M CL C

Lý l ch khoa h c ........................................................................................................ i
L i cam đoan ...........................................................................................................iii
L i c m n ............................................................................................................... iv
Nh n xét .................................................................................................................... v
Tóm t t ..................................................................................................................... vi
Sumary .................................................................................................................... vii
M c l c ...................................................................................................................viii
Danh sách các t vi t t t .....................................................................................xviii
Ch

ng 1: T NG QUAN ........................................................................................ 1

1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................1
1.2. Tổng quan về các nghiên cứu trong và ngoài n ớc .............................................4
1.2.1. Các nghiên cứu trong n ớc ...............................................................................4
1.2.2. Các nghiên cứu ngoài n ớc ...............................................................................4
1.3. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................6
1.4. Đối t ợng nghiên cứu...........................................................................................6
1.5. Phạm vi nghiên cứu ..............................................................................................7
1.6. Ph ơng pháp nghiên cứu......................................................................................7
1.7. Nội dung nghiên cứu ............................................................................................7
1.8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn..............................................................................8
Ch

ng 2: C

S

LÝ THUY T VÀ PH N M M

NG D NG ...................... 9

2.1. Giới thiệu..............................................................................................................9
2.2. Lý thuyết biến dạng phi tuyến tính. .....................................................................9
2.3. Xác định các giá trị, thiết l p mô hình l t nghiêng theo tiêu chuẩn ECE - R66.
...................................................................................................................................12
2.3.1. Xác định trọng tâm của xe. .............................................................................12
2.3.1.1. Xác định trọng tâm theo chiều dọc. .............................................................12
2.3.1.2. Xác định trọng tâm theo chiều cao. ..............................................................13

viii


2.3.1.3. Xác định độ lệch trọng tâm theo chiều ngang. .............................................15
2.3.2. Xác định góc giới hạn l t đỗ của xe ................................................................15
2.3.3. V n tốc góc khi l t ..........................................................................................17
2.4. Phần mềm nghiên cứu. .......................................................................................21
2.4.1. Phần mềm HYPERWORKS ...........................................................................21
2.4.2. Phần mềm HYPERMESH. .............................................................................21
2.4.2.1. Giới thiệu phần mềm ....................................................................................21
2.4.2.2. Cách khởi động và giao diện phần mềm ......................................................21
2.4.3. Phần mềm HYPERVIEW ...............................................................................25
2.4.3.1. Giới thiệu phần mềm ....................................................................................25
2.4.3.2. Cách khởi động và giao diện phần mềm ......................................................25
2.4.4. Phần mềm LS-DYNA .....................................................................................26
2.4.4.1.Giới thiệu phần mềm .....................................................................................26
2.4.4.2.Cách khởi động và giao diện phần mềm .......................................................26
2.4.4.3.Nh p một file vào môi tr ờng LS-DYNA ....................................................27
2.4.5. Phần mềm SPSS ..............................................................................................28

2.4.5.1. Giới thiệu phần mềm ....................................................................................28
2.4.5.2.Cách khởi động và giao diện phần mềm .......................................................30
2.4.6. Phần mềm MATLAB ......................................................................................31
2.4.6.1. Giới thiệu phần mềm ....................................................................................31
2.4.6.2. Cách khởi động và giao diện phần mềm ......................................................31
2.5. Kết lu n. .............................................................................................................33
Ch ng 3: XÂY D NG MÔ HÌNH NGHIÊN C U VÀ MÔ PH NG L T
NGHIÊNG THEO TIÊU CHU N CHÂU ÂU .................................................... 34
3.1. Giới thiệu............................................................................................................34
3.2. Sơ đồ xây dựng mô hình nghiên cứu theo tiêu chuẩn ECE-R66 .......................34
3.2.1. Mô hình Cad 2D .............................................................................................34
3.2.2. Sử dụng phần mềm Catia để thiết kế mô hình Cad 3D ...................................36
3.2.2.1. Thiết kế khung x ơng đầu xe .......................................................................36
3.2.2.2. Thiết kế khung x ơng đuôi xe .....................................................................37

ix


3.2.2.3. Thiết kế khung x ơng hông bên trái ............................................................39
3.2.2.4. Thiết kế khung x ơng hông bên phải .........................................................40
3.2.2.5. Thiết kế khung x ơng trần xe ......................................................................41
3.2.2.6. Thiết kế khung x ơng s ờn giữa .................................................................42
3.2.3. Sử dụng phần mềm HYPERMESH xuất mặt giữa và chỉnh sửa mô hình. .....44
3.2.3.1. Xuất mặt giữa cho mô hình ..........................................................................44
3.2.3.2. Chỉnh sửa lỗi mô hình ..................................................................................45
3.2.4. Chia l ới mô hình ...........................................................................................46
3.2.5. Kiểm tra và chỉnh sửa l ới mô hình ................................................................50
3.2.5.1. Kiểm tra l ới ................................................................................................50
3.2.5.2. Chỉnh sửa lỗi của l ới ..................................................................................55
3.2.6.Liên kết các bộ ph n trong mô hình bằng ph ơng pháp hàn l ới........................55

