mô phỏng va chạm trực diện trên xe ô tô con

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (16 MB, 107 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

<b> </b>

TP Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2024

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Nhóm em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy(cô) bộ môn Khung Gầm Ơ Tơ và khoa Cơ Khí Động Lực, trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, đã hỗ trợ và dạy bảo cho chúng em trong suốt thời gian học tập vừa qua. Nhờ sự dạy dỗ tận tình của các thầy(cơ) về kiến thức chuyên môn và kiến thức thực tiễn trong cuộc sống, chúng em đã dần hiểu biết rõ hơn về ngành mà mình chọn và học. Với kiến thức và hiểu biết được chỉ dạy đó đã giúp chúng em hoàn thiện đồ án và cũng là tiền đề để chúng em hòa nhập vào thị trường lao động sau này.

Chúng em cũng chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Dương Nguyễn Hắc Lân, người thầy đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo và hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án.

Và sau cùng chúng em cũng muốn gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã tiếp động lực và giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện.

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, nhưng vì sự hạn chế trong kiến thức và thời gian nghiên cứu nên chúng em thu được kết quả khơng được tốt. Vì vậy, nhóm em kính mong nhận được sự nhận xét và đóng góp của quý thầy(cơ) để chúng em hồn thiện đồ án tốt hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Hiện nay tai nạn giao thơng xảy ra ngày càng nhiều và nghiêm trọng nguyên nhân chính dẫn đến hiện trạng này là do số lượng người sở hữu phương tiện đi lại tăng cao. Số người bị thương vong rất nhiều đây là nỗi lo khá lớn với mọi người. Nhằm hạn chế thương vong trong tình huống xảy ra va chạm, các hãng xe đã tiến hành các thực nghiệm và cải tiến mức độ an tồn của xe lên. Tuy nhiên chi phí bỏ ra để thực nghiệm quá cao và tốn thời gian, một giải pháp có thể rút ngắn đi thời gian và chi phí đó là thử nghiệm mơ phỏng trên các phần mềm. Nắm bắt được xu hướng đó chúng em đã quyết định chọn đề tài “Mô phỏng va chạm trực diện trên ô tô con”. Sử dụng phần mềm Altair HyperWorks để xây dựng bài tốn mơ phỏng va chạm trực diện với đối tượng là xe Honda Accord dựa theo điều kiện trên tiêu chuẩn NHTSA. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được sử dụng để giải bài toán với bộ giải RADIOSS. Kết quả thu được cho ta thấy được ứng xử của mơ hình, ứng suất sẽ tập trung chủ yếu ở phần đầu xe, gia tốc tăng đột ngột do va chạm. Từ những kết quả trên ta thấy được cách ứng xử của mơ hình xe khá giống với thực tế. Tuy nhiên ứng suất ở phần đầu xe vượt mức tối đa làm biến đổi hình dạng của xe nhưng khoang hành khách vẫn được đảm bảo an tồn khơng gây nguy hiểm cho người bên trong. Sau cùng là đưa ra các đề suất đảm bảo an toàn như túi khí, dây đai…

Với sự hướng dẫn của thầy Dương Nguyễn Hắc Lân, việc lựa chọn đề tài này là một quyết định có cơ sở hợp lí. Nó mang lại cho chúng em thêm nhiều kiến thức mới cũng như cơ hội có thể áp dụng vào thực tiễn và phát triển thêm trong tương lai.

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<b>CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ... 1</b>

1.1. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước ... 1

1.2. Tính cấp thiết của đề tài ... 3

1.3. Mục tiêu của đề tài ... 4

1.4. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu ... 4

<b>CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ... 6 </b>

2.1. Giới thiệu về phương pháp tính tốn bằng phần tử hữu hạn<small> [1]</small>... 6

2.2. Các tiêu chuẩn va chạm ... 8

2.2.1. Tiêu chuẩn NHTSA <small>[2]</small> ... 8

2.2.2. Tiêu chuẩn Euro NCAP ... 10

2.2.3. Tiêu chuẩn IIHS ... 13

2.3. Giới thiệu phần mềm Altair HyperWorks <small>[3]</small> ... 14

<b>CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP BÀI TOÁN MÔ PHỎNG VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN BIÊN ... 21 </b>

