Phân tích và tối ưu hóa thân vỏ xe toyota corolla 2018
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (13.84 MB, 96 trang )
A
Ũ
INDUSTRIAL
Hìn--
HOCHIMINH
CITY
BO CONG THUONG
TRUONG DAI HOC CONG NGHIEP THANH PHO HO CHi MINH
KHOA CONG NGHE DONG LUC
KHOA LUAN TOT NGHIEP
PHAN TICH VA TOI UU HOA THAN VO XE
TOYOTA COROLLA 2018
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
SVTH: NGUYEN QUANG TRUONG
MSSV:18082861
NGUYEN BAO PHONG
MSSV:18079991
NGUYEN CONG THAI
MSSV:18078701
TP.HCM, ngày
tháng
năm 2023
BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHĨ HỊ CHÍ MINH
PHÂN TÍCH VA TOI UU HOA THAN VO XE
TOYOTA COROLLA 2018
SVTH 1
:
NGUYEN QUANG TRƯỜNG
SVTH 2
NGUYÊN BẢO PHONG.
SVTH 3
NGUYEN CONG THAI
KHOA
CONG NGHE DONG LUC
GVHD
THS. NGUYEN XUAN NGỌC
CHUYEN NGANH
CONG NGHE KY THUAT O TO
NGAY NHAN DE TAI:
29-08-2022
NGAY BAO VE
01-06-2023
KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP.
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
LOI CAM ON
Dé do án đạt được những kết quả tốt như ngày hơm nay nhóm em đã nhận
được rất nhiều sự hỗ trợ và hướng dẫn của thầy giáo Nguyễn Xuân Ngọc. Xuất
phát từ sự chân thành, nhóm em xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc nhất đến thầy.
Nhóm em cũng chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường nói chung,
các thầy cơ trong bộ mơn nói riêng đã truyền đạt những kiến thức trong quá trình
học tập giúp nhóm có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ
nhóm trong suốt q trình học tập.
Với những kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế của nhóm, luận văn này
khơng thê tránh được những thiếu sót. Nhóm mong nhận được sự chỉ bảo, đóng
góp ý kiến của các thầy cơ để nhóm có cơ hội bổ sung, nâng cao kiến thức của
mình.
Nhóm xin cam đoan những nội dung trong khóa luận tốt nghiệp '“PHÂN TÍCH
VA TOI UU HOA THAN VO XE TOYOTA COROLLA 2018” 1a san pham ctia
nhóm và chưa trình bày ở bắt kì nơi nào khác.
Ngày .....tháng.....năm 2023
Sinh viên ký tên
Nguyễn Quang Trường
Nguyễn Công Thái
Nguyễn Bảo Phong
KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP.
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
MUC LUC
Trang tựa
Trang
LỜI CẢM ƠN. . . . . . . . . .
MỤC
L
202221 222221221122112112111211211211121121122121121121
12 xe i
secstesogeiidbistotiicit446111G380130618156G1101G13021431350519433039:4343504483ã33 ii
DANH MUC BANG
DANH MUC HiNH ANH.
Vi
DANH SACH CAC TU VIET TAT
.
TM TT ru ngncnststitgftgtlbqlGIEGANHRGIOIRIRRHESEHRDIESEENSNNSipualsagl X
PS:-1i:2. 10000009...
xi
(GHƯƠNG di MỚI ĐẤU seenienieidererroaeoiaroitdiisitrirerdttrlovrdgttsertptssnpdi1d0272s085 1
1.1 Tổng quan đề tài
1.1.1 Tầm quan trọng của đề tài nghiên cứu.
1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
1.1.3 Tình hình nghiên cứu nước ngồi
l;2 Mùo tiêu Hể TÂU sesanisnbstriuontonstttatoititiistSss8g4060)48088888308g) 4
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.....................-¿2 2222 Sz22xzS+z2xzzxezxszxzrxer 4
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu..
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu.
1.4 Phương pháp nghiên cứu.
1.5 Nội dung nghiên cứu
1.6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài....................-..----55¿> 5
1:6 TẾ ueli Khoa,hoo của đỆ
wssceccscosecssessrarenccecreececerresresmnmenernss 5
1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUT
2.1 Khí động học ơ tơ
2.2 Phương trình tính tốn khí động học ............................
... --¿- +5 S+£+vsvxsxvee 6
2.2.1 Tính toán lực cản (Fa) và lực nâng (F))...........................---- ¿5-55 5-++<<
222 Hệ phương trình Navier-Stokes trong tính tốn thủy khí động lực học
chât lỏng
2.2.3 Mơ hình dịng chảy rồi
2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn trong phần mềm ANSYS Fluent................ 8
2.3.1 Giới thiệu phần mềm ANSYS.....................2-2222 2222222 22xctrzrrerrer §
2.3.2 Giới thiệu ANSYS Fluent (Phần mềm mơ hình hóa địng chảy).......... 9
ii
KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP.
