Hoàn thiện, thiết kế công nghệ lắp ráp dòng xe mini buýt thông dụng từ 6 + 8 chỗ ngồi mang nhãn hiệu Việt Nam Phần tính biến dạng và tính ứng suất vỏ xe

BCN
VSAE
CATD
Bộ Công nghiệp
Hội Kỹ s ô tô Việt Nam
Trung tâm phát triển công nghệ ô tô
=====o0o=====




Báo cáo tổng kết khoa học kỹ thuật Dự án


Hoàn thiện thiết kế, công nghệ chế tạo và lắp ráp dòng xe mini
buýt thông dụng 6 ữ 8 chỗ ngồi mang nhn hiệu Việt Nam

Mã số: KC.05.DA.13

______________________________


Phần tính biến dạng và ứng suất vỏ xe



PGS.TS. D Quốc Thịnh

6091-3
07/9/2006

Hà Nội, 06-2006
Mục lục


1. Giải bài toán tính biến dạng của vỏ xe bằng phơng pháp phần tử hữu hạn (PTHH) 1
1.1. Một số khái niệm của phơng pháp PTHH 1
1.2. Chơng trình phân tích kết cấu ANSYS 3
1.2.1. Tổng quan về ANSYS 3
1.2.2. Kết cấu phần mềm ANSYS 4
1.2.3. Cấu trúc tệp dữ liệu vào và dạng dữ liệu ra của ANSYS. 9
1.3. Cơ sở thiết lập mô hình PTHH của vỏ xe. 10
1.3.1. Đặc điểm, phân loại và tải trọng tác dụng lên khung vỏ xe 10
1.3.2. Kỹ thuật phân mảnh cấu trúc ô tô 12
1.3.3. Cơ sở và phơng pháp xác định lới nút và PTHH. 13
1.4. Xây dựng mô hình PTHH của vỏ xe mini buýt 8 chỗ ngồi sử dụng cho
chơng trình ANSYS. 13
1.4.1 Giả thiết và các bớc xây dựng mô hình 13
1.4.2. Xác định hệ toạ độ chung. 14
1.4.3. Phân mảnh cấu trúc vỏ xe minibus 8 chỗ ngồi 15
1.4.4. Xác định các nút, lới, và gán các phần tử trên từng mảnh 19

1.4.5. Mô hình tính của bài toán xác định biến dạng và ứng suất của vỏ xe MEFFA 21
2. Tính toán biến dạng và ứng suất của vỏ xe minibus 8 chỗ ngồi. 22
2.1. Xác định tải trọng động cho bài toán động sử dụng hàm thời gian. 22
2.2. Một số kết quả tính toán ứng suất và biến dạng vỏ xe minibus 8 chỗ ngồi 23
2.2.1. Trờng hợp vận tốc ban đầu của xe va chạm V0 =15km/h, phơng va chạm 900 24
2.2.2. Trờng hợp vận tốc ban đầu của xe va chạm V0 =20km/h, phơng va chạm
900, còn xe bị va chạm có vận tốc bằng 0. Các kết quả đợc trình bày trên hình(14) .25
2.2.3. Trờng hợp vận tốc ban đầu của xe va chạm V0 =48km/h, phơng va chạm
430, còn xe bị va chạm có vận tốc bằng 0. Các kết quả đợc trình bày trên hình(15) .26
