3.2.7. Thiết kế mô hình, tạo v t liệu, thuộc tính và gán điều kiện biên theo tiêu
chuẩn. ........................................................................................................................61
3.2.7.1. Thiết kế mô hình theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66 .................................61
3.2.7.2. Tạo v t liệu, thuộc tính và gán điều khiện biên theo tiêu chuẩn Châu Âu
ECE-R66 ...................................................................................................................66
3.2.8. Sử dụng phần mềm LS-DYNA để mô phỏng quá trình l t nghiêng. ..............76
3.2.9. Hiển thị và phân tích kết quả trên phần mềm HYPERVIEW .........................77
3.2.9.1.Hiển thị kết quả .............................................................................................77
3.2.9.2. Phân tích, đánh giá kết quả mô hình khung x ơng ban đầu ........................78
3.3. Kết lu n ..............................................................................................................79
Ch
X

ng 4: THI T K T I U TệNH AN TOẨN K T C U KHUNG
NG Ọ TỌ KHÁCH THEO TIểU CHU N ECE-R66 ............................... 80

4.1. Giới thiệu............................................................................................................80
4.2.Ph ơng án thiết kế...............................................................................................80
4.2.1. Cải tiến kết cấu khung x ơng ô tô khách thỏa mưn điều kiện va chạm l t
nghiêng ......................................................................................................................80
4.2.2.Tối u hóa kết cấu khung x ơng xe khách ......................................................82
4.2.2.1. Chọn biến l ợng tối u hóa cho mô hình khung x ơng ..............................82

x


4.2.2.2. Thiết kế và thu th p mẫu thí nghiệm............................................................83
4.2.2.3. Phân tích tối u hồi quy ...............................................................................86
4.3. Kết lu n: .............................................................................................................94
Ch


ng 5: K T LU N .......................................................................................... 95

5.1.Kết lu n ...............................................................................................................95
5.2. H ớng phát triển của đề tài ................................................................................95
TÀI LI U THAM KH O ..................................................................................... 96

xi


DANH M C HÌNH NH

Hình 1. 1. Không gian an toàn theo mặt c t ngang ..................................................... 2
Hình 1. 2. Không gian an toàn theo mặt c t dọc ......................................................... 3
Hình 1. 3. Khoảng cách giữa mặt phẳng l t và mặt phẳng va chạm ........................... 3
Hình 1. 4. Kết quả mô phỏng biến dạng kết cấu khung x ơng ô tô khách ................. 5
Hình 1. 5. Kết quả mô phỏng và thí nghiệm an toàn l t nghiêng cho đoạn xe ........... 6
Hình 2. 1. Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng ................................................. 10
Hình 2. 2. Quan hệ ứng suất ậ biến dạng : (a) v t liệu đàn hồi (b) v t liệu đàn ậ dẻo...... 11
Hình 2. 3. Thí nghiệm thực tế và miền giới hạn đàn hồi .......................................... 11
Hình 2. 4. Mô tả quá trình biến dạng tr ợt của v t liệu ............................................ 12
Hình 2. 5. Sơ đồ khối l ợng phân bố trên xe theo chiều dọc .................................... 13
Hình 2. 6.Cân xe lên bàn cân .................................................................................... 14
Hình 2. 7. Cân bánh xe bên trái lên bàn cân ............................................................. 15
Hình 2. 8. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên xe ...................................................... 16
Hình 2. 9. Xe đang đứng yên trên mặt phẳng l t ...................................................... 17
Hình 2. 10. Xe b t đầu l t ......................................................................................... 18
Hình 2. 11. Xe b t đầu va chạm với mặt phẳng l t ................................................... 18
Hình 2. 12. Qũy đạo thay đổi trọng tâm khi l t ........................................................ 19
Hình 2. 13.Giao diện phần mềm HYPERMESH ...................................................... 22

Hình 2. 14. Chọn môi tr ờng làm việc ..................................................................... 22
Hình 2. 15. Giao diện phần mềm HYPERVIEW ...................................................... 26
Hình 2. 16. Giao diện phần mềm LS-DYNA ............................................................ 27
Hình 2. 17. Nh p một file vào môi tr ờng LS-DYNA ............................................. 27
Hình 2. 18. Cửa sổ start input và Output................................................................... 28
Hình 2. 19. Giao diện phần mềm SPSS .................................................................... 30
Hình 2. 20. Giao diện MATLAB Desktop ................................................................ 32

xii


Hình 2. 21. Giao diện nh p các lệnh (m-filr editor) .................................................. 32
Hình 3. 1. Mô hình Cad 2D thiết kế bên trong xe nhìn từ bên trên .......................... 35
Hình 3. 2. Mô hình Cad 2D thiết kế bên ngoài xe nhìn từ bên hông ........................ 35
Hình 3. 3. Mô hình Cad 2D thiết kế phần tr ớc và sau xe........................................ 36
Hình 3. 4. Mặt đầu..................................................................................................... 36
Hình 3. 5. Mặt sau ..................................................................................................... 37
Hình 3. 6. Hông bên trái ............................................................................................ 39
Hình 3. 7. Hông bên phải .......................................................................................... 40
Hình 3. 8. Khung x ơng trần xe................................................................................ 41
Hình 3. 9. Khung x ơng s ờn giữa ........................................................................... 42
Hình 3. 10. Mô hình 3D sau khi đ ợc thiết kế hoàn chỉnh ....................................... 43
Hình 3. 11. Chọn các đối t ợng cần xuất mặt giữa ................................................... 44
Hình 3. 12. Tr ớc và sau khi xuất mặt giữa .............................................................. 45
Hình 3. 13 Tr ớc và sau khi xóa lỗi mô hình ........................................................... 45
Hình 3. 14. Hộp thoại chọn khoảng dung sai mặt bo tròn cần tìm ........................... 46
Hình 3. 15. Tr ớc và sau khi xóa mặt bo tròn .......................................................... 46
Hình 3. 16. Hộp thoại chọn đối t ợng kẽ đ ờng vuông góc ..................................... 47
Hình 3. 17. Tr ớc và sau khi kẽ đ ờng vuông góc ................................................... 47
Hình 3. 18. Hộp thoại chọn kích th ớc và hình dạng l ới ........................................ 47