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
2.3.3 Thiết lập mơ hình phần tử hữu hạn..
.10
2.3.4 Chia lưới
2.3.5 Điều kiện và bộ giải trong phan mém CFD
2.4 Tối ưu hóa kết quả với các thuật toán tối ưu và ứng dụng phương pháp
Taguchi bằng phần mềm Mini Tab..
wwe 1Z
2.4.1 Phân tích quan hệ xám (GRA
: TẾ
2.4.2 Ứng dụng phương pháp Taguchi dựa trên phân tích GRA trong tối ưu
.14
hóa..
2.4.3 Phương pháp liên kết mờ (TOPSIS).
si
2.4.4 Phương pháp phân tích tỷ lệ (MOORA)................................--------+- 15
2.4.5 Phương pháp thay thế đo lường và xếp hang theo giải pháp thỏa hiệp
(MARCOS)....
2.4.6 Phuong phap MEREC..........
CHƯƠNG 3: THIẾT KÉ VÀ MƠ PHỎNG KHÍ ĐỘNG HỌC...................... 19
Bì] THIẾP Kế T0 ÍTHHDHDbsescuuicioussnsodgsxaototolgEgii4Ei0:g0i42g208-i08% 19
3.2 Thiết lập vùng khơng gian mơ phỏng và điều kiện biên cho mơ hình...... 20
3.3 Chia lưới...
3.4 Thiết lập điều kiện tính tốn..
mơ hình...................2s:-22:s2 ““....... se...258
3.5.1 Sự phân bố áp suất
3.5.2 Sự phân bồ vận tốc
3.5.3 So sánh mơ hình có góc nghiêng mui xe - góc nghiêng kính chắn gió
phía sau 10-20 độ và 5-30 độ tại vận tốc 30m/s..
CHƯƠNG 4: KÉT QUÁ VÀ THẢO LUẬN.
4.1 Kết quả thiết kế và mơ phỏng
AS
.48
4.2 Tính tốn trọng số cho các tiêu chí theo phương pháp MEREC.............. 52
4.3 Phân tích quan hệ xám GRA (Grey Relational Analysis)......................... 56
4.4 Phân tích liên kết mờ (TOPSIS)................
....-- 5:55: 5cc22vcv2vvvszvvrrsrrrrer 60
4.5 Phin tehity 16 (MOORAY) ro poatoigiiiittusitiettitittsp4q)ssi3Nqiasiciaaessst 61
4.6 Phan tích thay thé đo lường và xếp hạng theo giải pháp thỏa hiệp
001109
115 ........................
63
4.7 Tổng hợp kết quả đánh giá..................
--2- 2-52 S2E£2E2E22E2222E25223222xex 65
iii
KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP.
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
4.8 Ap dung Taguchi đề đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thay đổi góc độ
lên các hệ số cản Ca Và hệ số nâng CI....................
óc L2 060212221216. 67
4.8.1 Phan tich tin higw/ nhiéu (S/N) ......csccccscccceseseesescsseseeeeseseeseeessesesees 71
4.8.2 Phan tich trung binh (Means)
4.8.3 Phân tích hồi quy.
4.9 Xác minh kết qua...
Sử,
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIÉN NGHỊ,.......................-.2-22+ 5s22222xz22zz2 78
5.1 Kết luận
B5; ngyöÐnpiia/để TT huyytonttgnnon0ACETPHAEGTDNGGIGICEOGS0I00090
380A
5.3 Hướng phát triển của đề tài
TÀI LIỆU THAM KHẢO...
iv
KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP.
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
DANH MUC BANG
TRANG
BANG
Bang 4. 1 Các biến thiết kế và mức độ.
Bảng 4. 2 Số liệu mô phỏng khi thiết lập mảng trực giao.
Bảng 4. 3 Tính tốn trọng số cho các tiêu chí
Bang 4. 4 Hàm mục tiêu.độ lệch, GRC, GRG, hạng của GRG.
Bang
Bang
Bang
Bang
4.
4.
4.
4.
5
6
7
8
Cac
Cac
Các
Xếp
gia tri co
gia tri co
giá tri co
hạng của
ban
ban
ban
các
trong TOPSIS...
trong MOORA..
trong MARCOS
phương pháp.
Bang 4. 9 Gia trị trung bình GRG theo mức của từng biến.
Bảng 4. 10 Giá trị trung bình GRG theo mức của từng biến..
Bảng 4. 11 Phân tích hơi quy...............
Bảng 4. 12 Tóm tắt phản hồi từ phân tích.
xơ
.59
KHĨA LUẬN TĨT NGHIỆP.
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
DANH MỤC HÌNH ẢNH
HÌNH
Hình 2. 1 Phần mềm ANSYS
Hình 2. 2 Phần mềm ANSYS Fluent..
"
Hình. 2, 3:Chía lưới trong ANSYS MGSHITBoseisseasiasesreaaztitirirasarassepnseei ll
Hình 3. 1 Mơ hình trên SolidWorks 2018 .....scscsscssssessesesecesesesvesessesesteeveecesese 19
Hình 3. 2 Kích thước mơ hình
Hình 3. 3 Kích thước vùng khơng gian mơ phỏng.
