở đây ta cần tạo liên kết cho toàn bộ trên một chiếc xe.
30
Tiếp tục click vào ô Comps để chọn những đối tượng cần tạo lên kết cho một chiếc xe, sau đó click Select, rồi chọn Create để tạo liên kết mới.
3.3.7.2. Xác định trọng tâm của mô hình xe khách
Mọi vật thể tồn tại trong môi trường chịu tác dụng của trọng lực đều có trọng tâm G. Trọng tâm G có chiều hướng theo chiều trọng lực (hướng từ trên xuống dưới).
Hình 3.18: Hộp thoại hiện thị các thông số tính toán của mô hình trong HyperMesh Sau đó nhập tọa độ như bảng điều khiển sau:
Hình 3.19: Nhập tọa độ trọng tâm trong bảng điều khiển Nodes
Các tọa độ x, y, z cần nhập trên là tọa độ trọng tâm cần tìm của xe khách, cuối cùng chọn create node để tạo điểm, điểm này là tọa độ trọng tâm cần tìm.
31
Hình 3.20: Tọa độ trọng tâm G mô hình xe khách Liên kết trọng tâm xe với toàn bộ xe
Hình 3.21 Tọa độ trọng tâm gắn kết với xe
3.3.7.3. Tạo tiếp xúc giữa toàn bộ xe với mặt đƣờng, vật cản Các bƣớc tạo tiếp xúc:
Bước 1) Interfaces > Bảng điều khiển xuất hiện như hình 3.22, trong mục name
đặt tên cần tạo tiếp xúc, trong type chọn SurfaceToSurface (tiếp xúc bề mặt), chọn chế độ Card image, rồi Click Create để tạo.
Vị trí tọa độ trọng tâm
32
Hình 3.22: Bảng điều khiển chức năng tạo tiếp xúc Interfaces
Bước 2) Trên thanh công cụ pull – down Menu, chọn Tools > Create Cards > CONTACT > *CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE
Hình 3.23: Thiết lập tạo tiếp xúc giữa các bề mặt của đối tượng
Sau đó bảng hộp thoại đăng nhập tên nhóm cần tạo xuất hiện, ta đặt tên rồi click
OK.
33
Hình 3.25: Bảng thiết lập thông số cho bề mặt tiếp xúc Bước 3) Click vào Return để xuất hiện bảng sau:
Hình 3.26: Bảng thiết lập đối tượng chính và phụ khi tao tiếp xúc
Trong mục master, chọn Sets > click vào ô màu vàng, viền xanh rồi chọn đối tượng
Set Part của xe vừa tạo > select > update
Trong mục slave, chọn Comp > click vào ô màu vàng, viền xanh rồi chọn đối tượng là đường (nếu cần tạo tiếp xúc với đường) > update, cuối cùng chọn return để trở lại và hoàn tất thao tác tạo tiếp xúc giữa 2 đối tượng xe với đường.
Hình 3.27: Thiết lập và cập nhật đối tượng tiếp xúc Chú ý chọn chế
34
Đối với trường hợp tạo tiếp xúc giữa xe với vật cản cũng tương tụ như tạo tiếp xúc xe với đường.
Thiết lập thông số tiếp xúc xe với đƣờng, xe với vật cản:
Hình 3.28: Bảng thiết lập thông số tiếp xúc bề mặt Trong bảng thiết lập thông số trên có 2 giá trị cần phải nhập:
FS: Hệ số ma sát động, chọn giá trị là 0,15.
FD: Hệ số ma sát tĩnh, chọn giá trị là 0,15.
3.3.7.4. Xác định chiều trọng lực
Chiều trọng lực hay phương phản lực tác dụng của tải trọng xe lên đường. Các bước để tạo chiều trọng lực tác dụng lên mặt đường:
Bước 1) Ở đây chiều trọng lực tác dụng theo phương Z. Trên thanh công cụ pull – down Menu, chọn Tools > Create Cards > LOAD > *LOAD_BODY_Z.
35
Hình 3.29: Trong chức năng Tools để tạo chiều trọng lực
Sau đó bảng hộp thoại đăng nhập tên chiều trọng lực cần tạo xuất hiện, ta đặt tên cho nó rồi click OK.
Hình 3.30: Bảng nhập tên chiều trọng lực
36
Bước 2) Tạo đối tượng định vị hay cố định đối với vật cản, đường. Tại Page menu, chọn Analysis > Constraints > Bảng điều khiển xuất hiện
Hình 3.32: Bảng điều khiển định vị đối tượng
Bước 3) Trong bảng điều khiển, click vào ô màu vàng, viền xanh rồi chọn by collector sau đó click chuột trái chọn đối tượng cần định vị, cuối cùng chọn select. Trong mục size, có thể thay đổi kích thước gối đỡ cố định. Các giá trị dof1, dof2, dof3, dof4, dof5, dof6 là phương dịch chuyển.
Trong đó:
dof (degrees of freedom) là bậc tự do.
dof 1, 2, 3 : chuyển động tịnh tuyến theo phương x, y, z.
dof 4, 5, 6 : chuyển động quay tròn xung quanh trục x, y, z.
size: độ lớn biểu tượng ràng buộc được hiển thị trên màn hình.
37
Hình 3.33: Chọn đối tượng cần định vị (cố định)
38
Bước 4) Chọn Create để tạo định vị cho đối tượng đường, vật cản.
Hình 3.35: Mặt đường và vật cản đã được tạo cố định
3.3.8. Gán điều kiện biên 3.3.8.1. Thiết lập vận tốc 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.