Hình 3. 19. Tr ớc và sau khi chia l ới đối t ợng ..................................................... 48
Hình 3. 20. Điều chỉnh số nút l ới ............................................................................ 48
Hình 3. 21. Hộp thoại chọn khoảng dung sai cần tìm ............................................... 49
Hình 3. 22. Tr ớc và sau khi xóa khoảng dung sai................................................... 49
Hình 3. 23. Hộp thoại chọn số phần tử l ới cần gộp ................................................ 49
Hình 3. 24. Tr ớc và sau khi gộp l ới ...................................................................... 50
Hình 3. 25. Hộp thoại điều khiển chia nhỏ l ới ........................................................ 50
Hình 3. 26. Tr ớc và sau khi chia nhỏ l ới .............................................................. 50
Hình 3. 27. Lỗi của l ới đư đ ợc tìm thấy ................................................................ 51

xiii


Hình 3. 28. Hộp thoại điều chỉnh tiêu chuẩn l ới ..................................................... 52
Hình 3. 29. Hộp thoại điều khiển check elems 2 ậ d ............................................... 53
Hình 3. 30. Hộp thoại hiển thị số lỗi và phần trăm lỗi của l ới ................................ 55
Hình 3. 31. Tr ớc và sau khi chỉnh sửa lỗi của l ới ................................................. 55
Hình 3. 32. Hộp thoại điều khiển di chuyển các bộ ph n mô hình ........................... 56
Hình 3. 33. Tr ớc và sau khi di chuyển .................................................................... 56
Hình 3. 34. Hộp thoại điều khiển liên kết các chi tiết bằng mối hàn ........................ 56
Hình 3. 35. Tr ớc và sau khi liên kết bằng mối hàn ................................................. 57
Hình 3. 36. Tạo mặt phẳng cho bệ đở ....................................................................... 57
Hình 3. 37. Tạo bệ đở cho mô hình........................................................................... 58
Hình 3. 38. Tr ớc và sau khi tạo bệ đở ..................................................................... 58
Hình 3. 39. Tạo các node liên kết.............................................................................. 59
Hình 3. 40. Hộp thoại Sets bệ đở và s ờn xe ............................................................ 59
Hình 3. 41. Bệ đở và s ờn xe đư đ ợc liên kết ......................................................... 59
Hình 3. 42. Bệ đở và cầu xe đư đ ợc liên kết ........................................................... 60
Hình 3. 43. Mâm xe và cầu xe đư đ ợc liên kết........................................................ 60
Hình 3. 44. Mâm xe và bánh xe đư đ ợc liên kết ..................................................... 60

Hình 3. 45. Không gian an toàn và s ờn xe đư đ ợc liên kết ................................... 61
Hình 3. 46. Tr ớc và sau khi tạo động cơ cho mô hình ............................................ 61
Hình 3. 47. Hộp thoại tạo điểm bất kỳ với tọa độ cho tr ớc..................................... 62
Hình 3. 48. Hộp thoại tạo mặt phẳng từ các nút có sẳn ............................................ 62
Hình 3. 49. Tạo mặt phẳng l t và mặt phẳng va chạm từ các nút có sẳn .................. 62
Hình 3. 50. Hộp thoại điều khiển góc l t tới hạn ...................................................... 63
Hình 3. 51. Tr ớc và sau khi đặt góc giới hạn l t đỗ ................................................ 63
Hình 3. 52. Tr ớc và sau khi cố định mặt phẳng l t và mặt phẳng va chạm ............ 63
Hình 3. 53. Không gian an toàn đ ợc thiết kế theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66 . 64
Hình 3. 54. Thiết l p đồ thị trọng lực ........................................................................ 64
Hình 3. 55. Hộp thoại tạo liên kết cả mô hình để đặt v n tốc góc ............................ 65
Hình 3. 56.Tạo liên kết toàn bộ các bộ ph n trên mô hình ....................................... 65

xiv


Hình 3. 57. Hộp thoại tạo tiếp xúc cho cả mô hình với mặt phẳng va chạm ............ 66
Hình 3. 58. Tạo tiếp xúc của xe với mặt phẳng va chạm .......................................... 66
Hình 3. 59. Đ ờng cong ứng suất kéo nén thực nghiệm .......................................... 68
Hình 3. 60. Hộp thoại tạo v t liệu cho mô hình ........................................................ 68
Hình 3. 61. Hộp thoại tạo thuộc tính v t liệu ............................................................ 69
Hình 3. 62. Hộp thoại gán thuộc tính v t liệu ........................................................... 69
Hình 3. 63. Hộp thoại nh p đồ thị ứng suất t ơng ứng............................................. 69
Hình 3. 64. Đặt khối l ợng lên mô hình ................................................................... 72
Hình 3. 65. Kiểm tra khối l ợng các chi tiết mô hình ............................................. 73
Hình 3. 66. Hộp thoại nh p giá trị v n tốc góc và tọa độ trục l t ............................. 74
Hình 3. 67. Tọa độ trọng tâm của mô hình ............................................................... 74
Hình 3. 68. Tạo liên kết trọng tâm với mô hình ........................................................ 75
Hình 3. 69. Kiểm tra lỗi cho toàn bộ mô hình .......................................................... 76
Hình 3. 70. Kiểm tra thời gian mô phỏng còn lại ..................................................... 77