Hình 3. 4 Kiểu biên Inlet...
Hình 3. 5 Kiểu biên Outlet
Hình 3. 6 Kiểu biên Walls.
Hình 3. 7 Các tham số được sử dụng đề chia lưới
Hình 3. 8 Số nút và số phần tử.
Hình 3. 9 Mơ hình lưới tạo thành
Hình 3. 10 Các thơng số điều kiện tính tốn..
Hình 3. 11 Góc ban đầu của mẫu xe
Hình 3. 12 Sự phân bố áp suất mơ hình 5-20-20
Hình 3. 13 Sự phân bố áp suất mơ hình 10-20-20m⁄s.
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hinh
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hinh
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
Sw
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
Sw
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
bố
bồ
bố
bố
bố
bố
bồ
bồ
bố
bồ
bồ
bố
bố
bố
bó
bé
bố
bố
bố
bó
bố
bố
áp
áp
áp
áp
áp
áp
áp
áp
áp
áp
áp
áp
áp
áp
áp
áp
áp
áp
áp
áp
áp
áp
suất
suất
suất
suất
suất
suất
suất
suất
suất
suất
suất
suất
suất
suất
suất
suất
suất
suất
suất
suất
suất
suất
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
15-20-20m⁄%.
5-25-20m/s
10-25-20...
15-25-20...
5-30-20
10-30-20...
15-30-20
5-20-25.....
10-20-25...
15-20-25
5-25-25..
10-25-25
15-25-25...
5-30-25.....
10-30-25...
15-30-25...
5-20-30..
10-20-30...
15-20-30...
5-25-30
10-25-30...
15-25-30...
vi
.20
KHĨA LUẬN TĨT NGHIỆP.
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
Hình 3. 36 Sự phân bố áp suất mơ hình 5-30-30..
Hình 3. 37 Sự phân bố áp suất mơ hình 10-30-30
Hình 3. 38 Sự phân bồ áp suất mơ hình 15-30-30...
.34
.34
cả”
Hình 3. 39 Sự phân bố vận tốc mơ hình 5-20-20.....
35
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
Su
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phan
phân
phân
phân
phân
phân
bó
bố
bó
bố
bố
bó
bố
bó
bố
bố
bố
bé
bố
bố
bó
bố
bó
vận
vận
vận
vận
vận
vận
vận
vận
vận
vận
vận
van
vận
vận
vận
vận
vận
tốc
tốc
tốc
tốc
tốc
tốc
tốc
tốc
tốc
tốc
tốc
tốc
tốc
tốc
tốc
tốc
tốc
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
10-20-20
15-20-20
5-25-20..
10-25-20...
15-25-20...
5-30-20.....
10-30-20...
15-30-20
5-20-25.....
10-20-25...
15-20-25...
5-25-25
10-25-25
15-25-25...
5-30-25.....
10-30-25...
15-30-25
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
3.
3.
3.
3.
3.
3.
3.
58
59
60
61
62
63
64
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
Sự
phân
phân
phân
phân
phân
phân
phân
bố
bố
bố
bó
bó
bó
bố
vận
vận
vận
vận
vận
vận
vận
tốc
tốc
tốc
tốc
tốc
tốc
tốc
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
mơ
hình
hình
hình
hình
hình
hình
hình
10-20-30...
15-20-30...
5-25-30.
10-25-30...
15-25-30
5-30-30..
10-30-30
Hình 3. 57 Sự phân bố vận tốc mơ hình 5-20-30..
Hình 3. 65 Sự phân bố vận tốc mơ hình 15-30-30...
Hình 3. 66 Sự phân bồ áp suất mơ hình 10-20 độ tại vận tốc 30m/s
Hình 3. 67 Sự phân bố áp
á suất mơ hình 5-30 tại vận tốc 30m/s..
Hình 3. 68 Sự phân bố vận tốc mơ hình 10-20 tại vận tốc 30ms,
Hình 3. 69 Sự phân bố vận tốc mơ hình 5-30 tại vận tốc 30m⁄s...
Hình 3. 70 Sự phân bố vận tốc mơ hình 10-20 tại vận tốc 30m⁄s.
. 36
. 36
. 36
se
i OU
wn OT
su SG
.38
ae BD
ioe
2 39
- 40
.40
.... 40
«Al
=1
Al
.42
wiv AZ
....42
....43
wv
.43
.44
.44
.....4
... đ5
.45
... 46
.... 46
8 ... #7
Hình 3. 71 Sự phân bố vận tốc mơ hình 5-30 tại vận tốc 30m/s......................- 47
Hình 4. 1 Bố trí mảng trực giao L/27.................---2:
52:22 222E222E222322222xzxe2 48
Hình 4. 2 Chọn mức độ và số lượng biến..
Hình 4. 3 Chọn mảng trực giao.
.... 40
.49
Hình 4. 4 Thêm giá trị mức độ cho các biến đã chọn..
... 50
Hình 4. 5 27 trường hợp mô phỏng ............................