3.1. Tạo dựng mơ hình CAD của xe Honda Accord. ... 21

3.2. Kiểm tra tính liên kết của mơ hình ... 23

3.3. Kiểm tra hướng của phần tử ... 26

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

3.4. Phân loại các thành phần của xe ... 27

3.5. Chia lưới theo phương pháp phần tử hữu hạn cho mơ hình ... 27

3.6. Kiểm tra chất lượng lưới ... 30

3.7. Thiết lập vật liệu - Material ... 35

3.8. Thiết lập đặc tính – Property <small>[4]</small> ... 37

3.9. Thiết lập điều kiện biên ... 42

3.9.1. Tường cứng- Rigid Wall ... 42

3.9.2. Đường – Rigid Ground ... 43

3.9.3. Thiết lập vận tốc ban đầu – INIVEL ... 44

3.9.4. Thiết lập gia tốc trọng trường – Gravity ... 45

3.10. Thiết lập Contact ... 47

3.11. Thiết lập Engine Keywords <small>[6]</small> ... 51

3.12. Thiết lập File Animation ... 52

3.13. Thiết lập File output – Time History ... 53

3.14. Kiểm tra Penetration – Interaction ... 55

3.15. Chạy thử mơ hình trước khi mô phỏng ... 57

3.16. Chạy mô phỏng va chạm ... 59

3.16.1. Q trình chạy mơ phỏng ... 59

3.16.2. Tập hợp file chứa thơng tin liên quan đến bài tốn ... 61

3.16.3. Kết thúc q trình mơ phỏng ... 64

<b>CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG ... 66</b>

4.1. Hình ảnh q trình va chạm ... 66

4.1.1. Va chạm dựa theo yêu tố về ứng suất ... 66

4.1.2. Va chạm dựa theo yếu tố về chuyển vị ... 70

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ... 82</b>

5.1. Kết quả thu được ... 82

5.2. Mặt hạn chế ... 82

5.3. Hướng phát triển của đề tài ... 83

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

FEM (Finite Element Method): Phương pháp tính tốn bằng phần tử hữu hạn. IIHS (Insurance Institute for Highway Safety): Tiêu chuẩn va chạm IIHS

NHTSA (The National Highway Traffic Safety Administration): Tiêu chuẩn va chạm NHTSA

EURO NCAP (European New Car Assessment Programme): Tiêu chuẩn va chạm Euro Ncap

PTV (Planung Transport Verkehr): Phần mềm mô phỏng luồng giao thông đa phương thức cực nhỏ

Ctrl (Control): Phím tắt control trên bàn phím

ANSYS (Analysis System): Phần mềm kỹ thuật trên thiết kế về mô phỏng

AUTOCAD (Automatic Computer Aided Design): phần mềm ứng dụng CAD để vẽ bản vẽ kĩ thuật bằng vector 2D hoặc 3D.

CAE (Computed-Aided Engineering): Kĩ thuật với sự hỗ trợ của máy tính CAD (Computer-Aided Design): Thiết kế được sự hỗ trợ của máy tính HIC (Head Injury Critetion): Chỉ số chấn thương đầu

TE (Total Energy): Tổng năng lượng K-Energy (Kinetic Energy): Động năng 3D (Three Dimensional): 3 chiều 2D (Two Dimensional): 2 chiều ID (dentification number): Số thứ tự

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Hình 2. 5 Thử nghiệm va chạm trực diện của NHTSA ... 10