- 1 -
tính biến dạng và ứng suất vỏ xe minibus 6-8 chỗ ngồi

1. Giải bài toán tính biến dạng của vỏ xe bằng phơng pháp phần tử hữu hạn
(PTHH).

1.1. Một số khái niệm của phơng pháp PTHH
Phơng pháp PTHH là phơng pháp giải các bài toán kết cấu kế thừa t tởng của
phơng pháp xấp xỉ hàm và phơng pháp sai phân hữu hạn.
Trong phơng pháp PTHH, vật thể liên tục đợc thay thế bằng một số hữu hạn
các phần tử rời rạc có hình dạng đơn giản, nối với nhau ở một số điểm đợc qui định
gọi là nút. Các phần tử này giữ nguyên tính chất liên tục trong phạm vi của mỗi phần
tử, nhng do có hình dạng đơn giản và kích thớc bé nên cho phép nghiên cứu nó dễ
dàng hơn trên cơ sở các qui luật về phân bố chuyển vị và nội lực. Biến dạng và ứng suất
bên trong phần tử cũng đợc biểu diễn theo chuyển vị nút. Vì vậy có thể dùng nguyên
lý chuyển vị khả dĩ hoặc nguyên lý cực tiểu thế năng để đa ra phơng trình cân bằng
cho phần tử với các chuyển vị nút là ẩn số.
Các đặc trng cơ bản của mỗi phần tử đợc xác định và mô tả dới dạng các ma
trận độ cứng của các phần tử. Các ma trận này đợc sử dụng để ghép các phần tử thành
một mô hình rời rạc hoá của kết cấu thực cũng dới dạng một ma trận độ cứng của cả
kết cấu.
Các tác động ngoài gây ra nội lực và chuyển vị của kết cấu đợc qui đổi về các
ứng lực tại nút và đợc mô tả trong ma trận tải trọng nút tơng đơng. Các ẩn số cần
tìm là các chuyển vị nút (hoặc nội lực tại các nút) đợc xác định trong ma trận chuyển
vị nút hoặc ma trận nội lực nút. Các ma trận độ cứng, ma trận chuyển vị nút, ma trận
tải trọng đợc gọi là các ma trận cơ bản quan hệ với nhau trong phơng trình cân bằng
theo qui luật tuyến tính hay phi tuyến tuỳ thuộc vào ứng xử thật của kết cấu.
Thuật toán của phơng pháp PTHH đợc xây dựng dựa trên việc xác lập các ma
trận cơ bản và qui luật liên hệ giữa các ma trận này để có thể phản ánh gần đúng cách
ứng xử thật của kết cấu và các tác động lên kết cấu.
Mô hình toán của phơng pháp PTHH là hệ các phơng trình đại số tuyến tính
hoặc phi tuyến. Điều kiện tồn tại nghiệm của hệ phơng trình này đợc mô tả qua các
điều kiện liên kết của kết cấu thờng gọi là các điều kiện biên của bài toán.
- 2 -
Thông thờng các phần mềm phân tích kết cấu hiện nay đều có thể tính toán cho
các trạng thái tĩnh và động.

Phân tích kết cấu trong bài toán tĩnh là giải hệ phơng trình tuyến tính.

[]
RuK


=.
(1)
Trong đó :
[
]
K - ma trận độ cứng,

u

- véc tơ các kết quả chuyển vị,

R

- véc tơ các lực.
Phân tích kết cấu trong bài toán động có nhiều dạng: Phân tích theo trạng thái dao
động điều hoà, phân tích theo trị riêng và các véc tơ riêng, phân tích phổ phản ứng hay
hàm thời gian.
Khi tính toán kết cấu chịu tải trọng động theo phổ phản ứng hoặc khi phân theo
hàm thời gian dùng phơng pháp xếp chồng, cần phải xác định các dạng dao động tự
do có lực cản và tần số dao động của hệ. Điều này đi đến giải nghiệm của bài toán trị
riêng sau:

[][] [ ][]
[

]
2
= MuK (2)
Trong đó :

[]
K : ma trận độ cứng,

[]
M : ma trận chéo khối lợng,

[
]
2
: ma trận chéo của các trị riêng,

[
]
: ma trận của các véc tơ riêng tơng ứng.
Phơng trình cân bằng động kết hợp với phản ứng của kết cấu với phổ gia tốc
nền có thể viết:
[] [] [ ]
g
WMuMuCuK

&&

&

=++ (3)
Trong đó :