.-- ---¿- 2525252 +2*++*++++*c+*++czx+ 50
VI
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
Hình 4. 6 Cơng thức tính hụ cho C¡ (2.42).
Hình 4. 7 Cơng thức tính hị cho Ca (2.43)
Hình 4. 8 Cơng thức (2.44)
Hình
Hình
Hình
Hình
4.
4.
4.
4.
9 Cơng thức (2.44) cho C¡
10 Công thức (2.44) cho Ca
11 Công thức (2.45) cho C¡.
12 Cơng thức (2.45) cho Ca...
Hình 4. 13 Cơng thức tính trọng số cho C¡ (2.46)...
Hình 4. 14 Cơng thức tính trọng số cho Ca (2.46)...
Hình 4. 15 Cơng thức tính D,*(C)) (2.7)
Hình 4. 16 Cơng thức tính Di*(Cd) (2.8)
Hình 4. 17 Cơng thức tính Aoi(C) và Aoi(Ca) (2.9)
Hình 4. 18 Cơng thức tính yi(C¡) và yi(Ca) (2.12)...
Hình 4. 19 Cơng thức (2.27).
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
4.
4.
4.
4.
4.
4.
20
21
22
23
24
25
Cơng
Cơng
Cơng
Cơng
Cơng
Cơng
thức (2.28).
thức (2.29)
thức tính Pi
thức tính Ri
thức tinh Qi
thức tinh nj
(2.30).
(2.31)...
(2.32).........
(2.34) cho C
Hình 4. 26 Cơng thức tính nụ (2.35) cho C¡ị
Hình 4. 27 Cơng thức (3.37).
Hình 4. 28 Cơng thức (2.38).
Hình 4. 29 Cơng thức (2.41)
Hình 4. 30 Copy giá trị GRG vào MiniTab 20..
Hinh 4. 31 Phan tich Taguchi
Hinh 4. 32 Chon GRG..........
Hinh 4. 33 Chon sy tuong tac giữa các biên..
Hinh 4. 34 Chon ham muc tiéu
Hinh 4. 35 Chon S/N va Means ...
Hinh 4. 36 D6 thi phan tich S/N
Hinh 4. 37 Dé thi phan tich Means..
Hình 4. 38 Phân tích hồi quy
Hình 4. 39 Hộp thoại Regression
Hinh 4. 40 Hop thoai Regression: Model..
Hinh 4. 41 Hệ số cản
Hình 4. 42 Hệ số nâng...
viii
$2
{53
s32
«as SA
. 54
54
54
xD
99
we ST
aaas OF.
58
.... 38
....60
. ... 60
.... 60
.62
.... 62
su: 2
-=..
2eee®
KHĨA LUẬN TĨT NGHIỆP.
KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP.
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
DANH SACH CAC TU VIET TAT
Fa
Lực cản song song với phương truyền động của dịng khí
Fi
Lực nâng vng góc với phương chuyển động của dịng khí
Ga
HỆ số can
Cc
Hệ số nâng
GRA
Grey Relational Analyisis
TOPSIS
Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution
MOORA
Multi-Objective Optimization based on Ratio Analysis
MARCOS
Measurement
Alternatives
and
Ranking
According
Compromise Solution
MEREC
DE
Method based on the Removal Effects of Criteria
Degrees of Freedom
Seq SS
Sequential Sums of Squares
Adj SS
Adjusted Sums of Squares
Seq MS
Sequential Mean of Squares
R-sq
R-sq (adj)
R-squared
Adjusted R-squared
R-sq (pred) Predicted R-Squared
ix
to
KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP.
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
TOM TAT
Việc giảm tiêu thụ nhiên liệu luôn là mối
quan tâm hàng đầu trong lĩnh vực
phát triển ô tô. Hầu hết các nhà sản suất và chế tạo xe hơi đều thiết kế hình đáng
các loại xe nhằm đạt được tính khí động lực học lý tưởng kết hợp với các cải tiến
khác đem lại cho ô tô một hiệu suất tuyệt vời. Tính khí động học giúp xe giảm lực
cán và chạy ôn định hơn. Trong bài nghiên cứu này. mô hình xe ô tô du lịch được
thiết kế bằng phần mềm Solidworks. Hệ số cản và hệ số nâng được tính toán bằng
phương pháp phân tử hữu hạn trên phần mềm ANSYS. Mơ phỏng khí động học
của ơ tơ dựa trên sự thay đổi của các biến đầu vào là góc nghiêng mui xe, góc
nghiêng kính chắn gió phía sau và sự thay đổi vận tốc. Dữ liệu của mơ phóng được
dùng đề giảm thiểu lực cản và lực nâng khí động học, cụ thể là hệ số cản Ca và hệ
số nâng C¡ bằng cách sử dụng các phương pháp tối ưu là phân tích quan hệ xám
(GRA).
phương
pháp liên kết mờ
(TOPSIS),
phương
pháp
phân tích tỷ lệ
(MOORA), phương pháp thay thế đo lường và xếp hạng theo giải pháp thỏa hiệp
(MARCOS), các phương pháp này được sử dụng cùng nhau dé dua ra một kết quả
tối ưu cho hệ số cản Cạ và hệ số nâng C¡, sau đó bằng phân tích quan hệ xám
(GRA) dựa trên phương pháp Taguehi đề chỉ ra mức độ ảnh hướng của các thay
đổi thiết kế lên mơ hình. Kết quả của các phương pháp tối ưu này đã chỉ ra ring
các thay đổi đầu vào có ảnh hưởng đến Ca và Ci. Kết quả tối ưu hệ số cản Ca đạt
được là 0.23175, hệ số nâng C¡ là -0.058468 tại mức tốc độ là 30m/s.