Hình 2. 6 Thử nghiệm va chạm trực diện của Euro NCAP ... 11

Hình 2. 7 Thử nghiệm va chạm bên hơng của Euro NCAP ... 12

Hình 2. 8 Tính năng an tồn cho người đi bộ ... 12

Hình 2. 9 Thử nghiệm va chạm bên hông của IIHS ... 14

Hình 2. 10 Màn hình giao diện hyperworks ... 15

Hình 2. 11 Chức năng cơ bản ... 15

Hình 2. 12 panel cơ bản ... 16

Hình 2. 13 Panel chứa các panel phụ và có mục tự chọn ... 16

Hình 2. 14 Thanh cơng cụ Standard Views ... 16

Hình 2. 15 Thanh cơng cụ View Controls ... 17

Hình 2. 16 Các chức năng điều chỉnh hiển thị mơ hình ... 18

Hình 2. 17 Tạo Collectors ... 19

Hình 2. 18 Tạo vật liệu và thuộc tính từ Model Ribbons ... 20

Hình 3. 1 Mơ hình CAD Honda Accord 1993 ... 21

Hình 3. 2 Chiều dài của mơ hình ... 22

Hình 3. 3 Chiều cao của mơ hình ... 22

Hình 3. 4 Chiều rộng của mơ hình ... 22

Hình 3. 5 Đơn vị đầu vào của mơ hình ... 23

Hình 3. 6 Các cạnh chưa được liên kết (đường màu đỏ) ... 24

Hình 3. 7 Các cạnh khi được liên kết (xanh lá cây) ... 24

Hình 3. 8 Các phần tử chưa liên kết (Preview equiv) ... 25

Hình 3. 9 Liên kết các phần tử lại với nhau ... 25

Hình 3. 10 Kiểm tra tính liên kết của mơ hình ... 25

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

viii

Hình 3. 11 Kiểm tra hướng của mơ hình ... 26

Hình 3. 12 Các phần tử có hướng ngược nhau ... 26

Hình 3. 13 Hướng của phần tử sau khi được chỉnh sửa ... 27

Hình 3. 14 Các component của xe sau khi được chia ra ... 27

Hình 3. 15 Xác định bề mặt (surface) cần chia lưới ... 28

Hình 3. 16 Chia lưới ... 29

Hình 3. 17 Tuỳ chỉnh hình thức chia lưới, loại phần tử ... 29

Hình 3. 18 Tổng phần tử ... 30

Hình 3. 19 Các tiêu chí kiểm tra chất lượng lưới ... 30

Hình 3. 20 Các phần tử khơng đạt tiêu chí về Min Length ... 31

Hình 3. 21 Xác định các phần tử bị lỗi ở thân xe ... 31

Hình 3. 22 Xác định các phần tử bị lỗi ở kính xe ... 32

Hình 3. 23 Xác định các phần tử bị lỗi ở đầu xe (màu cam) ... 32

Hình 3. 24 Tiến hành chỉnh sửa các phần tử khơng đạt u cầu (1) ... 32

Hình 3. 25 Tiến hành chỉnh sửa các phần tử không đạt yêu cầu (2) ... 33

Hình 3. 26 Các phần tử sau khi đã được chỉnh sửa (1) ... 33

Hình 3. 27 Các phần tử sau khi đã được chỉnh sửa (2) ... 34

Hình 3. 28 Kết quả kiểm tra của tiêu chí Jacopian sau khi chỉnh sửa ... 34

Hình 3. 29 Kết quả kiểm tra của tiêu chí Min Length sau khi chỉnh sửa ... 34

Hình 3. 30 Kiểm tra Time Step của mơ hình ... 34

Hình 3. 31 Thơng số vật liệu của khung xe ... 36

Hình 3. 32 Thơng số vật liệu của kính xe ... 37

Hình 3. 33 Loại phần tử tứ giác và tam giác... 38

Hình 3. 34 Thơng số về đặc tính của khung xe ... 39

Hình 3. 35 Thơng số về đặc tính của kính xe ... 40

Hình 3. 36 Thơng số về đặc tính của trần xe ... 41

Hình 3. 37 Thơng số về đặc tính của kính chắn gió ... 42

Hình 3. 38 Thiết lập tường cứng và các thơng số ... 43

Hình 3. 39 Xác định vị trí đặt tường ... 43

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

Hình 3. 40 Thiết lập mặt đường và các thơng số ... 44

Hình 3. 41 Xác định vị trí đặt mặt đường ... 44

Hình 3. 42 Các thơng số về vận tốc ban đầu ... 45

Hình 3. 43 Hướng của vận tốc (cùng hướng với xe dọc theo chiều âm của trục Y) ... 45

Hình 3. 49 Thiết lập thơng số về contact (1) ... 48

Hình 3. 50 Thiết lập thơng số về contact (2) ... 49

Hình 3. 51 Khoảng cách contact (contact gap) ... 50

Hình 3. 52 Cách tính tốn khoảng cách của master element và slave node ... 50

Hình 3. 53 Các dạng Engine Keywords ... 51

Hình 3. 54 Animation File ... 52

Hình 3. 55 Thiết lập thời gian xuất file Animation ... 53

Hình 3. 56 Các dạng dữ liệu đầu ra ... 54

Hình 3. 57 Xuất kết quả đầu ra của Contact và Part ... 54

Hình 3. 58 Tuỳ chọn các kết quả để xuất đồ thị ... 55

Hình 3. 59 Hiện tượng Intersection (vùng màu đỏ/xám) ... 55

Hình 3. 60 Hiện tượng Penetration ban đầu ... 56

Hình 3. 61 Hai lưới khi chưa gán độ dày ... 56

Hình 3. 62 Hai lưới khi được gán độ dày (xuất hiện Penetration)... 56

Hình 3. 63 Kết quả Intersection và Penetration ... 57

Hình 3. 64 Chạy thử mơ hình bằng ModelChecker ... 58

Hình 3. 65 Kết quả sau khi chạy thử... 58

Hình 3. 66 Chạy mơ phỏng ... 59

Hình 3. 67 Màn hình loading quá trình mơ phỏng (1) ... 60

Hình 3. 68 Màn hình loading q trình mơ phỏng (2) ... 60

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

Hình 3. 73 Thơng tin về năng lượng ... 64

Hình 3. 74 Thời gian chạy chương trình ... 64

Hình 3. 75 Các định dạng file được xuất ra ... 65

Hình 4. 1 Ứng suất của xe trước khi va chạm ... 66

Hình 4. 2 Ứng suất của xe khi vừa va chạm (Đầu xe) ... 66

Hình 4. 3 Ứng suất của xe trong quá trình va chạm ... 67

Hình 4. 4 Ứng suất của xe sau khi va chạm ... 67

Hình 4. 5 Ứng suất khu vực sàn xe, khoang người lái khi va chạm ... 68

Hình 4. 6 Ứng suất phần đi xe khi va chạm... 69

Hình 4. 7 Chuyển vị của xe trước khi va chạm ... 70

Hình 4. 8 Chuyển vị của xe khi vừa va chạm ... 70

Hình 4. 9 Chuyển vị của xe trong quá trình va chạm ... 71

Hình 4. 10 Chuyển vị của xe sau khi va chạm... 71

Hình 4. 11 Chuyển vị trước khi va chạm (phương trục Z) ... 72

Hình 4. 12 Chuyển vị khi xảy ra va chạm (phương trục Z) ... 72

Hình 4. 13 Đoạn dịch chuyển được đánh dấu (màu đỏ) (phương Z) ... 73

Hình 4. 14 Chuyển vị trước khi va chạm (phương trục Y) ... 73

Hình 4. 15 Chuyển vị khi xảy ra va chạm (phương trục Y) ... 74

Hình 4. 16 Đoạn dịch chuyển được đánh dấu (màu đen) (Phương trục Y) ... 74

Hình 4. 17 Đồ thị về năng lượng ... 75

Hình 4. 18 Giá trị về năng lượng ... 75

Hình 4. 19 Đồ thị về vận tốc ... 77

Hình 4. 20 Giá trị về vận tốc ... 77

Hình 4. 21 Vận tốc phần đầu xe (theo phương Y) ... 77

Hình 4. 22 Vận tốc phần đuôi xe (theo phương Y) ... 78

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

xi Hình 4. 23 Đồ thị gia tốc phần đầu xe (theo phương trục Y) ... 78Hình 4. 24 Vận tốc phần đầu xe ... 79Hình 4. 25 Đồ thị gia tốc phần đuôi xe (theo phương trục Y) ... 79