[
]
K : ma trận độ cứng,

[
]
C : ma trận cản

[
]
M : ma trận chéo khối lợng,

g
W

: gia tốc nền

uuu
&
&

&

,, : các véc tơ chuyển vị, vận tốc, gia tốc của nút.
- 3 -
Sau khi giải hệ phơng trình trên xác định đợc các ẩn số là các chuyển vị nút, có
thể tiếp tục xác định trờng ứng suất, biến dạng của kết cấu theo qui luật đã biết của cơ

học.
Thuật toán tổng quát của phơng pháp PTHH bao gồm các bớc sau:
Bớc 1). Rời rạc hoá các kết cấu thực thành một lới các phần tử chọn trớc mô
tả dạng hình học của kết cấu và phù hợp với yêu cầu chính xác của bài toán.
Bớc 2). Xác định các ma trận cơ bản cho từng phần tử.
Bớc 3). Ghép các ma trận cơ bản cùng loại thành ma trận kết cấu theo trục toạ
độ chung của cả kết cấu.
Bớc 4). Đa điều kiện biên vào ma trận độ cứng của kết cấu để khử dạng suy
biến của nó.
Bớc 5). Giải hệ phơng trình để xác định ma trận chuyển vị nút của cả kết cấu.
Bớc 6). Từ chuyển vị nút xác định nội lực cho từng phần tử.
Bớc 7). Vẽ biểu đồ nội lực của kết cấu.
Trong phần này tập trung nghiên cứu khả năng tính toán biến dạng và ứng suất
của vỏ xe bằng các phần mềm phân tích kết cấu trên cơ sở của phơng pháp PTHH.
Các phần mềm tính toán biến dạng và ứng suất theo PTHH hiện nay có khá nhiều,
trong đó phần mềm ANSYS hiện đang sử dụng phổ biến ở Việt Nam. Để có thể phân
tích kết cấu vỏ xe bằng phần mềm này cần xây dựng mô hình PTHH của vỏ xe và xác
định điều kiện biên cũng nh điều kiện tải trọng tác dụng lên chúng. Để nắm đợc
trình tự và xây dựng bài toán tính biến dạng và ứng suất vỏ xe trong ANSYS, trớc hết
cần giới thiệu sơ lợc về ANSYS và khả năng ứng dụng của nó.
1.2. Chơng trình phân tích kết cấu ANSYS
1.2.1. Tổng quan về ANSYS
ANSYS là một gói phần mềm FEA (Finite Element Analysis) hoàn chỉnh dùng để
mô phỏng, tính toán, thiết kế trong công nghiệp, ANSYS đã và đang đợc sử dụng rộng
rãi trên toàn thế giới trong hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật nh: Kết cấu; nhiệt; dòng
chảy; điện, tĩnh điện; điện từ và tơng tác giữa các môi trờng, các hệ vật lý.
ANSYS/ Multiphysics là sản phẩm tổng quát nhất của ANSYS, nó chứa tất cả các
khả năng của ANSYS và bao trùm tất cả các lĩnh vực kỹ thuật.
Có ba sản phẩm thành phần chính dẫn xuất từ ANSYS/ Multiphysics là:
- ANSYS/ Mechanical: tính toán kết cấu và nhiệt.

- 4 -
- ANSYS/ Emag: tính toán điện từ.
- ANSYS/ Flotran: tính toán dòng chảy (Computational Fluid Dynamics CFD) Sơ đồ
cấu trúc của nó đợc thể hiện trên hình (1)
Ngoài ra còn có các sản phẩm khác:
- ANSYS/LS-DYNA: Giải quyết các vấn đề kết cấu có độ phi tuyến cao ( nh
bài toán động lực học biến dạng lớn trong cơ học )
- DesignSpace: là một công cụ gọn nhẹ cho phép phân tích và thiết kế nhanh trong
môi trờng CAD khác nhau (ví dụ: SolidWorks, Autodesk products, SolidEdge,
Unigraphics ).
- ANSYS/ ProFEA: cho phép phân tích và tối u thiết kế trong môi trờng CAD pro/
ENGINER











Hình 1 Sơ đồ cấu trúc phần mềm ANSYS/Multiphysics
1.2.2. Kết cấu phần mềm ANSYS
Về mặt cấu trúc, phần mềm ANSYS chia thành 3 mô đun lớn:
- Modul Tiền xử lí (Preprocessing)
- Modul Giải (Solution)
- Modul Hậu xử lí (Postprocessing)
(1) Modul Tiền xử lí (Preprocesing)