Từ khóa:
: khí động lực học ơ tơ, hệ số cán, hệ số nang, GRA,
MOORA, MARCOS, Taguchi, phuong phap phan tir hitu han.
TOPSIS,
KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP.
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
ABSTRACT
Reducing fuel consumption has always been a top concern in the automotive
development field. Most car manufacturers and builders design their vehicles to
achieve ideal aerodynamics that, combined with other innovations, give cars great
performance. Aerodynamics help reduce drag, make the vehicle more stable and
reduce fuel consumption. In this study, the passenger car model is designed using
Solidworks
software.
The drag coefficient Ca and the lift coefficient C; were
calculated using the finite element method in ANSYS software. The aerodynamic
simulation of a car is based on the change of input variables suchas roof tilt angle,
rear windshield tilt angle and velocity change. Simulation data are used to
minimize
drag and
aerodynamic
lift, namely
drag coefficient Cd
and
lift
coefficient Cl using optimization methods such as GRA analysis, TOPSIS method,
method MOORA method, MARCOS method, these methods are used together to
give an optimal result for drag coefficient Cq and lift coefficient Ci, followed by
gray relationanalysis (GRA) based on the method Taguchi to show how the design
changes affect the model. The results of these methods have shown that the input
changes have an effect on the drag coefficient Ca and the car aerodynamic lift
coefficient
C;. The optimal result of drag coefficient Ca is 0.23175, lift coefficient
C, is -0.058468 at a speed of 30m/s.
Keywords: Automotive aerodynamics, drag coefficient, lift coefficient, grey
relation analysis, TOPSIS, MOORA, MARCOS, Taguchi method, finite element
method.
KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
CHUONG 1: MO DAU
1.1 Téng quan dé tai
1.1.1 Tầm quan trọng của đề tài nghiên cứu
Ngày nay, nhu cầu sử dụng xe ô tơ làm phương tiện di chuyển ngày càng cao.
Trong đó, tính ơn định của xe, tiêu hao nhiên liệu, ít ơ nhiễm mơi trường địi hỏi
sự đóng góp một phần khơng nhỏ về mặt thiết kế đề cải thiện tính ổn định về mặt
khí động học. Đối với một xe du lịch, tính khí động học là một yếu tố quan trọng
đề đạt được mức tiết kiệm nhiên liệu và đảm bảo về mặt thấm mỹ cho chiếc xe.
Khi xe chuyền động trong khơng khí, hệ số cản và hệ số nâng tác động lên xe ảnh
hưởng đáng kể đến hiệu suất khí động học của xe. Điều này có xu hướng ảnh
hưởng tiêu cực đến hiệu suất, khả năng xử lý, độ ổn định và hiệu suất nhiên liệu
của xe.
Có thê thấy rằng, hiện nay tiêu chuẩn khí thải trên tồn cầu ngày càng được
kiểm sốt nghiệm ngặt hơn, do đó việc giảm lực cản khơng khí động học giúp cải
thiện việc giảm khí thải. Để cải thiện tính khí động học, việc thiết kế các phụ kiện
khí động học bên ngồi hay tối ưu hóa phần thân vỏ có thê giúp cải thiện hiệu suất
khí động học của xe cũng như giúp xe dễ dàng vận hành và tiết kiệm nhiên liệu
hơn.
1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Nghành công nghiệp ô tô Việt Nam đang trong đà phát triển mạnh nhất từ
trước đến nay, điều đó thúc đây phong trào nghiên cứu ở nước ta, đặc biệt là lĩnh
vực nghiên cứu về tính khí động học trên xe ô tô. Bằng cách tiếp cận những cơ sở
lý thuyết, những phần mềm hiện đại nên việc nghiên cứu khí động học ở nước ta
trở nên đa dạng, đễ tiếp cận, kết quả có tính chính xác và mang tính thực tiễn cao.
Nổi bật là bài nghiên cứu của Đặng Tiến Phúc nói về đặc tính khí động lực học
trên dong xe SUV cu thé la dòng xe Toyota Fortuner vào năm 2019 [1] và nghiên
cứu của Nguyễn Anh Ngọc và cộng sự nói về việc cải thiện hình dáng khí động
học của thân vỏ xe điện năm 2019 [2]. Ngồi ra vẫn cịn rất nhiều bài nghiên cứu
tiêu biểu như: Mơ phỏng đặc tính khí động lực học mơ hình AHMED
[3], nghiên
KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP
cứu ảnh hướng
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
cua vi tri xép Container dén dac tính khí dong
doan xe cho
Container [4]. khí động học trên mơ hình xe bt [Š]...
