(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu xác định ảnh hưởng các biến dạng khung vỏ ôtô samco bt3 đến hành khách khi va chạm giữa hai xe

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM ĐỨC THẮNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CÁC BIẾN DẠNG
KHUNG VỎ ÔTÔ SAMCO-BT3 ĐẾN HÀNH KHÁCH
KHI VA CHẠM GIỮA HAI XE

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246

S K C0 0 4 4 5 0

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM ĐỨC THẮNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CÁC BIẾN DẠNG
KHUNG VỎ ÔTÔ SAMCO-BT3 ĐẾN HÀNH KHÁCH
KHI VA CHẠM GIỮA HAI XE

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM ĐỨC THẮNG

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CÁC BIẾN DẠNG
KHUNG VỎ ÔTÔ SAMCO-BT3 ĐẾN HÀNH KHÁCH
KHI VA CHẠM GIỮA HAI XE

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246
Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN KHẮC HUÂN

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2014

Luan van


LỜI CẢM ƠN
Sau quá trình học tập và nghiên cứu, tơi đã hồn thành đề tài này và xin bày tỏ
lòng biết ơn đến:
Ban Giám Hiệu Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh,

Phịng Đào tạo sau Đại học, Khoa Cơ khí động lực Trường Đại học Sư phạm kỹ
thuật Tp. Hồ Chí Minh, cùng quý Thầy, Cô đã truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt
quá trình học tại trường.
TS. Nguyễn Khắc Huân (trường Đại học Ngơ Quyền) đã tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ tơi trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Các bạn học viên tập thể lớp CKO12B đã chia sẻ những buồn vui, khó khăn cũng
như nhiệt tình giúp đỡ tơi trong suốt q trình học.
Các bạn đồng nghiệp đã đóng góp và giúp đỡ tơi trong q trình thực hiện luận
văn.
Xin cảm ơn Gia đình và các anh chị em đã động viên giúp đỡ cả vật chất lẫn
tinh thần để tôi vượt qua mọi khó khăn để hồn thành luận văn.

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2014
Người thực hiện luận văn

Phạm Đức Thắng

v

Luan van


TÓM TẮT
Luận văn này đánh giá ảnh hưởng của vật liệu làm khung vỏ đến hành khách khi
va chạm bằng việc mô phỏng va chạm giữa hai xe trên phần mềm Ansys LS-DYNA và
phân tích dữ liệu trên phần mềm Hyperview và Hypergraph. Q trình bài tốn đã
khảo sát được tính khả thi của việc thay thế vật liệu thép truyền thống trong ngành sản
xuất ô tô tại Việt Nam bằng vật liệu mới composite.
Bên cạnh đó, q trình mơ phỏng cịn giúp tiết kiệm thời gian trong q trình
thực hiện đề tài nhờ cho phép người lập trình dễ dàng thay đổi góc độ va chạm, vận

tốc va chạm một cách linh động, dễ dàng đạt được hiệu quả kinh tế cao trong quá trình
thử nghiệm thực tế.
Luận văn gồm bốn chương:
Chương 1 Tổng quan, chương này đã trình bày được các kết quả nghiên cứu về
va chạm đạt được trong nước cũng như trên thế giới trước đây. Từ đó rút ra được va
chạm bên cịn là vấn đề mới cần phải tập trung nghiên cứu tại Việt Nam. Qua phân
tích luận văn cũng nêu được mục tiêu nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và nội
dung cơ bản của luận văn.
Chương 2 Cơ sở lý thuyết tính tốn và tiêu chuẩn an toàn cho hành khách khi
chịu tác động va chạm, chương này đã xác định cơ sở lý thuyết và đặc điểm của các
bài toán va chạm, xây dựng được hàm lực va chạm phụ thuộc vào thời gian, khối
lượng và vận tốc va chạm. bên cạnh đó, luận văn cũng đề cập các tiêu chuẩn đánh giá
an toàn cho hành khách khi xảy ra va chạm.
Chương 3 Phân tích đặc điểm kết cấu khung xương ơ tơ SAMCO-BT3 và mơ
hình hóa bằng phần mềm hỗ trợ, chương này phân tích ưu, nhược điểm của kết cấu
khung xương xe khách sử dụng tại Việt Nam, giới thiệu một số phần mềm sử dụng
trong luận văn, mơ hình hóa kết cấu khung xương SAMCO-BT3 bằng phần mềm
Solidworks.

vi

Luan van


Chương 4 Mô phỏng va chạm bên của ô tô, xác định ảnh hưởng của biến dạng
khung vỏ tới hành khách khi va chạm, chương này xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn
của khung xe SAMCO-BT3, mô phỏng va chạm giữa hai ơ tơ từ đó phân tích kết quả
đưa ra kết luận và kiến nghị.
Luận văn đã đạt được những kết quả nhất định về việc đánh giá ảnh hưởng của
biến dạng khung vỏ tới hành khách khi va chạm trong trường hợp va chạm bên.

Luận văn được thực hiện tại Khoa cơ khí động lực, trường Đại học sư phạm kỹ
thuật thành phố Hồ Chí Minh.