Modul này cho phép ngời dùng có thể chuẩn bị những thao tác để cho quá trình
giải bao gồm xây dựng mô hình hình học, định kiểu phần tử, lựa chọn mô hình vật liệu,
chia lới phần tử hữu hạn, đặt tải
- 5 -
Xây dựng mô hình hình học.
Dựng mô hình hình học trong ANSYS có thể theo 2 khả năng: Xây dựng trực tiếp
và xây dựng gián tiếp.
Phơng pháp thứ nhất là có thể dựng trực tiếp mô hình hình học trên giao diện đồ
hoạ của ANSYS thông qua các lệnh mô hình. Có thể dựng trực tiếp mô hình bằng các
khối cơ sở rồi sử dụng các phép toán lôgic để có thể tạo đợc những mô hình phức tạp
hơn. Nếu mô hình phức tạp thì thao tác bắt đầu từ các điểm, rồi từ đó dựng thành
đờng, miền và khối thông qua các lệnh xử lý về đồ hoạ trong ANSYS. Phơng pháp
này có u điểm là toàn bộ dữ liệu của mô hình hình học của bài toán đợc đa vào trực
tiếp nên không có sai lệch khi chuyển đổi dữ liệu.
Phơng pháp thứ hai là xây dựng mô hình từ những phần mềm thiết kế mạnh nh
Pro/ Engineer, Catia, SolidWork rồi liên kết với Ansys để đa mô hình hình học vào.
Ưu điểm của phơng pháp này là có thể dựng đợc những mô hình rất phức tạp nhng
trong quá trình chuyển đổi lại gây ra một sai số nhất định, đặc biệt rất khó điều khiển
toạ độ cũng nh tơng quan vị trí giữa các bộ phận.
Định kiểu phần tử
* Chọn kiểu phần tử là một bớc quan trọng, nó xác định những đặc trng dới
đây của phần tử:
+ Bậc tự do ( Degree of Freedom, DOF ). Ví dụ: Một kiểu phần tử nhiệt có một
DOf: TEMP (nhiệt độ), trong khi một kiểu phần tử kết cấu có thể có tới 6 DOf: UX,
UY, UZ, RX, RY, RZ (ba thành phần chuyển vị dài theo trục và ba thành phần chuyển
vị góc quanh ba trục).
+ Dạng phần tử: hình lục diện, hình tứ diện, hình tứ giác, hình tam giác,
+ Không gian: 2D hoặc 3D.
+ Dạng giả thiết của trờng chuyển vị: bậc nhất hoặc bậc hai.
Ansys có một th viện gồm hơn 150 kiểu phần tử để ngời dùng lựa chọn.

* Phân loại phần tử:
+ Các phần tử một chiều:
- Phần tử thanh (Spar): LINK8, LINK180
- Phần tử dầm (Beam): BEAM4, BEAM23, BEAM54
- Phần tử lò xo (Spring)
+ Các phần tử vỏ: SHELL51, SELL61, SELL163
- 6 -
+ Các phần tử khối 2D: PLANE25, PLANE42,
- Dùng để tạo mô hình mặt cắt ngang của những đối tợng khối 3D.
- Phải đợc mô hình hoá trong mặt phẳng X-Y của hệ toạ độ Đề các tổng thể.
- Tất cả các tải đều nằm trong mặt phẳng X-Y, và các ứng xử (các chuyển vị)
cũng nằm trong mặt phẳng X-Y.
- ứng xử của phần tử có thể thuộc một trong các bài toán sau: ứng suất phẳng,
biến dạng phẳng, đối xứng trục, điều hoà đối xứng trục.
+ Các phần tử khối 3D: SOLID92, SOLID95,SOLID164, SOLID185,
- Dùng cho những kết cấu mà do mô hình hình học, vật liệu, tải, hoặc do yêu cầu
kết quả chi tiết không thể mô hình hoá bằng những phần tử đơn giản hơn.
- Dùng để khi mô hình hình học đợc nhập từ các hệ CAD 3D, mà nếu chuyển
sang mô hình 2D hoặc vỏ thì sẽ mất nhiều thời gian.
+ Một số dạng phần tử đặc biệt: COMBIN14, MASS21, MATRIX50,
ANSYS còn có khả năng cho phép ngời dùng định nghĩa phần tử riêng tuỳ từng
trờng hợp cụ thể. Ngoài ra đối với từng bài toán ANSYS phân chia thành các lớp phần
tử riêng nh lớp phần tử dùng cho bài toán cấu trúc, lớp phần tử dùng cho bài toán
phân tích dòng chảy, lớp phần tử dùng cho bài toán nhiệt, Phần tử dùng trong mỗi lớp
bài toán có những yêu cầu riêng cũng nh các thông số đầu vào và đầu ra khác nhau.
Mô hình vật liệu
Mỗi phân tích đòi hỏi nhập vào một vài thuộc tính vật liệu: Mô đun đàn hồi E
x