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

xii

Bảng 3. 1 Thông số về Property ... 38Bảng 3. 2 Các thông số thiết lập Contact TYPE 7 ... 50

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

<b>Tình hình nghiên cứu trong nước </b>

❖ Nguyễn Thành Tâm, "Tối ưu hố thiết kế kết cấu ơ tơ khách thoả mãn tính an tồn va chạm trực diện", trường Đại học Cơng nghiệp, TP. Hồ Chí Minh, 2016.

phỏng và xây dựng hàm số hồi quy, dùng phần mềm MATLAB tiến hành tối ưu hóa các biến lượng thiết kế. Sử dụng phương pháp thiết kế trực giao kết hợp với phân tích phần tử hữu hạn, tiến hành thiết kế thực nghiệm, mơ phỏng phân tích kết cấu ơ tơ, thiết kế độ dày kết cấu đầu ô tô khách. Kết quả cho thấy, gia tốc va chạm và không gian an toàn được đảm bảo, trọng lượng kết cấu đầu xe khách sau khi tối ưu hóa giảm 7.9% so với kết cấu ban đầu”.

❖ Nguyễn Thành Quang, Nguyễn Thế Anh, Phạm Việt Thành, "Ứng dụng GRABCAD mô phỏng va chạm ô tô", trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, 2021.

<b>Tóm tắt: “Bài báo trình bày việc ứng dụng Grabcad cùng việc sử dụng phương pháp </b>

phần tử hữu hạn và phần mềm Ansys Workbench mô phỏng va chạm xe Toyota Inova khi xe chạy trên đường với những vận tốc khác nhau. Kết quả đã phân tích ứng suất, chuyển vị, biến dạng tại vùng va chạm và cho thấy ở vận tốc càng lớn thì vùng chuyển vị và giá trị biến dạng càng lớn làm cho khơng gian sống sót với hành khác giảm nhanh và vỏ xe bị hỏng hoàn toàn. Kết hợp với phân tích động lực chuyển động ơ tơ, lựa chọn kết cấu vỏ xe hoặc sử dụng vật liệu tổng hợp sẽ giảm chuyển vị và biến dạng của thân xe, tăng độ bền vỏ xe khi va chạm”.

❖ Nguyễn Thành Tâm, Nguyễn Văn Khơi, "Nghiên cứu tính an toàn con người ngồi trong xe khách 29/34 chỗ sản xuất tại Việt Nam khi xảy ra va chạm trực diện", trường Đại học Cơng nghiệp, TP. Hồ Chí Minh, 2019-2020.

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<b>Tóm tắt: “Ứng dụng phần mềm HYPERMESH và MADYMO để xây dựng mơ hình </b>

xe khách, mô phỏng các tổn thương cho hành khách ngồi trên xe khi xảy ra va chạm trực diện sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn. Căn cứ vào kết quả mô phỏng và tiêu chuẩn ECE 94, ECE R66 để đánh giá tổn thương đến người lái và hành khách ngồi trong xe. Từ đó tiến hành đề xuất trang bị thêm các hệ thống hỗ trợ an tồn như: dây đai an tồn, túi khí nhằm hạn chế các thương vong cho người ngồi trên xe. Kết quả thu được khi tăng dộ dày của vật liệu thép và trang bị thêm dây đai 3 điểm cho người lái và hành khách, trang bị thêm túi khí cho người lái cho thấy tổn thương của người lái và hành khách cải thiện rõ rệt, khả năng tử vong giảm thiểu. Các thông số tổn thương phần đầu và ngực luôn nằm trong giá trị an tồn mà tiêu chuẩn ECE R94 quy định”.

<b>Tình hình nghiên cứu ngoài nước </b>

❖ Chunke Liu, Xinping Song, Jiao Wang, “Simulation Analysis of Car Front Collision Based on LS-DYNA and Hyper Works”, Shanghai University of Engineering Science, China, 2014.

<b>Tóm tắt: “Bài nghiên cứu sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, sử dụng phần mềm </b>

Hypermesh để xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn ơ tơ. Sau đó, dùng phần mềm LS-Dyna để mơ phỏng thử nghiệm va chạm trực diện, tính tốn biến dạng của xe và thu thập đồ thị gia tốc trong quá trình va chạm; khả năng chống va chạm của xe ô tô và từ đó đưa ra đề xuất cải thiện cấu trúc xe để giảm thiểu thiệt hại. Kết quả cho thấy rằng việc cải thiện cấu trúc cục bộ có thể thúc đẩy khả năng chống va chạm của xe nhưng khả năng hấp thụ năng lượng là không đủ, sự xâm nhập vào khoang hành khách dễ gây tổn thương cho người lái. Nhưng để cải thiện thêm cần có sự thay đổi lớn về cấu trúc của xe, cần giảm sự xâm nhập vào khoang hành khách để đảm bảo an toàn”.

❖ Kiran Solanski, D.L. Oglesby, C.L. Burton, H. Fang, M.F. Horstemeyer, “Crashworthiness Simulations Comparing PAM-CRASH and LS-DYNA”, Mississippi State University, 2004.