ABSTRACT
This thesis assessed the effects of material frame making to passengers in crash
by simulating on Ansys LS-DYNA and analyzing the datas on Hyperview and
Hypergraph. The aim of this simulation surveyed the feasibility of replacing traditional
steel in the automotive manufacturing industry in Vietnam with new composite
materials.
In addition, the simulation process also saves time in the process to implement
the project by allowing programmers to easily change the angle of impact, the velocity
of impact on a flexible, easy to achieve economic results during the actual test.
This thesis include four chapter:
Chapter one: Overview, this chapter demonstrate the results of previous researchs
on local and global in crash. The result of this survey told that the side impact is new
on local research so that it need to study in Việt Nam. Analyzed of datas, this thesis
has shown the aim, methodologies and the content of thesis.
Chapter two: Literature overview and the injury criteria’s for passenger car in
crash. This chapter assessed the base theory and characteristic of impact issues, the
formular of impacting depend on time, mass and velocity. Beside that the thesis
mentioned the injury criteria’s for passenger car in crash.

vii

Luan van


Chapter three: Analyzing the structuring of SAMCO-BT3 bus and simulating this
bus frame by software, this chapter analyzed the advantages and disadvantages of car
frames are using in Vietnam, introducted some software that supported this thesis and

designed the SAMCO-T3 in Solidworks.
Chapter four: Simulation of side impact, assess the effect of deformating of car
frame to passenger in crash. This chapter built the finite element of SAMCO-BT3 and
simulated the impact of two cars to analyzed the result and show the conclusion and
suggestion.
The thesis obtained the results to assessed the effect of deformation to passenger
on side impact.
The thesis conducted in Department of Automotive, University of Technical and
Education Ho Chi Minh city, Thu Duc district, Ho Chi Minh city.

viii

Luan van


MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa
Quyết định giao đề tài
Lý lịch khoa học
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Tóm tắt
Mục lục
Bảng chú thích các ký hiệu
Danh sách các bảng
Danh sách các hình
Mở đầu

Chƣơng 1 TỔNG QUAN
1.1 Thực tế sản xuất ô tô chở khách trên thế giới và Việt Nam
1.1.1 Tình hình sản xuất ô tô khách trên thế giới
1.1.2 Tình hình sản xuất ơ tơ khách ở Việt Nam
1.2 Tình hình an tồn giao thông tại Việt Nam trong những năm qua

iii
iv
v
vi
ix
xii
xiii
xiv
1
4
4
4
7
9

1.3 Những cơng trình nghiên cứu về va chạm trên Thế giới và Việt Nam.

13

1.3.1 Những cơng trình nghiên cứu về va chạm trên Thế giới.
1.3.1.1 Những nghiên cứu lý thuyết.
1.3.1.2 Những nghiên cứu thực nghiệm.
1.3.2 Những cơng trình nghiên cứu tại Việt Nam
1.3.3 Nhận xét về tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước

1.4 Các yêu cầu kỹ thuật của khung vỏ xe để đảm bảo an toàn giao thông
1.4.1 Các tác động về mặt thiết kế
1.4.2 Các bộ phận bảo vệ khung vỏ xe
1.5 Nhiệm vụ của luận văn và giới hạn đề tài
1.5.1 Mục tiêu đặt ra của luận văn là
1.5.2 Giới hạn đề tài
1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu
Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TỐN, CÁC TIÊU CHUẨN
ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CHO HÀNH KHÁCH KHI CHỊU TÁC ĐỘNG
VA CHẠM
2.1 Các khái niệm cơ bản của lý thuyết va chạm cổ điển.
2.1.1 Va chạm và quá trình va chạm.
2.1.2 Các định luật cơ bản của cơ học lý thuyết

13
13
16
17
18
20
20
21
21
22
22
23
26

ix

Luan van

26
26
27


2.2 Một số mơ hình va chạm có kể tới đặc tính của vùng va chạm
2.2.1 Mơ hình Macxoen đàn nhớt tuyến tínH
2.2.2 Mơ hình đàn nhớt phi tuyến
2.2.3 Mơ hình đàn nhớt Kelvin – Voight
2.3 Bài tốn va chạm ô tô
2.3.1 Các đặc điểm của quá trình va chạm giữa hai ô tô
2.3.1.1 Thời gian tiếp xúc trong quá trình va chạm
2.3.1.2 Độ dịch chuyển trong khi va chạm
2.3.1.3 Việc phanh xe trong q trình va chạm
2.3.2 Bài tốn va chạm của ơ tơ vào tường cứng
2.3.2.1 Đặc tính biến dạng của ca pô ô tô
2.3.1.2 Chuyển động của hành khách khi va chạm
2.3.3 Va chạm giữa hai xe
2.4 Các tiêu chuẩn an toàn hành khách khi chịu tác động va chạm
Chƣơng 3 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA KHUNG XƢƠNG
Ơ TƠ SAMCO-BT3 VÀ MƠ HÌNH HĨA BẰNG PHẦN MỀM HỖ TRỢ
3.1 Các loại xe khách cỡ lớn đang được sản xuất tại Việt Nam
3.2 Phân tích chung về ô tô khách cỡ lớn sản xuất trong nƣớc
3.2.1 Bố trí các cụm trên sát xi ơ tơ
3.2.2 Bố trí ghế
3.2.3 Bố trí cửa ơ tơ
3.2.4 Bố trí khoang để hành lý trên ô tô
3.3 Một số phần mềm ứng dụng để mô phỏng, kết cấu khung xƣơng ô tơ

SAMCO-BT3 và mơ hình hóa hình học trên phần mềm SolidWorks
3.3.1 Một số phần mềm ứng dụng để mô phỏng va chạm
3.3.1.1 Phần mềm Solidworks
3.3.1.2 Phần mềm Ansys LS-DYNA
3.3.1.4 Phần mềm Hyperworks
3.4 Mơ hình hóa ơ tơ SAMCO-BT3 do Tổng cơng ty ơ tơ Sài Gịn sản xuất
3.4.1 Khung gầm sử dụng để sản xuất SAMCO-BT3
3.4.2 Mơ hình hóa kết cấu khung xe SAMCO-BT3
3.3.2.1 Mảng xương sàn
3.3.2.2. Mảng xương mặt bên
3.3.2.3 Mảng xương nóc
3.3.2.4 Mảng xương mặt trước và sau
Chƣơng 4 MÔ PHỎNG VA CHẠM BÊN CỦA Ô TÔ, XÁC ĐỊNH ẢNH
HƢỞNG BIẾN DẠNG KHUNG VỎ TỚI HÀNH KHÁCH KHI VA
CHẠM

x

Luan van

27
28
29
30
31
31
31
32
33
35

35
38
40
41
45
45
45
45
46
49
51
52
52
53
54
55
56
56
59
60
65
66
67
70


4.1 Xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn và mô phỏng va chạm giữa hai xe
4.1.1 Các giả thiết trong q trình xây dựng mơ hình
4.1.2 Số liệu dùng giải bài tốn
4.1.3 Phương pháp mơ phỏng và thuật tốn