đối với những phần tử kết cấu, độ dẫn nhiệt K

xx
đối với những phần tử nhiệt
ANSYS cung cấp cho ngời dùng th viện vật liệu với rất nhiều mô hình vật liệu
khác nhau ứng dụng trong các bài toán khác nhau: mô hình vật liệu đẳng hớng, dị
hớng, đàn hồi phi tuyến, dẻo phụ thuộc tốc độ biến dạng, siêu đàn hồi
Chia lới phần tử
Có hai phơng pháp chia lới chính: chia tự do và có qui tắc.
+ Chia tự do nh (hình 2 a):
- Không hạn chế dạng phần tử.
- Lới không đi theo bất kì mẫu nào.
- Thích hợp cho những dạng thể tích và diện tích phức tạp
+ Một số qui tắc chia lới phần tử:
- Hạn chế dạng phần tử: dạng tứ giác cho diện tích và dạng lục giác cho thể tích.
- 7 -
- Có một mẫu đều đặn với những dãy phần tử rõ ràng
- Thích hợp duy nhất cho những thể tích hoặc diện tích "đều đặn" ví dụ nh hình
chữ nhật hay hình hộp





(a) (b)

(a) (b)
Hình 2 Các phơng pháp chia lới
a) Phơng pháp chia lới tự do
b) Phơng pháp chia lới có qui tắc

Tuỳ từng bài toán và đặc điểm cụ thể ngời dùng có thể quyết định chia lới theo

một trong hai kiểu trên. Kiểu chia lới tự do thờng đợc áp dụng trong bài toán kết
cấu, kiểu chia lới có qui tắc thờng đợc áp dụng trong bài toán phân tích biến dạng
lớn.
Mật độ lới:
Nguyên tắc cơ bản của FEA là khi số phần tử (mật độ lới) tăng lên, thì lời giải
FEA càng tiến gần đến lời giải chính xác. Tuy nhiên, khi số phần tử tăng lên thì thời
gian tính toán và nhu cầu về tài nguyên máy tính cũng tăng lên.
(2) Modul giải (Solution).
Tải trọng trong ANSYS
* Tải trọng áp đặt vào mô hình trong ANSYS đợc chia thành một số dạng cơ bản
nh sau:
- Những ràng buộc DOF: áp đặt bằng DOF, ví dụ nh chuyển vị trong một phân
tích ứng suất, hoặc nhiệt độ trong một phân tích nhiệt.
- Tải tập trung (Concentrated load): Tải đặt vào điểm, ví dụ nh lực hoặc tiêu thụ
dòng nhiệt.
- Tải bề mặt (Surface load): Tải phân bố trên toàn bộ một bề mặt.
- 8 -
- Tải vật thể (Body load): Tải thể tích hoặc tải trờng, ví dụ nhiệt độ (gây nên
giãn nở nhiệt) hoặc sự sinh nhiệt bên trong.
- Tải quán tính (Inertia load): Tải khối lợng kết cấu hoặc tải quán tính, ví dụ
trọng lực hoặc vận tốc quay.
* Với mỗi kiểu bài toán khác nhau sẽ có loại tải khác nhau:
- Đối với bài toán phân tích cấu trúc, tải có thể là: chuyển vị theo các phơng, lực
tác dụng theo các phơng ( bao gồm lực khối , lực mặt), áp suất, nhiệt độ (cho trờng
hợp biến dạng nhiệt) và gia tốc trọng trờng
Có thể đặt tải trên mô hình hình học hoặc trực tiếp trên mô hình FEM (các nút và
các phần tử). Dù cho cách đặt tải nh thế nào, thì FEM cũng cần có tải trên mô hình
phần tử hữu hạn. Vì thế, tải đặt trên mô hình hình học sẽ đợc tự động chuyển đổi đến
các nút và phần tử trong quá trình giải.
Các tuỳ chọn giải