<b>Tóm tắt: “Bài nghiên cứu này, tác giả so sánh các mô phỏng phần tử hữu hạn của một </b>

chiếc Dodge Neon năm 1996 bằng cách sử dụng hai phần mềm LS-DYNA và PAM-CRASH với mục tiêu duy trì tính giống nhau về vật liệu, lưới của mơ hình và điều kiện biên. Lưới và

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

3 thuộc tính vật liệu gốc của xe Neon đã được phát triển tại Trung tâm Phân tích Va chạm Quốc gia FHWA/NHTSA (NCAC) cho LS-DYNA và được điều chỉnh phù hợp cho nghiên cứu này. Kết quả cho thấy so sánh giữa dữ liệu thực nghiệm và kết quả mơ phỏng của cả xe dựa theo tiêu chí về độ biến dạng tổng thể, tính phá huỷ cấu trúc, vận tốc cũng như gia tốc ở các vị trí khác nhau cho thấy có sự tương quan tốt, chỉ có sự chênh lệch nhỏ từ 5% - 10% trong nội năng và động năng của xe”.

❖ C. Sai Kiran, J. Sruthi, S. Chandrahas Balaji, "Design and Crash Analysis of a Passenger Car using ANSYS Workbench", CVR College of Engineering Department, India, 2017.

<b>Tóm tắt: “Bài báo sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn để mô phỏng va </b>

chạm trực diện trên ô tô trong hai trường hợp: va chạm với tường, va chạm với ô tô khác. Việc mô phỏng thực hiện trên phần mềm ANSYS dựa trên 3D LS-DYNA với mục tiêu để hiểu cách cấu trúc thân xe biến dạng trong một tai nạn va chạm, đánh giá mức độ an tồn và khả năng chống va chạm của ơ tơ. Thân xe ô tô được làm từ nhôm. Kết quả cho thấy biến dạng tối đa trong cấu trúc ô tô khi va chạm với ô tô khác và với tường đều nằm trong giới hạn cho phép. Kết luận được rằng hành khách được an toàn khi xảy ra va chạm”.

<b>1.2. Tính cấp thiết của đề tài </b>

Hiện nay ô tô là phương tiện giao thông rất phổ biến và khơng cịn xa lạ gì với hầu hết người dân Việt Nam nói riêng và cả Thế giới nói chung. Tỉ lệ gia đình sở hữu ơ tơ đang gia tăng dẫn đến mật độ giao thông tăng cao, việc xảy ra va chạm là điều không thể tránh khỏi. Điều này khiến các hãng xe phải có biện pháp an toàn cho người lái và tăng cường khả năng chịu va đập của xe, nhưng việc thử nghiệm thực tế về va chạm để thu thập số liệu thì tốn rất nhiều chi phí, thời gian, nhân lực. Với sự phát triển của khoa học máy tính, một phương pháp khác có thể giúp giảm thiểu bớt về thời gian và chi phí bỏ ra đó là mô phỏng va chạm trên các phần mềm. Mô phỏng va chạm giảm thiểu bớt số lần kiểm nghiệm thực tế, tuy nhiên khơng thể thay thế hồn tồn. Cần có bước thực nghiệm để kiểm tra lại kết quả mơ phỏng.

Việc nghiên cứu q trình mơ phỏng va chạm ô tô là rất quan trọng trong lĩnh vực an tồn giao thơng. Theo thống kê của tờ báo điện tử VTV trong 6 tháng đầu năm 2023 xảy ra 4,906 vụ tai nạn giao thơng trong đó số vụ do ô tô gây ra chiếm hơn 35%. Đa phần va chạm

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

4 xảy ra là va chạm trực diện giữa các xe. Vì vậy ta thấy va chạm trực diện là một trong những va chạm nguy hiểm nhất và có thể gây ra thương tích nghiêm trọng cho tài xế và hành khách. Hiểu được cách mà các ô tô va chạm trực diện với nhau có thể giúp chúng ta tìm ra các giải pháp để giảm thiểu tai nạn giao thông và cải thiện an toàn cho người lái xe và hành khách. Ngồi ra, việc mơ phỏng va chạm trực diện ơ tơ cũng có thể giúp chúng ta tối ưu hóa thiết kế các phương tiện giao thơng và cải thiện hiệu suất của chúng.

Nhóm chúng em tập trung tìm hiểu về xe Honda cụ thể hơn là Honda Accord. Từ đó có thể mơ phỏng và thu thập số liệu. Mục tiêu trong đồ án này của nhóm em gồm:

- Tìm hiểu được phần mềm Hyperworks.

- Tìm hiểu được phương pháp phần tử hữu hạn. - Xây dựng được mơ hình xe Honda Accord. - Thiết lập được bài tốn và mơ phỏng va chạm. - Thu thập đồ thị, số liệu sau mô phỏng.

- Nhận xét kết quả và đưa ra hướng phát triển của đề tài.

<b>1.4. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu: </b>

Để thực hiện đồ án đạt kết quả tốt nhất, nhóm em đã trang bị những phương pháp nghiên

- Phương pháp phân tích và tổng hợp: tìm kiếm và tổng hợp lý thuyết, tài liệu về phần mềm, video trên internet, cũng như tham khảo ý kiến từ giáo viên hướng dẫn, từ đó xác định mục tiêu nghiên cứu.