4.2 Xây dựng mơ hình phần tử hữu hạn của khung vỏ xe SAMCO-BT3
4.3 Một số kết quả đạt đƣợc sau va chạm
4.3.1 Kết quả tính ứng suất, biến dạng của vỏ xe và ảnh hưởng của nó tới
hành khách sau va chạm trong trường hợp vận tốc của xe bị va chạm bằng
0 km/h, còn vận tốc của xe va chạm có phương là 900, độ lớn V0 = 15
km/h.
4.3.2 Kết quả tính ứng suất, biến dạng của vỏ xe và ảnh hưởng tới hành
khách sau va chạm trong trường hợp vận tốc của xe bị va chạm bằng 0
km/h, cịn vận tốc của xe va chạm có phương là 270, độ lớn V0 = 15 km/h.
4.3.3 Kết quả tính ứng suất, biến dạng của vỏ xe và ảnh hưởng tới hành
khách sau va chạm trong trường hợp vận tốc của xe bị va chạm bằng 10
km/h, còn vận tốc của xe va chạm có phương là 900, độ lớn V0 = 20 km/h.
4.3.4 Kết quả tính ứng suất, biến dạng của vỏ xe và ảnh hưởng tới hành
khách sau va chạm trong trường hợp vận tốc của xe bị va chạm bằng 10
km/h, còn vận tốc của xe va chạm có phương là 430, độ lớn V0 = 48 km/h.

xi

Luan van

70
70
71
72
74
82
83

87

92

96


BẢNG CHÚ THÍCH CÁC KÝ HIỆU
STT

Tên các đại lượng

Đơn vị

Ký hiệu

1

Kích thước

Mi ni mét

mm

2

Diện tích

Mi ni mét vng

mm2

3

Thể tích

Mi ni mét khối

mm3

4

Khối lượng

Ki lô gam

Kg

5

Khối lượng riêng

Ki lô gam / Mi ni mét khối

Kg/mm3

6

Lực

Newton

N

7

Mô đun đàn hồi

Newton/ Mi ni mét vuông

N/mm2

8

Ứng suất

Newton/ Mi ni mét vuông

N/mm2

9

Thời gian

giây

s

10

Vận tốc

Mi ni mét/ giây

mm/s

11

Gia tốc

Mi ni mét/ giây bình phương

mm/s2

xii

Luan van


DANH SÁCH BẢNG SỐ
Trang
Bảng
6
Bảng 1.1: Tình hình tai nạn giao thông ở Việt Nam từ 2008  2013
Bảng 1.2: Tỷ lệ % các dạng va chạm ở Việt Nam năm 2008
7
Bảng 1.3: Tỷ lệ % các dạng va chạm ở một số nước
7
Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật sát xi ôtô DONG FENG
53
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật ô tô khách thành phố SAMCO_BT3
54

Bảng 3.3: Các thông số đặc trưng hình học mảng xương sàn
56
Bảng 3.4: Các lệnh xây dựng mơ hình khung xương mảng sàn
57
Bảng 4.1: Khối lượng, khối lượng riêng quy đổi cho các phần tử mơ
67
hình
Bảng 4.2: Thông số vật liệu thép các bon CT3
74
Bảng 4.3: Bảng thông số vật liệu composite High carbon fiber
74
Bảng 4.4: Các trường hợp mô phỏng
78
Bảng 4.5: Lực tác dụng lên hành khách theo tiêu chuẩn HIC
95

xiii

Luan van


DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Trang
Hình
Hình 1.1: Va chạm giữa hai ơ tơ khách
6
Hình 1.2: Nguy cơ tai nạn có liên quan đến hệ thống “Con người – Ơtơ
9
– Đường – Mơi trường”
Hình 1.3: Phương pháp xác định ảnh hưởng của biến dạng khung vỏ tới

20
hành khách khi chịu tác động va chạm bên
Hình 2.1: Mơ hình Macxoen đàn nhớt tuyến tính
24
Hình 2.2: Dạng đồ thị lực va chạm
25
Hình 2.3: Mơ hình Kelvin – Voight
26
Hình 2.4: Chuyển động quay của xe khi va chạm
31
Hình 2.5: Mơ hình động học của ơtơ khi xe va chạm vào vật cản cứng
32
Hình 2.6: Chuyển động của hành khách khi đâm xe
34
Hình 2.7: Biến dạng của vỏ xe sau khi hành khách va đập lên vỏ xe
34
Hình 3.1: Phương án bố trí động cơ ơtơ đặt đầu ơtơ
41
Hình 3.2: Phương án bố trí động cơ bố đặt cuối ơtơ
42
Hình 3.3: Phương án bố trí ghế 4 dãy trên ơtơ khách loại 50 chỗ
42
Hình 3.4: Phương án bố trí ghế 5 dãy trên ơtơ khách hai cửa lên xuống
43
Hình 3.5: Phương án bố trí ghế trên ơtơ khách loại 17 đến 25 chỗ
43
Hình 3.6: Phương án bố trí ghế trên ơtơ bt TRANSINCO
44
Hình 3.7: Bố trí ghế trên ơtơ bt hãng Mercedes – Ben
44