* Các phân tích tĩnh và động lực học:
- Một phân tích tĩnh đợc giả thiết rằng chỉ có các lực liên quan đến độ cứng là
quan trọng. Một phân tích động lực học tính đến cả ba dạng lực, thờng sẽ phải tính
đến lực quán tính và lực cản nếu tải áp đặt thay đổi nhanh theo thời gian.
- Vì vậy có thể dùng tính chất phụ thuộc thời gian của tải để chọn giữa hai kiểu
phân tích tĩnh và động lực học. Nếu tải là hằng số trong một khoảng thời gian tơng
đối dài, thì chọn phân tích tĩnh, còn không thì chọn phân tích động lực học.
* Phân tích tuyến tính và phi tuyến:
+ Một phân tích tuyến tính với giả thiết rằng tải áp đặt vào làm thay đổi không
đáng kể đến độ cứng của kết cấu. Các dấu hiệu điển hình:
- Chuyển vị nhỏ.
- Biến dạng và ứng suất nằm trong miền đàn hồi.
- Không có những thay đổi đột ngột trong độ cứng, ví dụ nh hai vật thể vào hoặc
ra khỏi tiếp xúc.
+ Một phân tích phi tuyến là cần thiết nếu tải áp đặt làm thay đổi nhiều độ cứng
của kết cấu. Các nguyên nhân cơ bản dẫn đến sự thay đổi độ cứng của kết cấu là:
- Biến dạng ra khỏi vùng đàn hồi (dẻo).
- Chuyển vị lớn, ví dụ nh tải áp đặt trên một cần câu.
- Tiếp xúc giữa hai vật thể.
- 9 -
(3) Modul hậu xử lí (Postprocessing).
Hậu xử lí là khâu quan trọng trong các bớc phân tích bài toán. ANSYS cung cấp
hai mô đun hậu xử lí để lu trữ kết quả phân tích tính toán. Đó là modun xử lí kết quả
tổng quát POST1 và mô đun xử lí kết quả theo thời gian POST26.
Modun POST1 cho phép hiển thị kết quả dới dạng: Các đờng đồng mức (thể
hiện sự thay đổi ứng suất, biến dạng ), biến dạng (mức độ và phân bố biến dạng dới
tác dụng của tải trọng), véc tơ (véc tơ chuyển vị, xoay ), phản lực, dòng chảy và
chuyển đổi dòng chảy.
Sử dụng modun POST26 để hiển thị kết quả phân tích dới dạng hàm của thời
gian, có thể xây dựng các dạng của đồ thị nh đồ thị ứng suất tại nút theo thời gian

1.2.3. Cấu trúc tệp dữ liệu vào và dạng dữ liệu ra của ANSYS.
Trong phần này trình bày sơ lợc cấu trúc tệp dữ vào của ANSYS, chi tiết xem
trong tài liệu [22]. Dữ liệu vào của sơ đồ kết cấu đợc tổ chức thành tệp dạng văn bản
(text), trong đó có thể sử dụng sự lựa chọn tự sinh và các kỹ thuật nhập số liệu khác
cho phép nhập dữ liệu rất nhanh và tiện lợi. Tệp dữ liệu đa vào của ANSYS đợc tổ
chức dới dạng văn bản bao gồm 15 khối dữ liệu độc lập theo kiểu riêng biệt với dòng
ngăn cách cho từng khối . Các khối dữ liệu của ANSYS đợc trình bày trong bảng 1

Bảng 1. Các khối dữ liệu của ANSYS
Tên khối dữ liệu Chức năng
1. Change Title
2. Parameters
3. Element Type
4. Real Constans
5. Material Prop
6. Modeling - Create
7. Modeling - Operate
8. Mesh tools
9.Structural- Force/Moment