- Phương pháp dịch thuật: nghiên cứu tài liệu nước ngoài, bài báo ngoài nước. - Phương pháp thu thập số liệu: tham khảo, thu thập số liệu, kết quả từ các bài báo

nghiên cứu khoa học, luận án.

- Phương pháp xây dựng mơ hình xe Honda Accord và mơ phỏng va chạm trên phần mềm Hyperworks.

<b>Phạm vi nghiên cứu: </b>

<b>- Đề tài thực hiện va chạm trực diện với vận tốc 56 km/h dựa theo tiêu chuẩn NHTSA. </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

5 - Mô phỏng va chạm trực diện của khung xe với đối tượng là bức tường được coi như

<b>cứng tuyệt đối. </b>

- Đề tài mơ phỏng va chạm sử dụng mơ hình xe khơng trang bị các hệ thống an tồn như túi khí, dây đai. Ngồi ra mơ hình xe đã được đơn giản hoá nhiều chi tiết như tay nắm cửa, gương chiếu hậu…Với mục đích tiết kiệm thời gian mơ phỏng, cân

<b>bằng tài nguyên máy tính, tăng độ hội tụ bài toán. </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<b>CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT </b>

<b>2.1. Giới thiệu về phương pháp tính tốn bằng phần tử hữu hạn<small> [1]</small> </b>

Phương pháp tính tốn bằng phần tử hữu hạn (FEM) là một phương pháp tính tốn số để giải quyết các vấn đề liên quan đến cơ học kết cấu, nhiệt độ và dòng chảy. Phương pháp này chia các vật thể phức tạp thành các phần tử nhỏ hơn, sau đó giải quyết các phương trình tốn học để tính tốn các giá trị của các biến trong mỗi phần tử. Kết quả của các phần tử này được kết hợp để tính tốn các giá trị của các biến trong toàn bộ vật thể.

Phương pháp phần tử hữu hạn chỉ tìm giá trị trên mỗi phần tử (miền con) của hàm. Các phần tử này được chia ra từ một miền xác định A và chúng liên kết với nhau tại các điểm trên biên của miền con được gọi là “nút”. Các giá trị cần tìm của bài tốn (ẩn số cần tìm) được gọi là bậc tự do và được thể hiện qua các giá trị của đạo hàm.

Nguyên tắc chia miền thành các miền nhỏ.

- Việc chia miền A thành các phần tử Ai phải đáp ứng theo quy tắc sau:

+ Điểm chung của hai phần tử khác nhau chỉ được nằm trên biên của chúng.

+ Tất cả miền con Ai phải tạo thành một miền càng bằng miền A cho trước càng tốt. + Chia miền khơng được có lỗ rỗng giữa các phần tử.

Biên của các miền con là các điểm (nút), đường hoặc các mặt phẳng.

<i>Hình 2. 1 Các dạng biên chung của các phần tử </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

7 - Phần tử 1 chiều:

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

8 đoán được tác động của các phần đơn giản này từ đó có thể đưa ra phân tích chính xác phản ứng của phần tử phức tạp.

Xác định các điều kiện biên: độ dày của vật liệu và các lực. Các điều kiện biên được xác định để giải quyết các phương trình tốn học.

Là phân tích các phần tử hữu hạn. Một số phần mềm thường dùng như “Ansys, RADIOSS, Abaqus….” Cơng cụ xử lí sẽ lấy thông tin từ tập tin được tạo ra ở bước 1 trong Hyperworks để tính tốn. Kết quả đưa ra sẽ bao gồm: chuyển vị, gia tốc, biến dạng và ứng suất…

The National Highway Traffic Safety Administration viết tắt là NHTSA là cục cơ quan An tồn giao thơng quốc gia thành lập năm 1970 với mục đích cải thiện an tồn giao thơng đường bộ bằng các bài thử nghiệm thực tế trên ô tô để xác định mức độ thiệt hại khi xảy ra va chạm.

NHTSA đưa ra các tiêu chuẩn về khả năng chịu va đập, là khả năng bảo vệ người lái và hành khách trong trường hợp xảy ra va chạm của phương tiện đó. Những tiêu chuẩn này bao gồm yêu cầu về bảo vệ người ngồi, yêu cầu về cấu trúc phương tiện và các công nghệ tránh va chạm. NHTSA cũng tiến hành các thử nghiệm va chạm thực tế để có thể đưa đánh giá hiệu suất an toàn của các phương tiện và gán xếp hạng về mức độ an tồn của phương tiện đó dựa trên kết quả thu được. Các tiêu chuẩn và xếp hạng được thiết kế để giúp người tiêu dùng đưa ra quyết định thông minh khi mua một phương tiện và khuyến khích các nhà sản xuất cải thiện an tồn của các phương tiện của họ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

9 Ngoài ra, NHTSA cũng đưa ra các khuyến cáo và hướng dẫn về an tồn giao thơng, bao gồm sử dụng dây an tồn, túi khí và các thiết bị an toàn khác trong phương tiện sao cho đúng cách. Cơ quan này cũng đưa ra các lời khuyên về việc lái xe an toàn, bao gồm việc giữ khoảng cách an toàn với các phương tiện khác, tuân thủ tốc độ giới hạn và tránh lái xe khi mệt mỏi hoặc bị ảnh hưởng bởi chất kích thích. NHTSA cũng thường xuyên cập nhật các tiêu chuẩn và hướng dẫn của mình để đảm bảo rằng các phương tiện mới nhất đáp ứng được các yêu cầu an toàn cao nhất.

