Tính tốn mơ phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ơtơ
1
GVHD:TS.VŨ CƠNG HỒ SV TH:Cơng Duyệt&Trung Ngun

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MÔN CƠ KỸ THUẬT
o0o

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG,TỐI ƯU KHUNG DẦM
TRƯỚC TR LỰC TRONG ÔTÔ



GVHD: ThS. Vũ Cơng Hòa
SVTH: Đinh Cơng Duyệt ( K0404109)
Nguyễn Trung Ngun (K0404398)

Tp HCM, Tháng 6/2009



NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
Nhiệm vụ chính của đề tài là nghiên cứu cơng việc thay thế thanh dầm trợ lực hiện tại bằng thiết
kế tốt hơn,sử dụng vật liệu tổng hợp thay thế cho thép và tìm hiểu ảnh hưởng của thanh dầm lên
động học khoang lái và tổn hại tới khoang người lái.Ý tưởng cơ bản của đề tài là thay thế vật liệu
thép hiện thời bằng vật liệu tổng hợp,làm tăng năng lượng hấp thu sau va chạm, làm giảm lực tác
dụng, giảm tác động tới cabin lái, và tất cả chấn động tới xe.Cố gắng làm giảm khối lượng xe mà

khơng ảnh hưởng tới độ an tồn của khoang lái.




Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
2
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên


LỜI CÁM ƠN

Chúng em xin cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn đã tạo điều kiện để chúng em thực hiện luận
văn này.Đặc biệt em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn Vũ Công Hoà đã tận tình
chỉ bảo,góp ý,hướng dẫn chúng em hoàn thành luận văn tốt đẹp.
Chúng tôi cũng gửi lời cảm ơn tới các bạn trong lớp đã chia sẽ những kinh nghiệm,đóng góp ý
kiến,giúp đỡ chúng tôi làm luận văn
Do thời gian thực hiện giới hạn nên có thể luận văn còn nhiều thiếu xót,nhưng đó cũng là những
nỗ lực áp dụng những kiến thức đã học vào đề tài,mong quý thầy cô đánh giá ghi nhận sự nỗ lực
của chúng em.
Một lần nữa chúng em gửi lời cảm ơn tới quý thầy cô!



Người thực hiện: Nguyễn Trung Nguyên
LỚp KU04BCKT
Email:
Skype: trungnguyenbkhcm









Tài liệu tham khảo
1.Cơ học lý thuyết-Đỗ Sanh
2.Vật liệu kỹ thuật-Nguyễn Văn Dân,Nguyễn Ngọc Hà,Trương Văn Trường
3.Sức bền vật liệu-Đỗ Kiến Quốc,Nguyễn Thị Hiền Lương,Bùi Công Thành,Trần Tấn Quốc
4.Impact on composite structures-Cambride University Press
5. Environmental and Social Impact Assessment / Frank Vanclay, Daniel A. Bronstein
6. Environment Impact Assessment - Theory and Practice/Peter Wathern
7.Ansys-Lsdyna user’s guide
8. Giải bài toán cơ kỹ thuật bằng chương trình ANSYS-Gs.Ts Nguyễn Văn Phái,
Ts.Trương Tích Thiện,Ths.Nguyễn Tường Long,Ths Nguyễn Định Giang
9. Tính kết cấu bằng phần mền ANSYS –TS.Vũ Quốc Anh,th.s PHạm Thanh Hoan
10.LsDyna theory
11.Thiết kế sản phẩm với CaTia P3V5-Nguyễn Trọng Hữu
12.Catiatutor.com
13. -Diễn dàn cơ khí,tự động công nghiệp Việt Nam
14.
15.
16.
17.
Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
3
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên








MỤC LỤC
TRANG
Trang bìa i
Nhiệm vụ luan văn ii
Lời cảm ơn iii
Tóm tắt iv
Mục lục v
Danh sách hình vẽ ix
Danh sách bảng biểu xiv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tầm quan trọng của luận văn
1.2 Phương pháp tính toán
1.3 Các Tiêu chuẩn kiểm tra
1.3.1 Tiêu chuẩn IIHS
1.3.2 Tiêu chuẩn FMVSS 208
1.3.3 Tiêu chuẩn NCAP
1.4 Phương pháp kiểm tra
1.4.1 Kiểm tra chuẩn tĩnh
1.4.2 Kiểm tra va chạm
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
4
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên

2.1 Sự chống va chạm

2.2 Vật liệu composite trong sự chống va chạm
2.3 Kiểu va chạm và cấu trúc
2.3.1 Kiểu sự cố bất ngờ
2.3.2 Kiểu phá hỏng dần
2.3.3 Kiểu phân mảnh và cắt ngang
2.3.4 Kiểu chệch đầu nối hay sự uốn bản mỏng
2.3.5 Sự gãy giòn
2.3.6 Mất ổn định cục bộ và sự uốn dần
2.4 Lý thuyết va chạm
2.4.1 Định nghĩa
2.4.2 Các đặc điểm của quá trình va chạm
2.4.3 Các định lý tổng quát của động lực học áp dụng vào va chạm
2.5 Vật liệu composite trong thanh dầm phía trước ôtô
2.5.1 Công việc liên quan trong thanh ngang phía trước xe hơi
2.5.2 Vật liệu composite
2.6 Thuật toán va chạm tiếp xúc
2.6.1 Giới thiệu
2.6.2 Phương pháp ràng buộc động học
2.6.3 Phương pháp hàm phạt
2.6.4 Phương pháp tham số phân tán
2.6.5 Thuật toán bề mặt tiếp xúc đơn trong LS-DYNA

Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
5
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN KHUNG DẦM
TRỢ LỰC TRƯỚC
3.1 Điều khiển năng lượng.
3.2 Hệ thống năng lượng hấp thụ cho sự va chạm.

3.3 Mô hình từng đoạn của thanh trợ lực.
3.4 Tính toán va chạm xe sử dụng mô hình từng đoạn trong thí nghiệm
va chạm trực diện với vật cản cứng
3.5 Mô hình dầm trợ lực composite
3.5.1 Phần tử hữu hạn thanh dầm composite
3.5.2 Đặc điểm mô hình composite
3.6 Giới hạn nghiên cứu trong thanh
3.6.1 Sự định hướng
3.6.2 Bề dày
3.6.3 Vật liệu.
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA KHUNG DẦM
TRƯỚC XE HƠI
4.1 Tiêu chuẩn FMVSS 208
4.1.1 Sự mô phỏng LSDYNA
4.1.2 Mô phỏng thanh dầm sợi cácbon
4.1.3 Mô phỏng thanh dầm sợi thủy tinh
4.1.4 Kết quả và thảo luận
4.2 Mô hình hóa trong Catia (BMW serie 3)
4.3 Mô hình hoá xe BMW serie 3 trong catia
Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
6
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên

4.3.1 Xây dựng mô hình xe từ các hình chiếu xe.
4.3.2 Tạo body cho xe
4.3.3 Tạo khung xe
4.4 Tính toán mô phỏng va chạm xe
4.5 Kết quả
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG MỞ RỘNG ĐỀ TÀI















DANH SÁCH HÌNH VẼ
HÌNH ẢNH TRANG
CHƯƠNG 1
Hình 1.1: Dầm trợ lực phía trước ôtô
Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
7
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên

Hình 1.2: Vị trí dầm trợ lực phía trước ôtô
Hình 1.3: Mô phỏng với LS-DYNA
Hình 1.4: Kiểu dầm mô hình nguyên bản
Hình 1.5:Bốn phần của thanh dầm kiểu nguyên bản
Hình 1.6: Va chạm lệch phía trước được kiểm tra ở vận tốc 64Km/h
Hình 1.7:Va chạm nguyên phần đầu xe được kiểm tra ở vận tốc 56Km/h
CHƯƠNG 2
Hình 2.1: Các kiểu va chạm trong va chạm ôtô
Hình 2.2: Kiểu phá hủy phân mảnh

Hình 2.3: Kiểu phá hủy chệch đầu nối
Hình 2.4: Kiểu phá hủy vết nứt giòn.
Hình 2.5: Cấu trúc phía trước bằng composite
Hình 2.6: Dựa vào thí nghiệm thiết lập và theo dõi va chạm
Hình 2.7: Trục va chạm của ống composite hỗn hợp
Hình 2.8: Năng lượng đặc biệt của các vật liệu khác nhau
Hình 2.9: Nút của bề mặt lướt chính chỉ định với " x " được xem là
như nút bề mặt tự do trong phương pháp ràng buộc nút
Hình 2.10:Tham khảo và bị móp méo cấu hình
CHƯƠNG 3
Hình 3.1: Hệ thống hấp thụ năng lượng trong va chạm
Hình 3.2: Mô hình thanh dầm trợ lực ban đầu.
Hình 3.3:Thanh dầm trợ lực phân đoạn
Hình 3.4: Mô hình thanh dầm trợ lực với từng đoạn bằng thép khác nhau.
Hình 3.5: Xe với mô hình thanh dầm trợ lực phân đoạn
Hình 3.6: Chuổi hình ảnh va chạm trong kiểu phân đoạn
Hình 3.7: So sánh chuyển vị của xe với 2 mô hình
Hình 3.8: So sánh năng lượng hấp thụ của xe với 2 mô hình
Hinh 3.9: Đồ thị đường cong lực-chuyển vị.
Hình 3.10: Lực và chuyển vị từ những hướng khác nhau
CHƯƠNG 4
Hình 4.1: Sự biến dạng trong thanh dầm sợi cacbon
Hình 4.2: Sự biến dạng trong thanh dầm sợi thủy tinh
Hình 4.3: Chuyển vị của xe
Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
8
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên

Hình 4.4: Năng lượng bên trong của thanh dầm
Hình 4.5: Lực và chuyển vị của thanh dầm mô hình kiểu nguyên bản