Hình 3.8: Bố trí ghế trên ơtơ bt hãng Renault
44
Hình 3.9: Phương án bố trí một bên một dãy và một bên hai dãy
45
Hình 3.10: Phương án bố trí một bên một dãy
45
Hình 3.11: Phương án bố trí một cửa ở đầu ơ tơ khách
46
Hình 3.12: Phương án bố trí một cửa ở giữa ơtơ khách
46
Hình 3.13: Phương án bố trí hai cửa trên ôtô khách
46
Hình 3.14: Phương án giá để hành lý ở trên nóc ơtơ
47
Hình 3.15: Phương án bố trí giá để hành lý ở trong ơtơ
47
Hình 3.16: Phương án bố trí giá để hành lý ở dưới sàn ơtơ
48
Hình 3.17: Tổng thể sát xi ơtơ DONG FENG
53
Hình 3.18: Ơtơ khách thành phố SAMCO-BT3
54
Hình 3.19: Khung xương mảng sàn ơtơ SAMCO-BT3
61
Hình 3.20: Khung xương mảng bên phải ơtơ SAMCO-BT3
62
Hình 3.21: Khung xương mảng bên trái ơ tơ SAMCO-BT3
62
Hình 3.22: Kết cấu khung xương mảng nóc ơtơ SAMCO-BT3
63

Hình 3.23: Kết cấu khung xương mảng trước và sau ơtơ SAMCO-BT3
64
Hình 3.25: Bản tổng thể ô tô khách SAMCO-BT3
64
Hình 4.1: Mô hình mô phỏng hai xe va chạm
67
Hình 4.2: Thuật tốn mơ phỏng
69
Hình 4.3: Biểu đồ chuyển vị và ứng xuất khi 2 xe va chạm
79

xiv

Luan van


Hình 4.4: Vị trí nút 120882
Hình 4.5: Đồ thị ứng suất tại nút 120882
Hình 4.6: Đồ thị chuyển vị nút 1208882 theo phương X
Hình 4.7: Đồ thị gia tốc theo phương X,Y,Z tại nút 120882
Hình 4.8: Đồ thị nội năng tại nút 120882
Hình 4.9: Đồ thị gia tốc theo phương X, Y, Z tại nút 137681
Hình 4.10: Đồ thị gia tốc theo phương X, Y, Z tại nút 347278
Hình 4.11: Đồ thị gia tốc theo phương X, Y, Z tại nút 349325
Hình 4.12: Đồ thị gia tốc khi tại nút 347278 khi sử dụng vật liệu thay
thế
Hình 4.13: Đồ thị gia tốc khi tại nút 349325 khi sử dụng vật liệu thay
thế
Hình 4.14: Hình ảnh va chạm giữa hai xe khi sử dụng vật liệu thay thế
composite

Hình 4.15: Mơ hình va chạm hai xe trong trường hợp góc va chạm 270
Hình 4.16: Đồ thị chuyển vị nút 137681 theo hướng X, Y, Z
Hình 4.17: Đồ thị chuyển vị nút 347278 theo hướng X, Y, Z
Hình 4.18: Đồ thị chuyển vị nút 349325 theo hướng X, Y, Z
Hình 4.19: Đồ thị gia tốc nút 137681 theo phương X, Y, Z
Hình 4.20: Đồ thị gia tốc nút 137681 theo phương X, Y, Z
Hình 4.21: Đồ thị gia tốc nút 349325 theo hướng X, Y, Z
Hình 4.22: Lực tác động lên hành khách trong trường hợp khung xe
bằng thép CT3
Hình 4.23: So sánh gia tốc tại nút 137681 với 2 vật liệu làm khung vỏ
khác nhau( màu xanh: composite, màu đỏ: thép CT3)
Hình 4.24: So sánh gia tốc tại nút 347278 với 2 vật liệu làm khung vỏ
khác nhau
Hình 4.25: So sánh gia tốc tại nút 349325 với 2 vật liệu làm khung vỏ
khác nhau
Hình 4.26: Hình ảnh va chạm giữa hai xe khi thay thế vật liệu
composite ở góc va chạm 270
Hình 4.27: Mơ hình va chạm khi hai xe trong trường hợp M2
Hình 4.28: Chuyển vị tại nút trên ngưới hành khách
Hình 4.29: Gia tốc theo phương X, Y, Z tại nút 137681
Hình 4.30: Gia tốc theo phương X, Y, Z tại nút 347278
Hình 4.31: Gia tốc theo phương X, Y, Z tại nút 34925
Hình 4.32: So sánh gia tốc tại nút 137681 với 2 vật liệu làm khung vỏ
khác nhau
Hình 4.33: So sánh gia tốc tại nút 347278 với 2 vật liệu làm khung vỏ
khác nhau
Hình 4.34: So sánh gia tốc tại nút 349325 với 2 vật liệu làm khung vỏ
khác nhau
Hình 4.35: Hình ảnh va chạm xe khi thay thế vật liệu làm khung vỏ

xv

Luan van

80
80
80
81
81
81
82
82
82
83
83
84
84
85
85
85
86
86
86
87
87
87
88
88
89
89

89
90
90
90
91
91


bằng thép CT3 bằng vật liệu composite.
Hình 4.36: Hình ảnh va chạm giữa hai xe khi thay thế vật liệu
composite
Hình 4.37: Mơ hình va chạm trong trường hợp xe va chạm có phương là

92
93

430, độ lớn V0=48 km/h
Hình 4.38: Chuyển vị các phương X, Y, Z tại nút 137681
Hình 4.39: Chuyển vị theo phương X, Y, Z tại nút 347278
Hình 4.40: Gia tốc tại nút 137681
Hình 4.41: Gia tốc tại nút 347278
Hình 4.42: Gia tốc tại nút 349325
Hình 4.43: Hình ảnh va chạm sau khi thay thế vật liệu composite