Các bài kiểm tra của NHTSA bao gồm:

- Va chạm trực diện phía trước: xe sẽ di chuyển với tốc độ cố định là 56km/h có 2 hình nộm ngồi bên trong và đeo dây an toàn. Cho đâm thẳng vào rào chắn và lấy kết quả từ mức động tổn thương mà người nộm phải chịu để quyết định kết quả thử nghiệm

- Thử nghiệm va chạm bên hông: đặt 2 hình nộm một phía ghế lái và phía sau cũng thắt đầy đủ dây an toàn và cho va chạm bên hơng phía ghế lái với vật có tốc độ 62km/h. Lấy mức độ tổn thương lên phần đầu, ngực, cổ và xương chậu để đưa ra quyết định kết quả.

- Thử nghiệm lật đổ: xe có 5 người ngồi bên trong và cho di chuyển trên địa hình phức tạp, và thay đổi. Đo đạt các thông số và nếu 2 lốp cùng 1 bên nếu xe bị nâng lên ít nhất 5,1cm so với mặt đường thì được cho là có nguy cơ bị lật.

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

<i>Hình 2. 5 Thử nghiệm va chạm trực diện của NHTSA </i>

<b>2.2.2. Tiêu chuẩn Euro NCAP </b>

Euro NCAP (European New Car Assessment Programme) được thành lập vào năm 1997 bởi hịng thí nghiệm Nghiên cứu Giao thơng của bộ giao thơng Anh Quốc và có trụ sở tại Brussels, Bỉ.

Euro NCAP đánh giá các mẫu xe mới trên thị trường châu Âu và cung cấp thơng tin tính năng an toàn của chúng đến người tiêu dùng.

Các tiêu chuẩn đánh giá bao gồm: khả năng bảo vệ người lái và hành khách, tính năng hỗ trợ lái xe, hệ thống phanh tránh va chạm và tính năng an toàn cho người đi bộ.

Cụ thể hơn là Euro NCAP đánh giá các mẫu xe bằng cách sử dụng thang đánh giá 5 sao.

- 1 sao là xe gần như không thể bảo vệ người trong xe khi va chạm. - 2 sao xe có hệ suất nhỏ nhất và thiếu hệ thống tránh va chạm. - 3 sao xe có hiệu suất trung bình và thiếu hệ thống tránh va chạm.

- 4 sao xe có hiệu suất tốt và có thể có hoặc khơng có hệ thống tránh va chạm. - 5 sao là xe có hiệu suất tổng thể tốt nhất và được trang bị các cơng nghệ an tồn.

hàng đầu.

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

11 Xe muốn đạt được mức đó thì phải đáp ứng được các tiêu chuẩn khắc khe bao gồm: - Bảo vệ người lái và hành khách: Xe phải đáp ứng được các tính năng bảo vệ như

túi khí, dây an tồn, hệ thống giảm chấn va đập, và khung xe phải đảm bảo chắc chắn để giảm thiểu tối đa chấn thương cho người bên trong.

Tiêu chuẩn này bao gồm:

Thứ nhất là va chạm trực diện phía trước giống với NHTSA và IIHS.

Thứ hai là va chạm bên hông xe.

Vật cản được sử dụng có chiều dài 500mm và rộng 1,500mm chuyển động với tốc độ 50km/h va chạm thẳng vào bên hơng xe.

<i>Hình 2. 6 Thử nghiệm va chạm trực diện của Euro NCAP </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

<i>Hình 2. 7 Thử nghiệm va chạm bên hơng của Euro NCAP </i>

- Tính năng hỗ trợ lái xe: Mẫu xe phải có các tính năng hỗ trợ lái như hệ thống cảnh báo va chạm, hệ thống giữ làn đường, hệ thống cảnh báo mất tập trung.

<i>Hình 2. 8 Tính năng an toàn cho người đi bộ </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

13 - Tính năng an tồn cho người đi bộ: xe phải đảm bảo có các đặc điểm như hệ thống cảnh báo với chạm với người đi bộ, xe được thiết kế sao cho đảm bảo giảm tối thiểu chấn thương trong trường hợp xảy ra va chạm với người đi bộ.

- Hệ thống phanh và an tồn tránh va chạm: xe phải đảm bảo có hệ thống phanh khẩn cấp, hệ thống phanh tự động và hệ thống tránh va chạm và hệ thống cân bằng điện tử để giảm thiểu tối đa nguy cơ tai nạn.

Và các kết quả đánh giá sẽ được Euro NCAP công bố công khai và được sử dụng để đánh giá mẫu xe trên thị trường giúp cho người tiêu dùng có thể đưa ra quyết định tốt nhất khi mua xe.

<b>2.2.3. Tiêu chuẩn IIHS </b>

Insurance Institute for Highway Safety (IIHS) là một tổ chức nghiên cứu và thử nghiệm xe hơi tại Hoa Kỳ. Được thành lập năm 1959 có trụ sở tại Arlington, Virginia, Hoa Kỳ. Nhiệm vụ của tổ chức này là Nghiên cứu và đánh gia tính an tồn của các loại xe hơi.