Hình 4.6: Biểu đồ so sánh gia tốc trọng tâm của sợi thủy tinh,sợi cacbon
và thép trong mô hình kiểu nguyên bản
Hình 4.7: Gia tốc của xe
Hình 4.8: Năng lượng bên trong của thanh dầm
Hình 4.9: Lực và chuyển vị của kiểu phân đoạn
Hình 4.10: Biểu đồ so sánh gia tốc trọng tâm của sợi thủy tinh,
sợi cacbon và thép trong kiểu phân đoạn
Hình 4.11,12,13,14: Xe BMW serie 3
Hình 4.15: hình chiếu cạnh xe BMW serie 3
Hình 4.16: hình chiếu trước xe BMW serie 3
Hình 4.17: Hình chiếu sau BMW serie 3
Hình 4.18: Hình chiếu bằng xe BMW serie 3
Hình 4.19: Tạo các mặt có kích thước bằng kích thước xe
Hình 4.20: Áp vật liệu ,gán hình chiếu.
Hình 4.21: Gán hình chiếu cạnh.
Hình 4.22: Gán 4 hình chiếu xe cho 4 mặt
Hình 4.23: Đường cong 3D xe
Hình 4.24: Tạo bề mặt
Hình 4.25, 26: Body xe BMW serie 3
Hình 4.27: Khung xe
Hình 4.28: Mô hình khung xe.
Hình 4.29: Body và Khung
Hình 4.30: Khung xe đơn giản
Hình 4.31: Mô hình xe trong Ansys
Hình 4.32: Định nghĩa phần tử
Hình 4.33: Hằng số
Hình 4.34: Nhập vật liệu
Hình 4.35: Vật liệu composite
Hình 4.36: Vật liệu cho tường.
Hình 4.37: Chia lưới

Hình 4.38: tạo component
Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
9
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên

Hình 4.39: Mô phỏng va chạm
Hình 4.40: ứng suất Von Mises
Hình 4.41: chuyển vị
Hình 4.42: chuyển vị
Hình 4.43:chuyển vị kiểu phân đoạn composite
Hình 4.44:ứng suất mô hình nguyên bản
Hình 4.45:Ứng suất kiểu từng đoạn composite
Hình 4.46 :Chuyển vị mô hình nguyên bản
Hình 4.47: chuyển vị kiểu phân đoạn composite
Hình 4.48:ứng suất va chạm offset kiểu nguyên bản
Hình 4.49: ƯS kiểu phân đoạn composite
Hình 4.50: Chuyển vị kiểu nguyên bản
Hình 4.51:chuyển vị kiểu phân đoạn composite
Hình 4.52 :ứng suất kiểu nguyên bản
Hình 4.53:ứng suất kiểu phân đoạn composite
Hình4.54: chuyển vị kiểu nguyên bản
Hình 4.55:chuyển vị kiểu phân đoạn composite
Hình 4.56:chuyển vị kiểu phân đoạn composite
Hình 4.57:ứng suất mô hình nguyên bản
Hình 4.58:Ứng suất kiểu từng đoạn composite
Hình 4.59 :Chuyển vị mô hình nguyên bản
Hình 4.60: chuyển vị kiểu phân đoạn composite
Hình 4.61:ứng suất va chạm offset kiểu nguyên bản
Hình 4.62: ƯS kiểu phân đoạn composite
Hình 4.63: Chuyển vị kiểu nguyên bản

Hình 4.64:chuyển vị kiểu phân đoạn composite
Hình 4.65 :ứng suất kiểu nguyên bản
Hình 4.66:ứng suất kiểu phân đoạn composite
Hình4.67: chuyển vị kiểu nguyên bản
Hình 4.68:chuyển vị kiểu phân đoạn composite
CHƯƠNG 5

Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
10
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên













DANH SÁCH BẢNG BIỂU

BẢNG TRANG
CHƯƠNG 1
CHƯƠNG 2
Bảng 2.1.Năng lượng hấp thụ cụ thể của các vật liệu composite
Bảng 2.2:Đặc tính vật lý của các kiểu sợi khác nhau

Bảng 2.3:Đặc tính cơ học của hệ thống chất dẽo
CHƯƠNG 3
Bảng 3.1:Thuộc tính Carbon/Epoxy
Bảng 3.2:Sự tối ưu của thanh dầm composite phía trước ôtô
Bảng 3.3:Đặc tính sợi thủy tinh Epoxy
CHƯƠNG 4
Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
11
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên

Bảng 4.1:Năng lượng hấp thụ của mô hình cổ điển ở vận tốc 48 Km/h
Bảng 4.2:Năng lượng hấp thụ của kiểu phân đoạn ở vận tốc 48 Km/h
Bảng 4.3: Hằng số
Bảng 4.4:Hằng số cho vật liệu
Bảng 4.5:Vật liệu composite
Bảng 4.6:vật liệu cho tường dùng RIGID thép cứng tuyệt đối
CHƯƠNG 5


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tầm quan trọng của luận văn:
Khung dầm trước là bộ phận chịu tải trọng lực chính, thành phần chịu lực tác dụng chính
trong va chạm thẳng, va chạm nghiêng góc.Phần giữa thanh thường không có đồng nhất qua các
tiết diện, nơi bắt đầu những vết rạn nứt.Phần lớn thanh dầm có hình vuông, chữ nhật hay hình
ống số 8. Bốn thanh dọc có thể hấp thụ 70% lực va chạm biến dạng dẻo khi ôtô va đập.


Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
12
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên


Hình 1.1: Dầm trợ lực phía trước ôtô
Phân tích cấu trúc của khung thanh dầm trước ở ôtô bằng phương pháp phần tử hữu hạn
được ứng dụng rộng rãi trọng nền công nghiệp ôtô với sự hỗ trợ của máy tính
Xem thanh dầm trước ôtô như là một thành phần, điều này không chính xác so với thực tế
của xe.Bởi vì điều kiện biên phức tạp của xe thực sự va đập cấu trúc là một hệ phức tạp, việc
biểu diễn từng bộ phận là không cần thiết.Tuy nhiên,nói chung phương hướng và khả năng hấp
thụ lực va chạm là cơ sở để phân tích và thiết kế thanh dầm.




Hình 1.2: Vị trí dầm trợ lực phía trước ôtô
Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
13
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên


Hình 1.3: Mô phỏng với LS-DYNA
1.2 Phương pháp tính toán:
Sử dụng vật sợi tổng hợp làm tăng khả năng hấp thụ lực va đập, giảm chấn động, lực tác
dung tới buồng lái,giảm trọng lượng xe, tăng độ bền, độ cứng của xe
SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN
Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
14
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên


Những công việc cần làm trong đề tài:
Khung dầm trước xe


Mô hình gốc

Mô hình từng đoạn

Kết hợp cả hai mô hình dựa
vào kết quả thí nghiệm từ
NCAC


Mô hình t
ổng hợp

Giới hạn nghiên cứu khung dầm
tìm ra vật liệu, độ dày, sự định
hướng


FMVSS 208
NCAP
IIHS
Biến dạng và chuyển vị thu được
Giảm thiệt hại khoang người lái
Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
15
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên

- Bắt đầu với việc chia thanh dầm thành nhưng đoạn, modun với những độ cứng thép khác
nhau.
- Kết hợp 2 mô hình: mô hình gốc với mô hình từng đoạn.

- Mô hình vật liệu tổng hợp của thanh dầm
- Sau khi thay thế thanh dầm: vật liệu mới, lớp, sự định hướng, bề dày.Tìm cách tối ưu
làm cực đại khả năng bền.
- Kết hợp mô hình gốc với mô hình từng phần được mô phỏng dựa vào các tiêu chuẩn
kiểm định: FMVSS 208, NCAP, và IIHS.
- Sự hấp thu năng lượng và gia tốc được chú ý làm giảm trong các trường hợp.


Hình 1.4: Kiểu dầm mô hình nguyên bản

Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
16
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên



Part 1 Part2


Part 3 Part 4

Hình 1.5: Bốn phần của thanh dầm nguyên bản


Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
17
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên

1.3 Các Tiêu chuẩn kiểm tra:
1.3.1 Tiêu chuẩn IIHS

Sự thử hoàn toàn trực diện không chắc mà sử dụng hàng rào cứng rắn, Viện đường lối bảo
hiểm sự an toàn sử dụng một hàng rào biến dạng được cho sự phân tích tác động. Sự thử được
thực hiện với 40% bề ngang của xe với tốc độ 40 mph. Hàng rào biến dạng được, được làm
bằng tầng ong nhôm, hút một số năng lượng và 40% bề ngang của xe dẫn tới chuyển đổi của
toàn bộ tác động trên đúng một góc của xe. Kết quả là xe gãy nếp hơn và những sự thử như vậy
truyền đạt những vết thương nặng cho người sử dụng vì những xâm nhập lớn trong không gian
người sử dụng. Trong xe đến những sự cố của xe, nó không chắc rằng sẽ làm xe biến dạng trong
theo trục phương hướng, từ đây hàng rào biến dạng được với 40% bề ngang của xe đúng với
cuộc sống thực sự. Những hình nộm được ngồi trong ghế của người điều khiển và đằng trước cái
ghế hành khách (chỉ là cái ghế của người điều khiển trong tiêu chuẩn IIHS), và xe được gặp
hàng rào tại 64 Km/h (40 mph), để đo và ước lượng lực tác động trên cái đầu, ngực và chân của
hình nộm củng như để kiểm tra điều kiện biến dạng của xe. Sự thử này cho những lực đại diện
liên quan trong một cục bộ đâm vào nhau tiêu biểu cho hai xe cùng khối lượng mà đang chạy
với vận tốc 64 Km/h (40 mph). Vì một phần nhỏ cấu trúc chống đỡ lực của xe, tác động trên
hình nộm yếu hơn lực tác động trên suốt bề ngang của xe.Tuy nhiên có sự biến dạng thân thể xe
lớn hơn, làm cho nó trở nên thích hợp cho sự đánh giá của vết thương tiềm tàng gây ra bởi xâm
nhập tới người điều khiển xe.