xvi

Luan van

93
93

94
94
94


MỞ ĐẦU
Qua hơn 10 năm thực hiện Nghị quyết IX của Đảng về việc phát triển ngành
cơng nghiệp nói chung và ngành cơng nghiệp ơ tơ nói riêng. Mặc dù nhà nước đã có
nhiều chính sách mở cửa thu hút vốn đầu tư trong và ngoài nước nhằm ưu tiên phát
triển các ngành công nghiệp và ngành công nghiệp ô tô được lựa chọn là ngành mũi
nhọn. Nhưng cho đến nay ngành công nghiệp ô tô chỉ mới chỉ phát triển theo chiều
rộng với sự góp mặt của nhiều doanh nghiệp (DN) tham gia (như Nhà máy ô tô 1-5,
Nhà máy ơ tơ 3-2, Xí nghiệp liên doanh sản xuất ơ tơ Hịa Bình, Cơng ty cổ phần ơ
tơ Thống Nhất – Thừa Thiên Huế, Công ty cổ phần HUYNDAI VINAMOTOR,
Công ty ô tô Trường Hải, Công ty ô tô Sài Gịn…), chứ chưa có những đầu tư chiều
sâu về cơng nghệ, máy móc, phát triển cơng nghiệp hỗ trợ.
Theo Nghị quyết IX của Đảng, mục tiêu đưa ra đối với ngành cơng nghiệp ơ
tơ tỷ lệ nội địa hóa là 40% vào năm 2005, 60% vào năm 2010 đối với loại xe thông
dụng (xe tải, xe khách, xe con), nhưng đến nay mới đạt bình quân khoảng 7 - 10%
đối với xe con (Thaco đạt 15 - 18%, Vinaxuki đạt khoảng 40%)...
Nếu như giai đoạn 2000 - 2005 thị trường ơ tơ có mức tăng trưởng 21,9%, giai đoạn
2006 - 2009 tăng tới 47,5% thì năm 2010 - 2012 mức tăng trưởng đã lùi về 21,6%.
Năm 2013, theo ước tính của Hiệp hội các nhà sản xuất ơ tơ Việt Nam (VAMA)
lượng xe bán ra đã tăng lên khoảng 109 nghìn xe.
Theo Viện Nghiên cứu Chiến lược chính sách công nghiệp, Bộ Công thương
dự báo, dung lượng thị trường đến năm 2020 từ khoảng 2 triệu đến 3,5 triệu xe ô tô
các loại. Điều này cho thấy thị trường còn rất nhiều tiềm năng phát triển, cơ hội cho
DN sản xuất ô tô nội là rất lớn.
Ngày 16/7/2014 vừa qua Thủ tướng Nguyễn Tấn Dũng đã ký Quyết định
1168/QĐ-TTg phê duyệt Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tơ Việt Nam

đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035. Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô
tô Việt Nam với mục tiêu phát triển ngành công nghiệp ô tô trở thành ngành cơng
nghiệp quan trọng của đất nước.
Theo đó, ngành công nghiệp ô tô sẽ đáp ứng tối đa nhu cầu thị trường nội địa
về các loại xe tải, xe khách thông dụng và một số loại xe chuyên dụng; phấn đấu trở

1

Luan van


thành nhà cung cấp linh kiện, phụ tùng và một số cụm chi tiết có giá trị cao trong
chuỗi sản xuất công nghiệp ô tô thế giới.
Để đạt được điều đó ngành cơng nghiệp ơ tơ Việt Nam cần đẩy mạnh phát
triển chiều sâu, đầu tư về mặt công nghệ cũng như thiết kế, thẩm định để tạo ra
những dòng xe đáp ứng được nhu cầu của xã hội, sản xuất các dịng xe thân thiện
với mơi trường và độ an toàn cao cần được đầu tư nghiên cứu.
Với ngành cơng nghiệp lắp ráp dịng xe khách (và chủ yếu việc sản xuất khung
vỏ xe) hiện tại vẫn làm theo qui trình chế tạo của nước ngồi, chưa có một qui trình
tính tốn thiết kế khung vỏ xe, đặc biệt là cho các loại xe mang thương hiệu Việt
Nam. Mặt khác cùng với sự phát triển của công nghiệp ô tô, hệ thống đường xá giao
thông chưa theo kịp đã xuống cấp nhanh, hệ thống cầu vượt trên các quốc lộ vẫn
còn đang trong giai đoạn xây dựng, hệ thống tín hiệu giao thơng tại các đoạn đường
giao nhau cịn nhiều hạn chế đã trở thành một trong các tác nhân đáng kể gây nên sự
hư hỏng của các cụm, hệ thống và đặc biệt là sự mất an toàn cho người, cho khung
vỏ ô tô do tai nạn va chạm giữa các xe ô tô, giữa xe ô tô với vật cản và các phương
tiện giao thơng khác.
Trước tình hình trên, đề tài “Nghiên cứu xác định ảnh hưởng của biến dạng
khung vỏ ô tô SAMCO-BT3 đến hành khách khi va chạm giữa hai xe”. Đây là
một đề tài có tính thời sự cao, rất có ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất của ngành

Công nghiệp ô tô, nhằm tạo ra các dòng sản phẩm đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng
trong cả nước và có sức cạnh tranh khi Việt Nam chính thức gia nhập WTO và là cơ
sở để kiểm tra, soạn thảo và ban hành tiêu chuẩn chung áp dụng cho thiết kế và
kiểm tra, thử nghiệm khung xương xe khách. Mục tiêu chính của đề tài là nghiên
cứu mơ phỏng q trình va chạm bên của xe khách để xác định biến dạng của khung
xương và ảnh hưởng của nó tới hành khách trong va chạm, nội dung của đề tài gồm
4 chương:
Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương 2 Cơ sở lý thuyết tính tốn, các tiêu chuẩn đánh giá an tồn cho hành
khách khi chịu tác động va chạm bên.
Chương 3 Phân tích đặc điểm kết cấu của khung xương ơ tơ SAMCO-BT3 và
mơ hình hóa bằng phần mềm hỗ trợ Solidworks.

2

Luan van


Chương 4 Mô phỏng va chạm của ô tô, xác định ảnh hưởng biến dạng khung
vỏ tới hành khách khi va chạm.
Đề tài được thực hiện tại Khoa Cơ khí động lực - Trường Đại học Sư phạm Kỹ
thuật Thành phố Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của Tiến sỹ Nguyễn Khắc Huân
(trường Đại học Ngô Quyền) và các thầy trong Bộ môn.