Hình 3. 71. Lúc b t đầu va chạm và sau khi va chạm............................................... 78
Hình 3. 72. Biến dạng khung x ơng xâm phạm không gian an toàn ........................ 78
Hình 3. 73. Những khu vực t p trung ứng suất lớn .................................................. 79
Hình 4. 1 Cải tiến kết cấu khung x ơng ................................................................... 81
Hình 4. 2 Kết cấu khung x ơng sau khi cải tiến ....................................................... 81
Hình 4. 3 Chọn biến l ợng tối u hóa cho mô hình khung x ơng ........................... 82
Hình 4. 4 Chọn biến điều kiện tối u cho mô hình khung x ơng ............................. 83
Hình 4. 5 Hộp thoại nh p các biến thiết kế ............................................................... 88
Hình 4. 6 Kết quả sau khi tối u hóa nhìn từ phía tr ớc ........................................... 93
Hình 4. 7 Kết quả sau khi tối u hóa nhìn từ bên hông ............................................ 93

xv


DANH M C B NG BI U
Bảng 3.1. Các loại thép khung x ơng đầu xe ...........................................................37
Bảng 3.2. Các loại thép khung x ơng đuôi xe ..........................................................38
Bảng 3.3. Các loại thép khung x ơng hông bên trái .................................................39
Bảng 3.4. Các loại thép khung x ơng hông bên phải ...............................................40
Bảng 3.5. Các loại thép khung x ơng trần xe ...........................................................41
Bảng 3.6. Các loại thép khung x ơng s ờn giữa ......................................................42
Bảng 3.7. Bảng tiêu chuẩn chất l ợng l ới ...............................................................51
Bảng 3.8. Giải thích một số tiêu chuẩn chất l ợng l ới ...........................................53
Bảng 3.9. Thuộc tính của v t liệu[18] .........................................................................66
Bảng 3.10. Thông số của v t liệu ..............................................................................67
Bảng 3.11. Bảng thông số kéo nén thực nghiệm.......................................................67
Bảng 3.12. Bảng thuộc tính v t liệu ..........................................................................70
Bảng 3.13. Bảng khối l ợng tổng thể của mô hình ..................................................70
Bảng 3.14. Bảng so sánh khối l ợng xe th t vói khối l ợng xe mô hình .................73
Bảng 3.15. Bảng đơn vị đo l ờng theo tiêu chuẩn ....................................................73

Bảng 4. 1. Bảng cấp độ các nhân tố .......................................................................... 84
Bảng 4. 2. Bảng giá trị các biến thiết kế thí nghiệm trực giao .................................. 84
Bảng 4. 3. Giá trị mục tiêu và điều kiện sau khi mô phỏng ...................................... 85
Bảng 4. 4. Thiết kế thí nghiệm phản ứng b c 2 đối với khối l ợng M ..................... 86
Bảng 4. 5. Bảng đánh giá độ tin c y của ph ơng trình hồi quy ................................ 88
Bảng 4. 6.Bảng tham số hồi quy, phân tích ph ơng sai trọng l ợng kết cấu tối u
M ............................................................................................................................... 88
Bảng 4. 7. Bảng tham số hồi quy .............................................................................. 88
Bảng 4. 8. Bảng đánh giá độ tin c y của ph ơng trình hồi quy ................................ 89

xvi


Bảng 4. 9. Bảng tham số hồi quy và phân tích ph ơng sai của khoảng cách D1 ...... 89
Bảng 4. 10. Bảng tham số hồi quy ............................................................................ 90
Bảng 4. 11. Bảng đánh giá độ tin c y của ph ơng trình hồi quy .............................. 90
Bảng 4. 12. Bảng tham số hồi quy và phân tích ph ơng sai của khoảng cách D2 .... 90
Bảng 4 13. Bảng tham số hồi quy ............................................................................. 91
Bảng 4. 14. Giá tri độ dày khung x ơng, trọng l ợng, khoảng cách sau tối u hóa 92
Bảng 4. 15.Giá trị tr ớc tối u và sau khi tối u ...................................................... 92

xvii


DANH M C CÁC T

VI T T T

ECE R66: Economic Commission of Erope, Regulation 66
CAE: Computer Aided Engneering

FMVSS 216: Federal Motor Vehicle Safety Standards 216
SPSS: Statistical Package for the Social Sciences
MATLAB: MATrix LABorator

xviii


Chương 1: Tổng quan

ng 1

Ch

T NG QUAN
1.1. Đặt v n đ
Trong thời buổi công nghiệp hóa hiện đại hóa hiện nay, ô tô là một ph ơng
tiện đ ợc sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực, đóng vai trò quan
trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội.
Ngoài tính yêu cầu kỹ thu t, thẩm mỹ, tiện nghi,…ô tô còn đòi hỏi tính an
toàn và độ tin c y cao đối với ng ời sử dụng nó. Trong lĩnh vực giao thông đ ờng
bộ thì ô tô nói chung và ô tô khách nói riêng có tầm ảnh h ởng rất lớn tới việc v n
chuyển hàng hóa, con ng ời, trong đó ô tô khách là loại ph ơng tiện giao thông
công cộng giải quyết vấn đề ùn t c giao thông đô thị và l u thông liên tỉnh…
Song song với sự phát triển đó thì tai nạn giao thông cũng tăng đáng kể, chỉ
trong năm 2013 số vụ tai nạn đ ờng bộ xảy ra 30.874 vụ, trong đó có đến 21% là do
ng ời điều khiển ô tô gây ra và 9,7% liên quan đến ô tô chở khách. Các vụ tai nạn
diễn ra có thể là trực diện, từ bên hông hay đằng sau, quá trình va chạm diễn ra làm
biến dạng cấu trúc khung xe làm tổn th ơng đến hành khách bên trong. Do đó vấn
đề đảm bảo an toàn cho xe và bảo vệ hành khách bên trong xe đ ợc các nhà thiết
kế, sản xuất xe trên thế giới quan tâm hàng đầu.