Hình 1.6: Va chạm lệch phía trước được kiểm tra ở vận tốc 64Km/h


1.3.2 Tiêu chuẩn FMVSS 208
Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
18
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên

Tiêu chuẩn này chỉ rõ những yêu cầu thực hiện cho sự bảo vệ xe và những người sử dụng
trong những sự cố. Mục đích của tiêu chuẩn này sẽ giảm bớt số lượng người chết khi sử dụng xe
,và tính nghiêm trọng của những vết thương, bằng việc chỉ rõ sự cố,những yêu cầu của xe dưới
dạng lực và gia tốc được đo trên những hình nộm giống hình người trong những sự cố thử, và

bằng việc chỉ rõ những yêu cầu thiết bị cho tích cực và dạng bị động kiềm chế hệ thống.Tiêu
chuẩn này ứng dụng vào những xe khách, những xe hành khách vạn năng, vận tải và xe buýt.
Những xe khách (1-1-68): Vạt áo hay vòng dây và những đai an toàn cho mỗi vị trí ngồi
được chỉ định . Trừ trong những xe mui kéo được, sự bao phủ và đai an toàn được yêu cầu trong
mỗi mặt trước ở phía ngoài vị trí ngồi.
Những xe khách (1-1-72), xe hành khách đa dụng , xe buýt và xe tải Những tùy chọn A
và B chỉ có xe khách (1-1-72), những xe hành khách đa dụng và xe vận tải với một trọng lượng
lớn khoảng 4536 Kg (10000 lbs) hay ít hơn, và xe buýt (chỉ cái ghế của người điều khiển) sẽ có :
A. Cung cấp hệ thống bảo vệ bị động, hoặc
B. Vòng lưng , dây lưng cảnh báo đáp ứng đụng xe thử nghiệm với vận tốc yêu cầu khoảng
48 km/h (30 mph) , hoặc
C. Vòng lưng hoặc dây lưng và dây an toàn, chỗ dây cảnh báo; ở phía ngoài những cái ghế
sẽ có một nút ấn và một cái khóa khẩn cấp hay một cái khóa tự động để bung dây an toàn.
Những xe khách (1-1-73): những yêu cầu cũng như trên trừ trên chổ dựa sẽ có một cái banh
khóa khẩn cấp.
Những xe hành khách và những xe buýt đa dụng những xe tải (9-1-95): vòng chia của mỗi
dây an toàn trong mặt trên cái ghế hay một cái ghế mà có thể được điều chỉnh trên bề mặt sẽ có
một vòng chia an toàn mà nó có thể khóa được.
Mặt trước, ở phía ngoài tàu chỉ định ngồi những vị trí cho những xe khách vạn năng những
xe hành khách, những xe tải và những xe buýt như được liệt kê ở dưới với một trọng lượng xe to
lớn khoảng 3856 Kg (8500 lbs.) hay trọng lượng xe ít hơn 2495 Kg (5500. lbs.) hay ít hơn.
Những xe khách (9-1-86), những xe hành khách đa dụng, những xe tải và những xe buýt (9-
1-94): Sẽ gặp sự kiềm chế bị động pha trong những yêu cầu.
Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
19
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên

Những xe hành khách và những xe buýt đa dụng những xe tải (9-1-91): Sẽ gặp 48 km/h (30
mph) cấp tốc những yêu cầu thử với những đai lưng trở nên nhanh chóng.
Những xe khách (9-1-89), những xe hành khách và những xe tải đa dụng (9-1-97): Sẽ gặp

những yêu cầu kiềm chế bị động
Những xe khách, những xe hành khách đa dụng, những xe tải và những xe buýt (6-22-95
cho đến 9-1-2000) xe mà không có những cái ghế phía sau hay những cái ghế phía sau quá nhỏ
để điều tiết, một cái ghế dành cho trẻ em giáp mặt phía sau được có thể trang bị với một túi
không khí chuyển đổi điểm cắt cho túi không khí mặt trước bên phải hành khách phồng lên.
Những xe khách ( 9-1-96), xe hành khách đa dụng và những xe buýt,những xe tải. (9-1-
97): Sẽ gặp đúng pha yêu cầu của túi không khí.
Những xe khách (9-1-97), những xe hành khách đa dụng, những xe tải và những xe buýt
(9-1-98): Sẽ được trang bị với những cái túi không khí.
Những xe khách, xe hành khách đa dụng, xe tải và những xe buýt (2-25-97): Sẽ được trang
bị với một nhãn cảnh báo.
Xe khách, xe hành khách đa dụng, xe tải và xe buýt (3- 19-97): Cho điều kiện thử nghiệm
không buộc thắt lưng, những nhà sản xuất có tùy chọn để chứng nhận những xe sử dụng sự thử
xe trượt tuyết được chỉ rõ trong tiêu chuẩn chống lại vận tốc 48 Km/h (30 mph) xe đụng vào
hàng rào thử nghiệm.
Tất cả những vị trí ngồi được thiết kế xa tâm xe.
Những xe khách, trừxe mui kéo được (12-11-89), xe mui kéo được (9-1-91), xe hành
khách và những xe tải đa dụng với một trọng lượng xe to lớn khoảng 4536 Kg (10000 lbs) hay
ít hơn (9-1-91): Sẽ được trang bị thiết bị bao phủ và buộc chặt nguyên vai tại mỗi sự giáp mặt
phía trước, ở phía ngoài vị trí chỗ ngồi chỉ định.
1.3.3 Tiêu chuẩn NCAP
Chương trình định giá Ôtô mới NHTSA (NCAP) sử dụng một hàng rào cứng rắn và chiều
rộng của xe được đâm sầm vào hàng rào cứng rắn với vận tốc 35 mph. Từ chiều rộng trực diện
đầy đủ đâm vào nhau trong hàng rào cứng rắn sự biến dạng của xe có phần định nghĩa
mẫu.NHTSA và OSA hiện thời sử dụng thủ tục này cho va chạm tác động trực diện toàn bộ
Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
20
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên

chiều rộng của họ. NCAP của châu Âu và Úc sử dụng sự thử này cho đến 1997, khi họ chấp

nhận sự thử sự cố mầm trực diện hiện thực hơn, đã được dùng bởi IIHS trong nước Mỹ. Những
hình nộm được ngồi trong người điều khiển và đối diện cái ghế hành khách. Về sau, những nhà
nghiên cứu đo và ước lượng tác động trên cái đầu, ngực, và chân của hình nộm.Sự thử này cung
cấp những lực giảm tốc độ rất cao tới những hình nộm thử và đặc biệt được thỏa mãn cẩn thận
tới những sự đánh giá của hệ thống bảo vệ người sử dụng như những đai lưng và những cái túi
không khí. Ghi chú, tuy nhiên, thiệt hại tới bản thân xe thì không phải được đánh giá.

Hình 1.7: Va chạm nguyên phần đầu xe được kiểm tra ở vận tốc 56Km/h
1.4 Phương pháp kiểm tra:
Có nhiều phương pháp khác nhau mà ta có thể mang ra để kiểm tra:
1.4.1 Kiểm tra chuẩn tĩnh:
Trong kiểm tra chuẩn tĩnh, mẫu vật kiểm tra được đụng vào với một vận tốc cố định.
Kiểm tra chuẩn tĩnh có thể không là một sự mô phỏng thực tế của điều kiện va chạm bởi vì trong
điều kiện va chạm thực tế, cấu trúc phải chịu tốc độ va chạm gia tăng, từ tốc độ va chạm ban đầu
đến sự ngừng lại sau cùng.
Sau đây là một vài thuận lợi của kiểm tra chuẩn tĩnh:
- Kiểm tra chuẩn tĩnh đơn giản và dễ dàng để điều khiển.
- Sau quá trình va chạm, va chạm thử đòi hỏi dụng cụ rất đắt tiền, trong khi toàn bộ quá trình xảy
ra trong một phần của giây.Do đó kiểm tra chuẩn tĩnh sử dụng để nghiên cứu những máy hỏng
trong composite, được lựa chọn bởi một tốc độ va chạm thích hợp.
Điều bất lợi chủ yếu trong kiểm tra chuẩn tĩnh:
- Kiểm tra chuẩn tĩnh không có thể là mô phổng thật của điều kiện va chạm thực tế vì
Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
21
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên

vật liệu chắc chắn là tỷ lệ biến dạng chính xác.
1.4.2 Kiểm tra va chạm:
Tốc độ phá hủy gia tăng từ tốc độ va chạm ban đầu đến lúc dừng lại khi mẫu vật đã hấp
thụ năng lượng.

Điều thuận lợi của kiểm tra va chạm:
- Nó là một mô phỏng thật của điều kiện va chạm vì nó đưa vào phép tính toán tỷ lệ độ
nhạy áp lực của vật liệu.
Điều bất lợi của kiểm tra va chạm :
- Trong kiểm tra va chạm, quá trình va chạm xảy ra trong một phần của giây.Vì thế, nó
được đề nghị rằng va chạm phải được nghiên cứu bằng camera tốc độ cao.



CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Sự chống va chạm:
Sự chống va chạm của cấu trúc trong xe là khả năng của xe chống lại năng lượng va chạm
và để ngăn ngừa những vết thương của người sử dụng trong một tai nạn. Xe cộ ngày nay có khả
năng chịu đựng áp lực va chạm hơn bao giờ hết.Mặc dù vậy vẫn còn khoảng 30000 người chết
trong những tai nạn giao thông ở Mỹ hàng năm, hầu hết chúng xảy ra trong những vụ đâm vào
nhau.Xe phải được thiết kế sao cho, tại những tốc độ bậc cao những người sử dụng nó không trải
qua một mạng lưới giảm tốc lớn hơn 20g. Cấu trúc bảo vệ cần phải được thiết kế theo cách như
vậy làm cho cấu trúc xe như để hấp thụ năng lượng tác động lên người điều khiển xe, mà có thể
gây ra thương tổn nội tạng nghiêm trọng, đặc biệt làm chấn thương bộ não
Điều cần thiết cho việc gia tăng khả năng chịu đựng, thiết kế gọn hơn,yêu cầu sự phát triển
có hiệu quả hơn, hệ thống giảm xóc và bộ phận truyền động năng lượng tốt hơn.Khung phụ và
dầm ngang bên dưới cung cấp độ bền đáng kể cho thành phần dầm dọc bên dưới đầu xe để chịu
sức ép có hiệu quả.Họ cũng có thể sử dụng tải va đập chuyển động đến những đường không
được đúc của xe trong trường hợp lực ngang hay áp lực ngang, chúng đóng góp khả năng hấp
thụ năng lượng cao và hiệu quả.
Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
22
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên

Khả năng chịu đựng của vật liệu được biểu hiện trong điều kiện hấp thụ năng lượng đặc

biệt của nó, E
s
= S/D,ở đây D là tỷ trọng của vật liệu composite và S có nghĩa là ứng suất
nén.Để bảo vệ người sử dụng trong một vụ va chạm, một cấu trúc phải dựa vào tính bền và độ
cứng hơn nhiều với việc tối ưu.Hơn nữa,cấu trúc nên được sụp đổ trong một khu vực biến dạng
dễ phân biệt và giữ lực tốt bên dưới gia tốc nguy hiểm.Mặc dù vậy,khi lượng năng lượng hấp thụ
bằng với vùng bên dưới áp lực đường đàn hồi, hai tiêu chuẩn kể trên thì mâu thuẩn với nhau,vì
thế có nghĩa là nó không chỉ quan trọng để biết có bao nhiêu năng lượng được hấp thụ, mà còn
biết nó hấp thụ như thế nào …, lực quán tính chuyển từ điểm tác động sang bảng chống đỡ như
thế nào.Thành ra ,thêm vào đó để thiết kế cấu trúc có thể ổn định bền vững và cân bằng mỏi, cấu
trúc phải được thiết kế cho phép hấp thụ năng lượng lớn nhất trong suốt quá trình va chạm.
Hiện nay những va chạm ôtô xảy ra mỗi giờ trên khắp thế giới và đa số chúng đều rất
nguy hiểm. Kiểu va chạm tác động trực diện là một trong nhiều kiểu va cham khốc liệt
nhất.Hình 4 cho thấy sự so sánh số lượng của những kiểu va chạm khác khác liên quan.Nó cho
thấy tác động trực diện nhiều hơn mọi tác động khác.


Frontal Side-Impact Rollover Rear-Impact
Kiểu va chạm


51%



25%



15 %


9%
Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
23
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên

Hình 2.1: Các kiểu va chạm trong va chạm ôtô
2.2 Vật liệu composite trong sự chống va chạm:
Trong thiết kế xe cộ hiện đại ,vật liệu composite thì quan trọng hơn để giảm khối lượng
của cấu trúc, phần chính trong sử dụng động cơ đốt trong, giảm khí thải và cải tiến tỷ số tiêu hao
nhiên liệu.Mỗi ngày giá cả và nhu cầu sử dụng nhiên liệu gia tăng một cách ngẫu nhiên, thậm
chí sự phát ra của hóa chất từ khí thải ôtô làm ô nhiễm môi trường và gia tăng nhiệt độ toàn
cầu.Vật liệu composite giúp chúng ta trong việc giảm khối lượng cấu trúc do đó đem lại sự
giảm nhiên liệu sử dụng.
Composite là vật liệu được thiết kế để cung cấp độ cứng và độ bền đặc biệt cao (độ cứng và
độ bền được xác định bởi khối lượng riêng vật liệu), đó là cấu trúc hiệu quả cao, quan hệ với cấu
trúc vật đã được sử dụng trước đây.Trong vật liệu composite, độ cứng và độ bền được tạo ra bởi
cốt cường độ và modul cao.
Vật liệu composite cốt vi sợi được sử dụng rộng rải trong nhiều cấu trúc xe cộ vận tải khác
nhau bởi vì độ bền, modul cao và khả năng chịu lực cao của chúng.Nếu vật liệu composite được
ứng dụng vào xe cộ, nó thì được mong đợi rằng không chỉ khối lượng của xe được giảm mà còn
giảm độ ồn và dao động của xe.Khả năng để điều chỉnh vật liệu composite, thêm vào đó thuộc
tính độ cứng cao đến khối lượng và độ bền, đến hệ số trọng lượng,độ bền mỏi và độ bền chống rỉ
của chúng, làm cho chúng rất được quan tâm trong khả năng chống lại áp lực trong va chạm.
Để đạt tới khối lượng toàn bộ và cải thiện điều kiện kinh tế nhiên liệu của xe cộ, ngày
càng nhiều phần kim loại được thay thế bằng vật liệu dẽo composite.So sánh với kim loại, trong
sự nén, hầu hết vật liệu composite nhìn chung được sử dụng bởi đặt tính giòn hơn là đặt tính dẽo
khi chịu áp lực.Trong khi cấu trúc kim loại sụp đổ dưới sức ép hay áp lực bởi sự uốn và sự gấp
nếp nó bao gồm biến dạng dẽo tổng quát, vật liệu composite bị hỏng suốt một chuổi vết nứt
trong cơ cấu bao gồm sự gãy sợi, ma trận nứt và ma trận craking, ma trận sợi debonding, sự