Các tiêu chí đánh giá bao gồm:

- Đánh giá va chạm: IIHS thử nghiệm các tính năng an tồn qua các tình huống va chạm khác nhau, bao gồm va chạm trước, va chạm bên hông, va chạm sau đuôi xe. Các xe được đánh giá dựa trên khả năng bảo vệ người lái và hành khách khi va chạm xảy ra.

- Đánh giá tính năng an tồn: Như hệ thống phanh, hệ thống lái, khung xe và túi khí. Đánh giá dựa trên khả năng bảo vệ người bên trong xe trong tình huống nguy hiểm. - Đánh giá ánh sáng: là đánh giá các loại đèn trên xe hơi như đèn pha, đèn hậu, đèn

xi-nhan… Các loại đèn được đánh giá dựa trên mức độ chiếu sáng và độ phân giải của chúng.

Các loại xe được đánh giá theo cấp bậc tốt và không tốt và được phân loại teo các danh hiệu “Top Safety Pick” và “Top Safety Pick+”. Các tiêu chuẩn này được trao cho các mẫu xe đạt mức độ an toàn cao nhất trong các thử nghiệm của IIHS.

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

<i>Hình 2. 9 Thử nghiệm va chạm bên hơng của IIHS </i>

<b>2.3. Giới thiệu phần mềm Altair HyperWorks <small>[3]</small></b>

Chức năng chính: Phạm vi ứng dụng của phần mềm Hyperworks cực kỳ đa dạng, liên quan tới các bài tốn mơ phỏng, điển hình là phân tích tuyến tính tĩnh, phân tích động lực học, phân tích nhiệt, phân tích va chạm, phân tích rung ồn…Trong đồ án lần này, nhóm sử dụng phần mềm Hyperworks để phân tích va chạm của xe.

Khởi động phần mềm: Vào start menu → all program → chọn Altair hyperworks hoặc có thể click đúp chuột vào biểu tượng phần mềm ( ) trên màn hình máy tính.

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

<i>Hình 2. 10 Màn hình giao diện hyperworks </i>

- Mở một file có sẵn. - Tạo một file mới. - Lưu một file đã làm.

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

<b>Các panel lệnh trong hyperworks. </b>

<b>Trong Hyperworks panel có các bố trí sau: </b>

<i>Hình 2. 12 panel cơ bản </i>

<i>Hình 2. 13 Panel chứa các panel phụ và có mục tự chọn </i>

<i>Hình 2. 14 Thanh cơng cụ Standard Views </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

<i>Hình 2. 15 Thanh cơng cụ View Controls </i>

<b>Thao tác với chuột. </b>

Phím chuột trái:

<b>- Để xoay vật thể: nhấn tổ hợp phím Ctrl kết hợp phím trái chuột để xoay. </b>

<b>- Tuỳ chỉnh tâm quay: nhấn tổ hợp phím Ctrl kết hợp nhấn chuột trái vào vật thể. </b>

Con lăn giữa chuột:

<b>- Phóng to/thu nhỏ vật thể: nhấn tổ hợp phím Ctrl kết hợp lăn con lăn. </b>

lăn.

<b>- Phóng to vật thể ở một vị trí bất kỳ: Nhấn tổ hợp phím Ctrl kết hợp giữ và di chuyển </b>

con lăn vào vị trí đó. Phím chuột phải.

<b>- Dịch chuyển vật thể theo phương bất kỳ: Nhấn tổ hợp phím Ctrl kết hợp giữ và di </b>

chuyển phím phải chuột để dịch chuyển.

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

18 Có thể sử dụng để hiển thị hoặc không hiển thị các đối tượng được chọn.

<b>- Không hiển thị các đối tượng đã lựa chọn: MASK. </b>

<b>- Ẩn các đối tượng đang hiển thị và hiển thị các đối tượng bị ẩn: REVERSE. - Hiển thị các đối tượng bị ẩn nằm liền kề: UNMASK ADJACENT. </b>

<b>- Hiển thị toàn bộ các đối tượng đang bị ẩn: UNMASK ALL. </b>

<b>- Không hiển thị các đối tượng nằm ngoài phạm vi quan sát: MASK NOT SHOWN. - Thực hiện thao tác chỉ trong khu vực đã được chọn: SPHERICAL CLIPPING. - Xác định các đối tượng (đi kèm với ID number): FIND. </b>

<b>- Hiển thị ID number của đối tượng (phần tử, node…): DISPLAY NUMBER. - Hiển thị phần tử: DISPLAY ELEMENT HANDLES. </b>

<b>- Hiển thị kí hiệu về các lực, tải trọng được thiết lập (điều kiện biên): DISPLAY </b>

<b>LOAD HANDLES. </b>

<b>- Hiển thị các điểm cố định: DISPLAY FIXED POINTS. </b>

<b>Model Browser. </b>

Là công cụ dùng để điều khiển các chế độ hiển thị của mơ hình.

<i><b>Hình 2. 16 Các chức năng điều chỉnh hiển thị mơ hình </b></i>

- Hiển thị mơ hình: Geometry . - Hiển thị phần tử: Element .

- Biến đổi màu sắc: Nhấn chuột phải vào màu để thay đổi.

<b>Sắp xếp dữ liệu trong HyperWorks. </b>

</div>