Hiện nay, đa số các nhà thiết kế chế tạo ô tô trên thế giới dựa vào tiêu chuẩn
an toàn Châu Âu ECE-R66 (Economic Commission of Erope, Regulation 66) thực
hiện nghiên cứu an toàn kết cấu khung x ơng d ới điều kiện l t nghiêng. Tiêu
chuẩn này do Uỷ Ban kinh tế Châu Âu sáng l p, phiên bản mới nhất đ ợc chỉnh lý
vào cuối tháng 2 năm 2006, ECE-R66 quy định c ờng độ cứng khung x ơng ô tô
khách 22 chỗ ngồi trở lên (bao gồm tài xế và phu xe). Trong bộ tiêu chuẩn này cung
cấp nhiều ph ơng pháp sát hạch tính an toàn, yêu cầu kỹ thu t rất chi tiết và thu n
lợi cho nhà sát hạch, nếu không tiến hành thí nghiệm nguyên chiếc ô tô khách l t
nghiêng thì tiêu chuẩn nầy cho phép nhà chế tạo lựa chọn một trong bốn ph ơng
pháp sát hạch sau đây:
GVHD: TS. Nguyễn Thành Tâm

Trang 1

HVTH: Dương Chí Thiện


Chương 1: Tổng quan
+ Lấy một đoạn thân xe tiêu biểu đại diện cho nguyên chiếc ô tô khách tiến
hành thí nghiệm l t nghiêng.
+ Lấy một đoạn hoặc nhiều đoạn thân xe tiến hành thí nghiệm tải trọng tĩnh.
+ Tính toán tải trọng tĩnh đối với kết cấu khung x ơng ô tô khách.
+ Mô phỏng tính năng an toàn l t nghiêng nguyên chiếc của ô tô khách.
Điểm mấu chốt của thí nghiệm nầy là quy định trong lúc thí nghiệm và sau khi
thí nghiệm, kết cấu khung x ơng ô tô khách phải đảm bảo đủ c ờng độ cứng, yêu
cầu cụ thể nh sau:
+ Sự chuyển vị bất kỳ bộ ph n nào của khung x ơng không đ ợc xâm phạm
vào không gian an toàn.
+ Bất kỳ bộ ph n nào trong không gian an toàn đều không cho phép lồi ra bên
ngoài kết cấu khung x ơng sau khi biến dạng.

Tiêu chuẩn ECE-R66 quy định về không gian an toàn đ ợc thể hiện nh Hình
1.1

Hình 1.1. Không gian an toàn theo mặt cắt ngang

GVHD: TS. Nguyễn Thành Tâm

Trang 2

HVTH: Dương Chí Thiện


Chương 1: Tổng quan

Hình 1.2. Không gian an toàn theo mặt cắt dọc
Ngoài ra tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66 còn quy định về khoảng cách giữa mặt
phẳng l t và mặt phẳng va chạm trong quá trình l t nghiêng là 800(mm) thể hiện
nh Hình 1.3

Hình 1.3. Khoảng cách giữa mặt phẳng lật và mặt phẳng va chạm

GVHD: TS. Nguyễn Thành Tâm

Trang 3

HVTH: Dương Chí Thiện


Chương 1: Tổng quan
1.2. T ng quan v các nghiên c u trong vƠ ngoƠi n

1.2.1. Các nghiên c u trong n

c

c

Hiện nay thì tình hình nghiên cứu thiết kế cải tiến khung x ơng và chassis ô tô
khách chủ yếu t p trung tính toán mô phỏng trạng thái bền tĩnh và ổn định ô tô.
Việc ứng dụng các phần mềm mô phỏng và phân tích liên quan đến tính năng an
toàn ô tô nh : Va chạm trực diện, sau, hông, l t nghiêng, xuyên, vv..vẫn ch a đ ợc
thực hiện.
Cho đến thời điểm hiện nay thì vẫn ch a có công trình nghiên cứu nào hoặc
bài báo liên quan đăng trên tạp trí khoa học trong n ớc. Do đó để đảm bảo an toàn
cho con ng ời khi xảy ra tai nạn, vì v y việc nghiên cứu thiết kế tối u tính an toàn
kết cấu ô tô khách khi xảy ra va chạm l t nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu ECER66 cho là rất cần thiết. Đây cũng chính là lý do chủ nhiệm đề tài lựa chọn nghiên
cứu này.
1.2.2. Các nghiên c u ngoƠi n

c

Đối với các hãng sản xuất xe trên thế giới việc đầu tiên các hãng quan tâm đó
chính là tính năng an toàn (gồm có an toàn chủ động và an toàn bị động). Đối với
nghiên cứu về tính năng an toàn bị động các nhà nghiên cứu thiết kế chế tạo ô tô
phải dựa vào tiêu chuẩn an toàn của nhà chức trách quy định để đánh giá mức độ an
toàn tr ớc khi cho sản xuất hàng loạt. Nh tiêu chuẩn quy định c ờng độ cứng
khung x ơng ô tô khi xảy ra va chạm l t nghiêng (Châu Âu ECE-R66[1], Mỹ
FMVSS 216), tiêu chuẩn đánh giá tổn th ơng của ng ời ngồi trong ô tô khi xảy ra
tai nạn tr ớc: (Châu Âu ECE R94.01, Mỹ FMVSS 208, Trung Quốc GB 115512003), tiêu chuẩn đánh giá tổn th ơng ng ời đi bộ (Châu Âu 2003/102/ECE). Tùy
vào mức độ thiết kế an toàn mà ô tô đó đ ợc xếp loại an toàn 1 sao, 2 sao,…và cao
nhất là 5 sao.