Ngồi các cơng trình nghiên cứu về khí động học, nước ta cũng đã có những
bài nghiên cứu về phương pháp tốn học Taguchi hỗ trợ cho q trình nghiên cứu
của họ như: ứng dụng trí tuệ nhân tạo và phân tích Taguchi đề xác định chế độ cắt
tối ưu khi gia công trên máy phay CNC của Nguyễn Ngọc Kiên vào năm 2014 [6].
ứng dụng phương pháp Taguchi nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ cắt và góc xoắn
của dao phay ngón liền khối đến lực cắt khi phay vật liệu nhơm A6061 [7].
Đề góp phần phát triển cho việc nghiên cứu khí động học ơ tơ cũng như nghành
cơng nghiệp ơ tơ Việt Nam nói chung, trong nghiên cứu này nhóm tiến hành xây
dựng mơ hình, mơ phỏng, phân tích, đánh giá cụ thê các góc đặt tối ưu của mơ
hình xe du lịch dựa trên mẫu xe Toyota Corolla.
1.1.3 Tình hình nghiên cứu nước ngồi
Theo Mohammad Firdaus Mohammed Azmi va cac dong nghiép [8] phat biéu,
lực cản tác dụng lên xe là hệ quả của bề mặt xe chuyền động với khơng khí đứng
n ở xung quanh. Tổng chênh lệch áp suấtở phần đầu xe và phía sau xe sẽ tạo ra
lực cản. Khi ô tô di chuyền về phía trước, nó sẽ đây khơng khí sang một bên. Điều
nay sẽ làm tăng áp suấtfĩnh ở đầu xe. Trong khi đó ở phần sau của xe, luồng khơng
khí khơng ơn định do bị tách ra tạo thành các xoáy dẫn đến giảm áp suất.
Z.M Saleh và A HAli [9] đã sửa đổi thiết kế KIA Pride bằng cách thêm bộ
tạo xốy, cánh lướt gió và bộ khuếch tán và so sánh chúng với nhau. Mức giảm
lực cản trung bình tốt nhất khi sử dụng một cánh lướt gió 1a 3,05%, trong khi sử
dụng ba sửa đổi cùng nhau cho ra giảm lực cảntrung bình tốt nhát là 3.8%. Vignesh
S và các cộng sự [10] đã thực hiện nghiên cứu về thay đổi góc nghiêng kính chắn
gió và góc nghiêng mui xe, kết quả là hệ số cản Cd cũng thay đổi theo. Daniel
Svafñiq Baharol Maji và cộng sự [11] đã tìm hiểu ảnh hưởng của cánh gió phía sau
đối với lực cản khí động học và độ ôn định của ô tô, họ kết luận rằng việc sử dụng
cánh gió phía sau giúp tăng hiệu quả bám đường cho xe và có ý nghĩa đối với xe
di chuyền ở tốc độ cao. Muhammad Pirdaus Ismail và đồng nghiệp của mình [12]
đã tiến hành nghiên cứu bộ tạo xốy (VG) đối với khí động học của dịng Sedan,
KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
dữ liệu và kết quả thu được khi số lượng VG tăng lên hệ số cản sẽ giảm, kết quả
cũng chứng minh rằng, VG trì hỗn việc tách địng tạo ra luồng khơng khí ở tốc
độ cao bám vào bể mặt thân xe. Muhammad Zaid Nawam
và cộng sự [13] đã
nghiên cứu ảnh hưởng của cánh gió phía sau với 4 thiết kế khác nhau. họ kết luận
rằng khi gắn cánh lướt gió hệ số cản của xe sẽ tăng lên, lực nâng hạ xuống mức
âm quan trọng hơn vì tính ơn định của xe quan trọng hơn. Tamer Nabil và cộng sự
[14] đã nghiên cứu đặc tính khí động học của 6 mơ hình vỏ xe khác nhau, họ kết
luận rằng khu vực đầu xe không phải là yếu tố quyết định để giảm hệ số cán. yếu
tố chính là giảm vùng cản của vỏ xe. A. Sarkar và cộng sự [15] kết luận rằng việc
thay đổi hình dáng vỏ xe bên ngồi sẽ làm thay đổi tính khí động học của xe, từ
đó giảm hệ số cản đáng kề. P.Chakravarthi và cộng sự [16] đã phân tích lực cản
trên Sedan sử dụng công nghệ CED đề so sánh mẫu xe được gắn thêm cánh lướt
gió vào va mau xe thơng thường. Deepak B.Kuslwaha và cộng sự [17] đã nghiên
cứu các lực khí động học trên xe bằng cách phan tich CFD trong ANSYS dé tinh
toán hệ số áp suất, áp suất tĩnh, động năng hỗn loạn và vận tốc xoắn. Qua phân
tích cho ta thấy rằng CFD có thể cung cấp kết quả gần như chính xác so với kết
quả thực nghiệm và khi ta tăng vận tốc thì lực cản cũng tăng theo. Rubel Chandra
Das và Mahmud Riyad [I8] đã thực hiện nghiên cứu khi sử dụng phần mềm
SOLIDWORKS dé thiét ké va dua vao ANSYS dé phan tich cac géc đặt cánh chắn
gió ở phía sau xe, yếu tố này sẽ giúp xe ổn định hơn khi di chuyên ở tốc độ cao.