3

Luan van


Chƣơng 1

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Thực tế sản xuất ô tô chở khách trên thế giới và Việt Nam
1.1.1 Tình hình sản xuất ơ tơ khách trên thế giới
Sản xuất ô tô trên thế giới ngày nay tăng vượt bậc, ô tô trở thành một phương
tiện vận chuyển hành khách và hàng hóa vơ cùng quan trọng cho ngành kinh tế
quốc dân. Đồng thời trở thành phương tiện giao thơng tư nhân ở các nước có nền
kinh tế phát triển.
Để nắm rõ được vị trí của ngành Công nghiệp ô tô Việt Nam trên bản đồ thế
giới và trình độ cơng nghệ sản xuất ơ tơ ở Việt Nam, trước hết cần biết hiện trạng
ngành Công nghiệp ô tô thế giới. Hiện nay, trên thế giới nền Công nghiệp ô tô phát
triển chủ yếu tập trung tại các vùng sau: Mỹ, EU, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung
Quốc. Với kinh nghiệm nhiều năm, các tập đồn ơ tơ lớn luôn chiếm được thị phần
cao trong tổng số xe tiêu thụ hàng năm trên thế giới. Nhằm đáp ứng được các tiêu
chuẩn về mơi trường, an tồn ngày càng khắt khe của các nước và nhu cầu ngày
càng cao của người tiêu dùng về tiện nghi, chất lượng, giá thành, mẫu mã đã buộc
các nhà sản xuất phải không ngừng nâng cao, phát triển công nghệ sản xuất, quản
lý. Điều đó chính là động lực trực tiếp khiến cho ngành Công nghiệp ô tô trên thế
giới phát triển nhanh chóng.
Hiện nay, các nhà sản xuất tập trung đầu tư cho mẫu mã, quảng bá thương
hiệu, đảm bảo phần thiết kế kiểu dáng, bố trí chung tồn xe, trực tiếp sản xuất các
phần khung, vỏ, sát xi, lắp ráp và kiểm nghiệm đánh giá chất lượng tổng thể đảm
bảo các tiêu chuẩn về mơi trường và an tồn. Để mở rộng thị trường, xâm nhập các
thị trường tiềm năng trên thế giới, buộc các hãng ô tô lớn phải xây dựng hệ thống
sản xuất linh kiện, phụ tùng vệ tinh.
Với một hệ thống, mạng lưới rộng lớn, các hãng ô tô lớn muốn sản xuất, quản
lý tốt luôn đảm bảo chất lượng sản phẩm bán ra thị trường là đồng đều thì buộc họ
phải khơng ngừng áp dụng triệt để các tiến bộ khoa học công nghệ trong mọi khâu

4

Luan van


từ nghiên cứu đến sản xuất. Hơn nữa, giữa các nước có nền cơng nghiệp ơ tơ phát
triển phải cùng thống nhất đưa ra các tiêu chuẩn về môi trường, an toàn chung hoặc
các tiêu chuẩn phải tương đương nhau.
Hầu hết các tập đồn ơ tơ lớn trên thế giới đều xây dựng cho mình một hệ
thống quy chuẩn, muốn tham gia vào hệ thống sản xuất của các tập đồn lớn thì
buộc phải đáp ứng quản lý các mẫu mã, cụm tổng thành, chi tiết cấu thành lên sản
phẩm một cách chặt chẽ, đầy đủ và liên tục. Các nhà sản xuất linh kiện, phụ tùng vệ
tinh muốn đúng các tiêu chuẩn mà nhà sản xuất chính đặt ra cho linh kiện, phụ tùng
đó.
Chỉ nhờ có hệ thống quản lý về công nghệ, sản xuất chặt chẽ, hợp lý mới giúp
các nhà sản xuất lớn không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm, mở rộng thị
trường và kiểm soát được các dịng sản phẩm của mình trên thị trường. Đồng thời,
các nhà sản xuất mới xây dựng được mạng lưới bảo hành, bảo dưỡng, cung cấp phụ
tùng thay thế rộng khắp, nhanh chóng. Nhờ đó, các nhà sản xuất lớn mới đáp ứng
được mọi nhu cầu của khách hàng một cách nhanh chóng, tạo ra ưu thế thuận lợi
cho sản phẩm của mình trên thị trường. Tuy nhiên, các tập đồn cơng nghiệp ơ tơ
lớn trên thế giới họ phân tích và lựa chọn thị trường để đầu tư cho các nhà cung cấp
phụ tùng, linh kiện rất kỹ càng. Đối với thị trường Việt Nam trong thời gian qua còn
nhỏ, chưa phát triển, thuế suất còn cao khiến chi phí sản xuất lớn là một trong
những nguyên nhân mà các nhà sản xuất chưa đầu tư nhiều vào thị trường Việt
Nam.
Bên cạnh Việt Nam, các nước ASEAN như Thái Lan, Philippin, Malaysia đã
phát triển mạnh công nghiệp phụ tùng theo cơ chế luân chuyển phụ tùng của cùng
chủng loại xe giữa các công ty con của cùng công ty mẹ với thuế ưu đãi và từng
bước nâng cao năng lực thiết kế và thử nghiệm sản phẩm. Cơ chế này đã tận dụng
tối đa chất lượng quản lý, khả năng tiếp thị và chuyển giao công nghệ của các tập

đồn ơ tơ hàng đầu tạo nhiều việc làm và tăng giá trị xuất khẩu đáng kể cho công
nghiệp phụ tùng của các nước tham gia cơ chế này. Ngồi ra, bên cạnh Việt Nam
cịn có Trung Quốc với thị trường rộng lớn, có ngành cơng nghiệp ơ tơ đang phát