Trên cơ sở tiêu chuẩn an toàn Châu Âu ECE-R66, cùng với sự tiến bộ khoa
học kỹ thu t CAE (Computer Aided Engineering) mà các nhà nghiên cứu thiết kế

GVHD: TS. Nguyễn Thành Tâm

Trang 4

HVTH: Dương Chí Thiện


Chương 1: Tổng quan
chế tạo ô tô trên thế giới đư thực hiện khá nhiều nghiên cứu về khả năng chịu va đ p
của kết cấu khung x ơng ô tô khách d ới điều kiện l t nghiêng. Các nghiên cứu cụ
thể nh sau:
Tác giả Tomas Wayhs Tech đư sử dụng phần mềm LS-DYNA để tiến hành
mô phỏng tính an toàn kết cấu khung x ơng ô tô khách d ới điều kiện l t
nghiêng[2], dựa trên kết quả mô phỏng tiến hành phân tích và đ a ra ph ơng án thiết
kế cải tiến nhằm thỏa mãn theo yêu cầu tiêu chuẩn quy định. Kết quả nghiên cứu cụ
thể nh Hình 1.4

Hình 1. 4. Kết quả mô phỏng biến dạng kết cấu khung xương ô tô khách
Tác giả Yu-Cheng Lin nghiên cứu an toàn kết cấu khung x ơng ô tô khách
cho một đoạn xe[3]. Tác giả đư sử dụng phần mềm HYPERMESH 7.0 để xây dựng
mô hình phần tử hữu hạn cho một đoạn xe sau đó dùng phần mềm LS-DYNA 970
để phân tích kết quả mô phỏng l t nghiêng một đoạn ô tô khách. Tác giả tiến hành
so sánh kết quả thí nghiệm và kết quả mô phỏng, tiến hành điều chỉnh mô hình phần
tử hữu hạn và các thông số kỹ thu t cho đến khi kết quả mô phỏng và thí nghiệm
gần bằng nhau, kết quả thể hiện ở Hình 1.5

GVHD: TS. Nguyễn Thành Tâm


Trang 5

HVTH: Dương Chí Thiện


Chương 1: Tổng quan

Hình 1. 5. Kết quả mô phỏng và thí nghiệm an toàn lật nghiêng cho đoạn xe
1.3. M c đích nghiên c u
+ Từ bản thiết kế 2D do nhà sản suất cung cấp ta tiến hành xây dựng mô hình
3D cho ô tô khách 45 chỗ ngồi đầy đủ, chi tiết có thể chế tạo.
+ Thực hiện các thí nghiệm về thông số v t liệu dùng để phục vụ mô phỏng,
chế tạo khung x ơng và chassis.
+

ng dụng kỹ thu t CAE để xây dựng và phân tích mô hình phần tử hữu hạn

ô tô khách theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66.
+ Sử dụng phần mềm LS-DYNA để mô phỏng tính an toàn l t nghiêng ô tô
khách, dùng phần mềm HYPERVIEW để hiển thị và phân tích kết quả, tiến hành
thiết kế tối u tính an toàn kết cấu khung x ơng ô tô khách theo tiêu chuẩn.
1.4. Đ i t

ng nghiên c u

+ Nghiên cứu kết cấu ô tô khách khi xảy ra va chạm l t nghiêng theo tiêu
chuẩn Châu Âu ECE-R66
+ Phân tích cơ chế biến dạng kết cấu khung x ơng ô tô khách khi xảy ra va
chạm l t nghiêng. Trên cơ sở phân tích kết quả mô phỏng tiến hành tối u hóa mô

hình khung x ơng.
GVHD: TS. Nguyễn Thành Tâm

Trang 6

HVTH: Dương Chí Thiện


Chương 1: Tổng quan
1.5. Ph m vi nghiên c u
+ Nghiên cứu thiết kế tối u tính an toàn kết cấu khung x ơng ô tô khách khi
xảy ra va chạm l t nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66.
1.6. Ph

ng pháp nghiên c u

Đề tài đư kết hợp 2 ph ơng pháp nghiên cứu:
+ Ph ơng pháp nghiên cứu lý thuyết:
Ngoài việc sử dụng cơ sở lý thuyết ô tô xác định các thông số để thiết l p mô
hình theo tiêu chuẩn, thì đề tài còn sử dụng các cơ sở lý thuyết nghiên cứu khác
nh , lý thuyết về biến dạng phi tuyến của v t liệu, lý thuyết về phần tử hữu hạn và
lý thuyết về tối u hóa.
+ Ph ơng pháp nghiên cứu mô phỏng thực nghiệm:
Dựa trên kết quả mô phỏng từ phần mềm LS-DYNA và phân tích trên phần
mềm HYPERVIEW tiến hành thiết kế tối u kết cấu khung x ơng ô tô khách theo
tiêu chuẩn.
1.7. Nội dung nghiên c u
Nội dung chủ yếu của đề tài này chính là nghiên cứu thiết kế tối u tính an
toàn về kết cấu khung x ơng ô tô khách khi xảy ra va chạm l t nghiêng và ứng
dụng vào thực tế để chế tạo, trong quá trình thực hiện đề tài có thể chia làm các nội

dung cụ thể nh sau:
1. Từ mô hình Cad 3D do nhà sản xuất cung cấp, ứng dụng kỹ thu t CAE để
tiến hành xây dựng mô hình và phân tích phần tử hữu hạn.
2. Dùng phần mềm LS-DYNA để mô phỏng qúa trình va chạm l t nghiêng và
phần mềm HYPERVIEW để hiện thị và phân tích kết quả mô phỏng.
3. Từ kết quả mô phỏng ta tiến hành thiết kế tối u mô hình khung x ơng,
dùng phần mềm SPSS phân tích tối

u hồi quy và giải thu t di truyền trong

MATLAB để tìm ra giá trị tối u nhất.
4. Mô phỏng, kiểm nghiệm và đánh giá lại kết quả đạt đ ợc sau khi thiết kế tối
u mô hình khung x ơng và so sánh với tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66.
GVHD: TS. Nguyễn Thành Tâm