Ganesh Kumar và cộng sự [19] đã phân tích ảnh hướng của việc thay đối cầu trúc
hình học của một chiếc Sedan bằng cách sử dụng phân tích phần tử hữu hạn trong
ANSYS, mà sự thay đổi ở đây là ở góc cản trước và bán kính mui xe. Devang S.
Nath và cộng sự [20] đã tiến hành nghiên cứu khi áp dụng các thiết bị khí động
học trên 1 chiếc xe đua dựa trên phần mềm ANSYS.
Kamel Belhadj va cong su
[21] đã nghiên cứu về việc tối ưu hóa góc kính chắn gió và góc khuếch tán phía
sau bằng phần mềm ANSYS. Vikas Shridhar và đồng nghiệp [22] đã nghiên cứu
và phân tích góc kính chắn gió và góc nghiêng mui xe. Muhammad Nabil Farhan
Kamal và cộng sự [23] đã nghiên cứu và phân tích sự ảnh hưởng của khí động học
đến các hình dạng khác nhau của ơ tơ thơng qua kỹ thuật phân tích CFD. Mustafr
Cakir và cộng sự [24] đã nghiên cứu sự khác biệt hệ số cản giữa mơ hình khơng
KHĨA LUẬN TĨT NGHIỆP
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
gắn đi gió và mơ hình gắn đi gió phía sau. Teddy Hobeika và cộng sự [25] đã
nghiên cứu về ảnh hướng của hình dáng lốp xe đến khí động học ơ tơ.
Trong nghiên cứu này, tập trung nghiên cứu về ảnh hướng của góc nghiêng
mui xe, góc nghiêng kính chắn gió phía sau khi xe di chuyển ở các mức vận tốc
khác nhau bằng phương pháp phần tử hữu hạn trong ANSYS và sử dụng các thuật
tốn tối ưu hóa đề chỉ ra thiết kế tốt nhất để giảm thiểu hệ số cản Ca và hệ số nâng
Cc.
1.2 Muc tiéu dé tai
Xây dựng mơ hình xe Sedan với kích thước tương đối dựa trên thiết kế của
mẫu Toyota Corolla. Thay đổi góc nghiêng của 2 đối tượng là mui xe và kính chắn
gió phía sau, từ đó đưa ra phương án tối ưu giúp giảm thiêu sự ảnh hưởng của lực
cản và lực nâng cho xe khi di chuyền ở những vận tốc khác nhau.
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu
Thiết kế và phân tích tối ưu hóa thân vỏ xe ơ tơ du lịch bằng cách sử dụng mơ
hình được xây dựng trên phần mềm SOLIDWORKS dựa trên những số liệu thiết
kế của mẫu xe Toyota Corolla va tinh khí động học của mơ hình được mô phỏng
trên phần mềm ANSYS Fluent.
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu
Phân tích tác động của dịng khí lên thân vỏ xe ơ tơ đề khảo sát mơ hình thiết
kế có đáp ứng với các chỉ tiêu về mức độ an toàn khi xe hoạt động trên đường.
Thiết kế 27 mơ hình được thay đổi góc nghiêng mui xe và góc nghiêng kính
chắn gió phía sau để mơ phỏng khí động học và sử dụng dữ liệu này để lựa chọn
ra mô hình tối ưu nhất phù hợp với điều kiện dịng chảy rối trong khơng gian ba
chiều với tốc độ dịng chảy 20, 25, 30 m/s.
Mơ hình tối ưu đạt được dựa trên các phương pháp tối ưu và các kết quả hình
ảnh mơ phỏng khí động học trong ANSYS Fluent.
KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
1.4 Phuong pháp nghiên cứu
Phương pháp thu thập số liệu: Đã tìm và đọc tham khảo các bài báo phân tích.
nghiên cứu về khí động học trên ơ tơ và các bài báo về phương pháp tối ưu hóa đề
nghiên cứu sử dụng vào đề tài.
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với sử dụng phần mềm: Thu thập
thông tin khoa học và cơ sở lý thuyết để sử dụng trong quá trình nghiên cứu. Mơ
hình thân vỏ xe ơ tơ được thiết kế bằng SOLIDWORKS và phân tích khí động học
bằng phương pháp phần tử hữu hạn trong ANSYS Fluent.
1.5 Nội dung nghiên cứu
Xây dựng mơ hình xe ơ tơ du lịch dựa trên thiết kế của mẫu xe Toyota Corolla
có kích thước tương đối. Thay đổi góc nghiêng của 2 đối tượng với 3 mức là mui
xe, kính chắn gió phía sau bằng phần mềm SOLIDWORKS.