5

Luan van


triển mạnh mẽ đã hịa nhập vào cơng nghiệp tiên tiến của thế giới về kỹ thuật, công
nghệ, quản lý và tiếp thị đã tạo ra dịng sản phẩm có mẫu mã rất đa dạng, giá thành
hợp lý.
Một số loại kết cấu khung vỏ ô tô khách đang áp dụng trọng sản xuất:
 Khung xương bằng thép hộp, liên kết giữa các thanh khung xương bằng hàn,
bọc bằng vỏ tôn, một số bộ phận bao bọc bằng composite.
 Khung xương bằng thép dập định hình bọc vỏ bằng tơn.
 Khung xương bằng các thanh nhôm, liên kết giữa các thanh bằng đầu nối và
các bu lông liên kết bọc bằng các tấm hợp kim nhôm, một số bộ phận bằng
composite.
Kết cấu khung vỏ theo phương án 1 có giá thành hạ, có độ cứng vững và tính
cơng nghệ cao nên được áp dụng rộng rãi nhất.
Kết cấu khung vỏ theo phương án 2 có trọng lượng nhỏ nhưng cơng nghệ chế
tạo phức tạp, thường áp dụng cho xe khách cỡ nhỏ và cỡ trung.
Kết cấu khung vỏ theo phương án 3 có ưu thế trong cơng nghệ lắp ráp vì
khơng phải áp dụng công nghệ hàn. Tuy nhiên kết cấu theo phương án này có giá
thành cao, nên chỉ áp dụng cho các xe cao cấp.
1.1.2 Tình hình sản xuất ô tô khách ở Việt Nam
So với nền công nghiệp ô tô thế giới, nền công nghiệp ô tô Việt Nam cịn rất
non trẻ. Nhờ chính sách đổi mới, mở cửa nền kinh tế của Chính phủ, nên hiện nay ở
Việt Nam đã có một số doanh nghiệp tư nhân và 11 liên doanh có vốn FDI (vốn đầu

tư trực tiếp từ nước ngoài) đang sản xuất, lắp ráp các loại xe con, xe khách, xe tải
nhằm phục vụ nhu cầu trong nước.
Những năm gần đây, khi nền kinh tế Việt Nam phát triển mạnh mẽ, nhu cầu về
phương tiện đi lại tăng mạnh. Đặc biệt là chủ trương loại bỏ xe cũ, đổi mới phương
tiện phục vụ chuyên chở hành khách liên tỉnh và trong thành phố, các nhà sản xuất
ô tô lớn trên thế giới đã bắt đầu chú ý đầu tư vào thị trường ô tô Việt Nam nhiều
hơn. Các nhà sản xuất ơ tơ nước ngồi khơng chỉ có chú ý đến thị trường xe con mà
đã bắt đầu liên doanh sản xuất lắp ráp các loại xe khách như hãng: Mercedes,

6

Luan van


Daewoo với các dòng xe rất đa dạng gồm cả xe buýt phục vụ giao thông công cộng
tại các thành phố lớn. Các liên doanh không ngừng trang bị các dây chuyền lắp ráp
hiện đại, mở rộng mạng lưới bảo hành, bảo dưỡng trên khắp cả nước. Điều đó đã
tạo ra một bước phát triển mới cho ngành công nghiệp ô tô Việt Nam.
Đối với các cơ sở có vốn chủ yếu của Nhà nước do được phát triển và xây
dựng từ các cơ sở sửa chữa trung - đại tu ơ tơ. Hình thức này có từ vài chục năm
trước, cho nên nó mang tính cục bộ, rời rạc và chắp vá, thiếu những công nghệ phụ
trợ cơ bản. Các cơ sở chủ yếu làm việc theo cơ chế Nhà nước bao cấp, vì vậy khơng
có động lực phát triển, cải thiện, nâng cao chất lượng sản phẩm. Đến nay, nhiều cơ
sở hoạt động theo phương thức đó đã bị giải thể. Năm 2002 Thủ tướng Chính phủ
đã phê duyệt chiến lược phát triển ngành Công nghiệp ô tô tới năm 2010 và tầm
nhìn tới năm 2020. Theo quyết định này thì Nhà nước sẽ cấp phép cho các doanh
nghiệp có vốn đầu tư trong nước được tham gia đầu tư xây dựng các nhà máy sản
xuất lắp ráp các dịng xe thơng dụng với cơng nghệ phù hợp và giá thành hợp lý.
Hơn nữa, do nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, nhu cầu về phương
tiện đi lại, giao lưu giữa các vùng, miền tăng mạnh. Trong khi đó các sản phẩm xe

khách của các hãng sản xuất lớn trên thế giới chưa kịp xâm nhập thị trường Việt
Nam và giá thành còn rất cao. Vì vậy, các nhà máy sản xuất, lắp ráp xe khách có
vốn đầu tư trong nước đã tiêu thụ được các sản phẩm của mình. Trong giai đoạn
này, các nhà máy sản xuất, lắp ráp trên cả nước vẫn hoạt động một cách rời rạc,
chưa có sự liên kết, liên doanh giữa các nhà máy. Phương thức sản xuất tại các nhà
máy vẫn giản đơn, sản xuất đơn chiếc. Tuy nhiên, do thị trường trong nước thời kỳ
này cung không đủ cầu nên sản phẩm sản xuất ra đến đâu bán hết đến đó.
Những năm gần đây, do thị trường bắt đầu bão hòa, nhu cầu của người tiêu
dùng đòi hỏi tiện nghi, an toàn cao hơn. Nhà nước cho ban hành các tiêu chuẩn về
mơi trường, an tồn ngày càng khắt khe. Các hãng sản xuất ô tô lớn bắt đầu đầu tư
các dây chuyền lắp ráp ô tô khách hiện đại vào Việt Nam. Điều đó, buộc các nhà
máy sản xuất, lắp ráp ô tô trong nước phải chú trọng hơn đến công nghệ, quản lý,
sản xuất nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm hơn nữa, giảm giá thành sản phẩm và