Trang 7

HVTH: Dương Chí Thiện


Chương 1: Tổng quan
1.8. ụ nghĩa khoa h c và th c ti n
+ Ý nghĩa khoa học:
Về mặt ý nghĩa khoa học thì đề tài này đư ứng dụng thành công kỹ thu t CAE
để thiết kế tính toán an toàn theo tiêu chuẩn quy định. Thành công của đề tài là nền
tản cho chủ nhiệm đề tài thực hiện các b ớc nghiên cứu tiếp theo, đồng thời cũng là
cơ sở cho Nhà Tr ờng và các Trung Tâm nghiên cứu thiết kế chế tạo ô tô trong
n ớc từng b ớc xây dựng phòng thí nghiệm, thiết kế, tính toán, mô phỏng tính an
toàn kết cấu, khả năng chịu va đ p và hấp thụ năng l ợng kết cấu, đánh giá sự tổn
th ơng con ng ời theo tiêu chuẩn quốc tế.

Qua đó, đề xuất với cơ quan có thẩm quyền về thiết kế ô tô trong n ớc thực
hiện các tính toán thiết kế theo tiêu chuẩn quốc tế đề ra. Đây cũng chính là tính cấp
thiết có ý nghĩa quan trọng cho ngành kỹ thu t ô tô trong n ớc nhanh chóng thực
hiện đ ợc chiến l ợt nội địa hóa sản phẩm, để hòa nh p với ngành kỹ thu t ô tô tiên
tiến trên thế giới.
+ Ý nghĩa thực tiễn:
Hiện nay ở n ớc ta ô tô khách là ph ơng tiện giao thông quan trọng nó giải
quyết vấn đề về giao thông liên tỉnh. Nh ng do nghành kỹ thu t ô tô n ớc ta còn
hạn chế về kỹ thu t và công nghệ nên đa số các ph ơng tiện giao thông nh (xe
khách, xe buýt) chủ yếu là nh p ngoại nguyên chiếc, hoặc nh p các linh kiện từ các
hãng sản xuất ô tô n ớc ngoài về l p ráp, nh

công ty ô tô Tr ờng Hải,

Tracomesco, Samco. Ngoài ra do nhu cầu sử dụng của các doanh nghiệp mà các
hãng l p ráp ô tô trong n ớc tiến hành hoán đổi kết cấu, nh tăng kích th ớc thùng
xe, chuyển từ ghế ngồi sang gi ờng nằm,…Trong quá trình cải tiến không tính toán
tính năng an toàn theo tiêu chuẩn, làm cho các xe mất tính năng an toàn kết cấu khi
xảy ra tai nạn
Vì v y, sự thành công của đề tài có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong việc
thiết kế tính toán tính năng an toàn kết cấu của xe theo đúng tiêu chuẩn quy định để
bảo vệ tính mạng cũng nh tài sản của con ng ời.

GVHD: TS. Nguyễn Thành Tâm

Trang 8

HVTH: Dương Chí Thiện



Chương 2: Cơ sở lý thuyết và phần mềm ứng dụng

Ch

ng 2

C S LÝ THUY T VÀ PH N M M NG D NG
2.1. Gi i thi u
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thu t ngày nay, việc ứng dụng các
phần mềm vào nghiên cứu khoa học ngày càng trở nên phổ biến và đặc biệt là trong
lĩnh vực thiết kế chế tạo ô tô. Các h ớng nghiên cứu thiết kế chế tạo ô tô trong n ớc
nói riêng và trên thế giới nói chung hiện nay đều ứng dụng kỹ thu t CAE để xây
dựng nên các mô hình và phân tích phần tử hữu hạn để từ đó tìm ra h ớng thiết kế
cải tiến tốt nhất.
Trong phần nghiên cứu này tác giả cũng đư sử dụng 5 phần mềm vào quá trình
nghiên cứu thiết kế tối u tính an toàn kết cấu ô tô khách khi xảy ra va chạm l t
nghiêng theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R66, các phần mềm bao gồm:
HYPERMESH, HYPERVIEW, LS-DYNA, SPSS, MATLAB.
2.2. Lý thuy t bi n d ng phi tuy n tính.
Nội dung chủ yếu của bài toán phi tuyến về v t liệu đ ợc thể hiện ở trạng thái
làm việc của v t liệu không giống nhau trong từng giai đoạn. Điều này đ ợc thể
hiện ở quan hệ ứng suất ậ biến dạng. Khi xét v t liệu làm việc trong giai đoạn đàn
hồi, quy lu t thay đổi của ứng suất và biến dạng là nh nhau trong mọi thời điểm.
Tuy nhiên, thực tế đư chứng minh rằng: trạng thái ứng suất và biến dạng có quan hệ
m t thiết với nhau, sự thay đổi của đại l ợng này sẽ chi phối sự thay đổi của đại
l ợng khác. Nội dung chính sẽ t p trung nghiên cứu ph ơng trình cơ bản của
ph ơng pháp Phần tử hữu hạn cho bài toán phi tuyến v t liệu cũng nh việc tính
toán xác định các thành phần của nó. Hơn thế nữa cũng cần làm rõ những quan hệ
cơ học của v t liệu để từ đó có những ứng xử thích hợp trong việc chính xác hóa lời
giải của bài toán phân tích ứng suất biến dạng trên khung x ơng.

Có nhiều loại mô hình v t liệu đ ợc dùng trong các phân tích ứng suất- biến
dạng của kết cấu thép. Qua những nghiên cứu phân tích các mô hình v t liệu ở trên
đ a đến lựa chọn mô hình v t liệu thép dùng trong tính toán dựa trên mô hình.