phân lớp.Cấu trúc thực tế và chuỗi những nguy hiểm thì dựa vào rất nhiều hình dạng của cấu
trúc, sự định hướng của lớp mỏng, kiểu khởi động và tốc độ ép, tất cả chúng có thể là kiểu thiết
kế phù hợp để phát triển máy móc chống lại năng lượng cao.
2.3 Kiểu va chạm và cấu trúc:
2.3.1 Kiểu sự cố bất ngờ:
Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
24
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên

Kiểu sự cố bất ngờ thì không quan trọng để thiết kế cấu trúc bảo vệ.Loại sự cố này xuất hiện
bởi vì những trường hợp sau:
- Khi các lớp giữa không bền và có vết nứt lớn xuất hiện.
- Trong ống bao mỏng dài bởi vì cột không ổn định.
- Trong ống bao gồm sự tăng cường sợi giòn, khi một bó lớp mỏng không uốn cong hoặc bẻ gảy
làm cho lớp giữa đang bị nứt ít hơn bề dày của lớp.
Sự cố bất ngờ được đặc trưng bởi một sự tăng đột ngột trong áp lực tới một trị số đỉnh được
đi theo sau bởi cột bên dưới một tải trọng phá hủy.Kết quả là, sự to lớn của năng lượng thực tế
được hấp thụ ít nhiều và tải trọng tối đa quá cao để ngăn ngừa vết thương tới những người sử
dụng.
2.3.2 Kiểu phá hỏng dần:
Kiểu phá hỏng dần có thể đạt được bằng việc cung cấp một bộ kích hoạt tại một điểm
kết thúc của ống.Cái này bắt đầu một sự phá hỏng tại một vị trí đặc biệt bên trong cấu trúc. Đa
số phương pháp này được sử dụng rộng rãi và sự kích hoạt sẽ vát cạnh tại điểm kết thúc của cái
ống. Một số kích hoạt hình học như gốc nghiêng, đường rảnh và lỗ đã được kiểm tra trong
phòng thí nghiệm mẫu không dễ được sử dụng trong cấu trúc xe.
Sau đây là những lợi thế của kiểu phá hỏng dần trong việc thiết kế các cấu trúc có khả
năng hấp thụ năng lượng :
- Sự hấp thu năng lượng trong va chạm tiến bộ hơn nhiều so với sự
hấp thụ năng lượng trong sự cố bất ngờ.
- Một cấu trúc được thiết kế để phản ứng lại áp lực được tạo ra bằng năng lượng hấp

thụ của kiểu phá hỏng dần là cao hơn so với những cấu trúc được thiết kế để phản ứng lại áp
lực được tạo ra bằng năng lượng hấp thụ của sự cố bất ngờ.
Sau đây là những loại hình khác nhau của kiểu phá hỏng dần:
2.3.3 Kiểu phân mảnh và cắt ngang:
- Kiểu phân mảnh được đặc trưng bởi một mặt cắt mỏng dạng nêm với
một hay nhiều các lớp ngắn và vết rạn nứt dọc mà nó thành lập nên bộ
Tính toán mô phỏng tối ưu khung dầm trợ lực trước Ôtô
25
GVHD:TS.VŨ CÔNG HOÀ SV TH:Công Duyệt&Trung Nguyên

phận của những bó lớp mỏng .
- Ống gia cố sợi giòn trình bày kiểu phá hủy này
- Cơ chế hấp thụ năng lượng là những khe nứt của những bó lớp mỏng.
- Khi sự phân lớp xuất hiện, chiều dài của dầm dọc và những vết rạn giữa các lớp là ít
hơn của lớp mỏng
- Các cơ chế như sự phát triển những vết rạn nứt giữa các lớp và những khe nứt của bó
lớp mỏng điều khiển quá trình va chạm của kiểu phân mảnh.

Hình 2.2: Kiểu phá hủy phân mảnh
2.3.4 Kiểu chệch đầu nối hay sự uốn bản mỏng:
- Giữa các lớp rất dài và song song đến những vết nứt sợi mô tả kiểu chệch đầu nối. Bó lớp mỏng
không bị gãy.
- Những cái ống gia cố sợi giòn trình bày kiểu phá hủy này.
- Cơ chế hấp thụ năng lượng chính là ma trận nứt gia tăng. Hai cơ chế hấp thụ năng lượng chủ yếu
liên quan đến ma sát xuất hiện trong những cái ống mà nó trình bày kiểu chệch đầu nối.