7

Luan van


xây dựng qui trình sản xuất cơng nghiệp, tạo ra các dòng sản phẩm đáp ứng được
nhu cầu tiêu dùng trong nước và có sức cạnh tranh khi Việt Nam hội nhập cùng
WTO(tổ chức thương mại quốc tế).
Về công nghệ sản xuất khung vỏ ô tô khách ở Việt Nam hiện tại đang thực
hiện theo cả 3 hướng như các nước đang áp dụng là:
- Sản xuất ô tô theo cơng nghệ truyền thống có khung xương bằng thép, bọc
vỏ bằng tơn, có thể có một số phần vỏ được bọc bằng composite. Các phần được
bọc bằng composite thường là mảng đầu, mảng đi, mảng nóc xe và các cốp chứa
hàng. Phương án này được triển khai tại Công ty ô tô 1-5, Công ty ô tô 3-2, Công ty
ô tơ Sài Gịn, liên doanh Daewoo và các cơ sở sản xuất lắp ráp ô tô khách trong
nước.

- Khung xương bằng thép dập định hình bọc vỏ bằng tơn triển khai tại nhà
máy ô tô Ngô Gia Tự…
- Sản xuất ơ tơ khách theo mođun định hình hóa có khung bằng hợp kim nhơm
định hình, có vỏ bọc bằng các tấm hợp kim nhôm. Theo phương pháp này, các
thanh khung xương được liên kết với nhau bằng các khớp nối bu lông (không áp
dụng công nghệ hàn). Các tấm hợp kim nhôm được liên kết với khung xương bằng
các bu lông và bằng phương pháp dán keo. Phương án này được triển khai tại Công
ty liên doanh Mercedes.
Việc sản xuất khung vỏ xe khách theo cơng nghệ truyền thống có ưu điểm là
đơn giản, có kết cấu chắc chắn, gía thành hạ nên được áp dụng rộng rãi tại các cơ sở
sản xuất xe khách ở Việt Nam.
1.2 Tình hình an tồn giao thơng tại Việt Nam trong những năm qua
Trong những năm gần đây tình hình an tồn giao thơng có những diễn biến
phức tạp, tình trạng ùn tắc và tai nạn giao thông xảy ra nghiêm trọng nhất là ở thành
phố Hồ Chí Minh và Hà Nội. Từ năm 2000 trở lại đây do số lượng phương tiện giao
thông tăng rất lớn (năm 2001 khoảng 2 triệu phương tiện cả xe máy và ô tô) cùng
với một số nguyên nhân khác nên tai nạn giao thông tăng đột biến gây ra những tổn
thất lớn cho nhân dân và tài sản Nhà nước.

8

Luan van


Hình 1.1: Va chạm giữa hai ơ tơ khách
Theo những thống kê của Cục Cảnh sát giao thông đường bộ – đường sắt và
Ủy ban An tồn Giao thơng Quốc gia về tình hình tai nạn giao thơng đường bộ
trong những năm từ 2008 đến tháng 9 năm 2013 (bảng 1.1) cho thấy.
Bảng 1.1: Tình hình tai nạn giao thơng ở Việt Nam từ 2008  2013
(Trích số liệu thơng kê của Ủy ban An tồn giao thơng quốc gia)

Năm

Số vụ tai nạn giao thông đường bộ

Số người chết

Số người bị
thương

2008

11.522

10.397

7.413

2009

11.798

11.091

7.654

2010

14.442

11.449

10.633

2011

44.548

11.395

48.734

2012

36.376

9.838

38.060

9 -2013

24.369

7.812

24.387

Qua các thống kê trên có thể thấy số vụ tai nạn giao thông cũng như số người
chết và bị thương hàng năm rất nhiều, đặc biệt trong những năm gần đây thường
xảy ra các vụ tai nạn giao thông rất nghiêm trọng do va chạm của các xe ô tô gây ra

những thiệt hại rất lớn về người và xe. Cũng theo thống kê của Cục Cảnh sát giao

9

Luan van


thơng đường bộ – đường sắt, qua phân tích các số liệu về va chạm giữa hai xe trong
năm 2010 có thể phân loại các dạng va chạm cụ thể như bảng (1.2).
Bảng 1.2: Tỷ lệ % các dạng va chạm ở Việt Nam năm 2010
(Trích số liệu của Cục Cảnh sát giao thông đường bộ - đường sắt)
Dạng va chạm

Số vụ tai nạn ô tô

Tỷ lệ %

Va chạm trực diện

1482

53,6%

Va chạm bên

886

32,1%

Va chạm sau

216

7,8%

Nóc và gầm xe

76

2,7%

Va chạm khác

104

3,8%

2764

100%

Tổng số

Theo các số liệu của một số nước như Viện nghiên cứu an tồn giao thơng
(Mỹ), Cục quản lý phương tiện giao thông liên bang (Đức) v.v… trên cơ sở phân
tích các tai nạn thực cho thấy các vùng phân bố va chạm trên xe thể hiện như bảng
(1.3).
Bảng 1.3: Tỷ lệ % các dạng va chạm ở một số nước.
(Trích số liệu các dạng va chạm từ sách The Passenger car body)
Mỹ (1993)

Đức (1989)

Anh (1986)

Nhật (1989)

Va chạm trực tiếp

51,5%

58,3%

66,7%

61,3%

Va chạm bên

29,6%

22,1%

23,1%

15%

Va chạm sau

3,8%

10,8%

6,3%

5,1%

Nóc và gầm xe

3,6%

1,6%

1%

7,1%

Va chạm khác

11,5%

7,2%

2,9%

11,5%

Tổng số

100%

100%

100%

100%

Dạng va chạm

Qua các thống kê về va chạm tại Việt Nam và một số nước công nghiệp phát
triển ta thấy số vụ va chạm bên cũng rất lớn. Va chạm bên cũng làm thiệt hại nặng

10

Luan van