GVHD: TS. Nguyễn Thành Tâm

Trang 9

HVTH: Dương Chí Thiện


Chương 2: Cơ sở lý thuyết và phần mềm ứng dụng

Hình 2.1. Mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng
Khi mô phỏng v t liệu làm việc trong giai đoạn phi đàn hồi, có tính cơ học
thay đổi theo thời gian, lúc này quan hệ s = s(e) giữa ứng suất và biến dạng là quan
hệ phi tuyến.
Khi đó quan hệ giữa véc tơ ứng suất {s} và véc tơ biến dạng {e} có thể viết
d ới dạng: {s} = [Eep(e)]{e}
Trong đó:
+ Ma tr n [Eep(e)] là ma tr n đàn dẻo, là hàm của trạng thái biến dạng {e}
+ Trạng thái biến dạng {e} lại là hàm phụ thuộc vào các chuyển vị nút {U}:
{e} = [Dep(U)]{U}

(1)

Do đó ta có thể biểu diễn mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng d ới dạng
mối quan hệ giữa trạng thái ứng suất {s} và chuyển vị nút {U} nh sau:
{s} = [Eep(U)]{U}


(2)

Nh v y các hệ thức (1) và (2) hoàn toàn xác định đ ợc biến dạng và ứng suất
tại một điểm bất kỳ bên trong phần tử khi biết vec tơ chuyển vị {U} tại các nút của
phần tử.

GVHD: TS. Nguyễn Thành Tâm

Trang 10

HVTH: Dương Chí Thiện


Chương 2: Cơ sở lý thuyết và phần mềm ứng dụng

Hình 2.2. Quan hệ ứng suất – biến dạng : (a) vật liệu đàn hồi (b) vật liệu đàn – dẻo
Khi thử nghiệm kéo nén đúng tâm một mẫu v t liệu nếu ngoại lực tác dụng lên
mẫu v t ch a v ợt quá một giá trị nhất định thì mẫu v t vẫn còn làm việc trong
miền đàn hồi tuyến tính.Mô đun đàn hồi và mô đun đàn hồi tr ợt.

Hình 2.3. Thí nghiệm thực tế và miền giới hạn đàn hồi
 Đ nh lu t hooke:
Đồ thị t ơng quan giữa ứng suất kéo theo ph ơng (x1) và độ biến dạng tuân
theo quy lu t tuyến tính chính là đoạn thẳng ban đầu có độ dốc là tanα chính là hằng
số tỉ lệ E.
1 = E.1

GVHD: TS. Nguyễn Thành Tâm

Trang 11


HVTH: Dương Chí Thiện


Chương 2: Cơ sở lý thuyết và phần mềm ứng dụng
Trong đó: E: mô đun đàn hồi Young
: độ giãn dài
 Đ nh lu t Poisson:
Khi v t liệu bị giưn đơn trục thì sự giãn dài 1 đều kèm theo biến dạng ngang, nó trái dấu
và tỉ lệ với sự giưn dài theo định lu t Poisson: ε2 = ε3 = -ν. ε1 (trong đó ν là hệ số
Poisson không có thứ nguyên - theo thực nghiệm ν 0.5)
2 = 3
 Môđun đƠn h i tr

t.

Thử nghiệm v t liệu ở miền đàn hồi với trạng thái ứng suất tiếp cho ta quan hệ
giữa các ứng suất tiếp ở mặt bên của phân tố hình hộp và biến dạng tr ợt của các
mặt đó.

Hình 2.4. Mô tả quá trình biến dạng trượt của vật liệu
2.3. Xác đ nh các giá tr , thi t l p mô hình l t nghiêng theo tiêu chu n ECE R66.
2.3.1. Xác đ nh tr ng tâm c a xe.
2.3.1.1. Xác đ nh tr ng tâm theo chi u d c.
Đặt xe lên bàn cân nh Hình 2.5

GVHD: TS. Nguyễn Thành Tâm

Trang 12


HVTH: Dương Chí Thiện


Chương 2: Cơ sở lý thuyết và phần mềm ứng dụng

Hình 2.5. Sơ đồ khối lượng phân bố trên xe theo chiều dọc
G: Trọng l ợng toàn bộ của xe
G1: Trọng l ợng phân bố cầu tr ớc
G2: Trọng l ợng phân bố cầu sau
Theo sơ đồ phân bố ta có: G = G1 + G2
L p ph ơng trình cân bằng moment tại điểm tiếp xúc
∑

(

:

)

2.3.1.2. Xác đ nh tr ng tâm theo chi u cao.
Đặt xe lên bàn cân, nâng cao bánh tr ớc khoảng H = 0,5 ậ 1(m)nh Hình 2.6

GVHD: TS. Nguyễn Thành Tâm

Trang 13

HVTH: Dương Chí Thiện


Chương 2: Cơ sở lý thuyết và phần mềm ứng dụng


Hình 2.6.Cân xe lên bàn cân
G: Trọng l ợng toàn bộ của xe
G2: Trọng l ợng phân bố theo ph ơng thẳng đứng ở cầu sau
: Góc nghiêng đặt xe với α
G.cos, G2.cos: Vuông góc mặt phẳng tiếp xúc
G.sin, G2.sin: Song song với mặt phẳng tiếp xúc
L p ph ơng trình cân bằng moment tại tâm bánh xe tr ớc
∑

α

α(

α

)

Thay (2.1) vào (2.2) ta có:

∑

α

α(

)

α


α

GVHD: TS. Nguyễn Thành Tâm

Trang 14

HVTH: Dương Chí Thiện