Sử dụng phần mềm ANSYS Fluent để mơ phỏng các đặc tính khí động học
cho mơ hình với 27 trường hợp góc với 3 mức vận tóc.
Áp dụng các thuật tốn tối ưu đề tối ưu góc đặt ơn định nhất.
1.6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
1.6.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài
Làm cơ sở nghiên cứu cơ học chất lưu ảnh hưởng lên các phương tiện di
chuyển hiện nay.
'Vận dụng phương pháp phan tử hữu hạn đề thực hiện các khảo sát về động lực
học chất lưu.
Làm cơ sở đề tối ưu hóa thiết kế kiêu dáng thân vỏ xe ô tô phù hợp với các
yêu cầu mà thị trường đặt ra.
1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Vận dụng kết quả nghiên cứu đề chế tạo thân vỏ xe ô
tô.
Đưa ra được các số liệu thực tế có thể vận dụng vào các nghiên cứu khí động
lực học cho cánh máy bay, tàu thuyền, xe tải...
Các phương pháp tối ưu làm cơ sở đề thiết kế, chế tạo các chỉ tiết trên ô tô.
KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUT
2.1 Khí động học ơ tơ
Khí động học là một mơn khoa học nghiên cứu về dịng chảy của chất khí
xung quanh các vật thề, nó giúp tính tốn các dịng chảy của chất khí như vận tốc,
áp suất, nhiệt độ.... khi đi qua ơ tơ từ đó có thề giúp cải thiện được tính ồn định
của ơ tơ khi di chuyền. Vì khi đi chuyền ở tốc độ cao, ô tô sẽ chịu ảnh hưởng của
các lực như: lực cán, lực ma sát, lực quán tính, lực cản của gió. Các lực này sẽ ảnh
hưởng lên ơ tô làm can trở sự chuyển động cũng như dẫn đến việc tiêu hao nhiên
liệu nhiều hơn.
Ngày nay, khí động học đang được các nhà nghiên cứu chú trọng nhằm tạo ra
các dòng xe phù hợp với từng điều kiện mơi trường.
2.2 Phương trình tính tốn khí động học
2.2.1 Tinh toan luc can (Fy) va luc nang (Fi)
Khi nghiên cứu sự ảnh hưởng của khí động lực học lên ơ tô. người ta thường
nghiên cứu về:
Lue can (Fa - Drag Force): Lure tac dung theo phuong ngang (song song voi
mặt đường) của khơng khí tác dụng vào bề mặt thân ô tô. Day được coi là thành
phân chính của lực khí động học vì xe cũng chuyển động theo phương này nên
vận tốc tuyệt đối giữa dịng khí và xe là lớn nhất.
Lue nang (F; — Lift Force): Lue tac dung theo phương thẳng đứng (vng góc
với mặt đường) của khơng khí tác dụng vào bề mặt thân ơ tơ. Lực nay sinh ra do
sự chênh lệch áp suất giữa mui xe và gầm xe, dịng khí khi đi chuyền phần mui xe
có tốc độ lớn hơn phía gầm xe theo nguyên lý Bernoulli. Lực nâng nâng xe lên
làm giảm khả năng bám đường gây nguy hiểm khi đi chuyền.
Các lực này được tính như sau:
F¿ — 2. Cạ.p.V?.A
(2.1)
Fị=2.G.p.V?.A
(2.2)
KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP
GVHD: THS. NGUYEN XUAN NGOC
Trong do:
Fa: Lực cản (N).
F,: Lực nâng (N).
Ca: Hệ số cản.
€¡: Hệ số nâng.
p: Khối lượng riêng của khơng khí ( p = 1,225 kg/m°).
V: Vận tốc chuyền động của xe hoặc dòng khí (m/S).
A: Diện tích cản chính diện (m?).
2.2.2 Hệ phương trình Navier-Stokes trong tính tốn thủy khí động lực học
chất lỏng
Sự chun động của các dịng chảy bất kì trong tự nhiên cũng như trong các
ứng dụng kỹ thuật hiên nay đều được mơ tá bằng hệ phương trình Navier-Stokes.
Bằng cách mơ hình hóa các dịng chảy phức tạp hay cịn gọi là dịng chảy rối thành
các cơng thức tốn học đề mơ hình hóa sự chuyền động hỗn loạn của chúng giúp
chúng ta có thể nắm được quy luật của các hiện tượng tư nhiên và đưa và đưa vào
hiện trạng thực tế, chăng hạn như đề phòng chống các thảm họa tự nhiên, dự báo
thời tiết....
Hệ phương trình Navier-Stokes bao gồm 2 phương trình
Phương trình bảo tồn động lượng cho dịng chất lỏng khơng nén được triển
khai trong hé toa d6 Descartes:
đu; +
at
Ou;
ax,
5
1Øp + 00;
Mi — pax,
x;
Trong do:
u; va w 1a thanh phan lưu tốc theo các phương (i, j =x, y, z).
p la ap suat.
tla thời gian.
ty .2N~ 2HŸ
y là vận tốc.
23)
,