10. Structural - Pressure
11. Structural - Temperature
Thông tin về tiêu đề bài toán
Thông tin về đơn vị đo
Xác định các loại phần tử
Xác định các thông số hình học của phần tử
Định nghĩa thuộc tính vật liệu
Xây dựng mô hình cơ bản
Các toán tử lôgic hoặc kéo dãn phần tử
Chia lới các phần tử

Dữ liệu tải trọng tại nút (lực tập trung và mô men
tập trung)
Dữ liệu tải trọng phân bố hoặc áp suất
Dữ liệu về tải trọng nhiệt
- 10 -
12. Structural - Other
13.Structural - Displacement
14. Analysis Type
15. General Postprocessing
Dữ liệu về các loại tải trọng khác
Chọn bậc tự do cần hạn chế
Chọn dạng bài toán để giải
Hiển thị kết quả

1.3. Cơ sở thiết lập mô hình PTHH của vỏ xe.
1.3.1. Đặc điểm, phân loại và tải trọng tác dụng lên khung vỏ xe.
(1). Phân loại và yêu cầu đối với khung vỏ xe.
Khung vỏ xe là phần tử chịu lực chính của xe, là cơ sở lắp đặt các cụm, hệ thống
của xe. Khung vỏ xe có kết cấu khá đa dạng và phức tạp, do vậy việc phân loại khung
vỏ xe có tính tơng đối. Phụ thuộc vào công dụng, bố trí chung của các loại xe và đặc
điểm chịu lực, khung vỏ xe có thể đợc chia làm ba loại: Khung chịu lực; vỏ chịu lực
và loại hỗn hợp.
Khung vỏ xe cần bảo đảm độ cứng vững cao, độ biến dạng nhỏ, độ bền và độ bền
lâu. Muốn vậy, khi thiết kế cần xác định các ứng suất, nội lực trong khung vỏ xe dới
tác dụng của các tải trọng. Các giá trị này phải phải nằm trong giới hạn cho phép và
không gây ra sự phá huỷ kết cấu do mỏi trong toàn bộ thời gian sử dụng xe. Đối với vỏ
xe kín, độ cứng vững của nó cần phải đảm bảo tránh đợc các hiện tợng: Nứt vỡ kính
lái, kính hậu khi khung vỏ xe chịu xoắn, kẹt cửa xe và biến dạng gây kẹt kính cửa xe,
h hỏng bề mặt vỏ xe hoặc cộng hởng dao động riêng.
(2). Đặc điểm kết cấu khung vỏ xe.

Về kết cấu khung vỏ xe có thể chia làm hai phần chính: Phần trên (vỏ riêng), tạo
không gian cho ngời lái, hành khách và hàng hoá; phần dới (phần cơ sở), gồm sàn
xe, các gân tăng cứng, đà ngang và khung xe (nếu có) là cơ sở để lắp ráp hệ thống
truyền lực và phần vận hành. Liên kết hai phần nói trên có thể là tháo rời (bu lông kẹp)
hoặc không tháo rời (hàn, dập mép).
Phần trên của vỏ xe gồm khung xơng và các tấm ốp, phụ thuộc vào dạng chịu
lực của các tấm ốp, vỏ xe đợc chia làm ba loại: khung xơng, tấm vỏ và khung xơng
tấm vỏ kết hợp.
Vỏ xe dạng khung xơng bao gồm khung xơng làm bằng phần tử thanh có thiết
diện hộp kín hoặc hở, các tấm ốp làm bằng kim loại nhẹ hoặc chất dẻo lắp đặt trên
khung xơng.
- 11 -
Vỏ xe dạng khung xơng - tấm vỏ kết hợp, tải trọng đợc truyền qua khung
xơng và một phần qua tấm ốp ngoài. Vỏ xe loại này không cho phép sử dụng hai loại
vật liệu.
Vỏ xe dạng tấm chỉ bao gồm các tấm ngoài và trong đợc liên kết với nhau để có
khả năng chịu lực. Vỏ loại này cho phép chế tạo bằng phơng pháp dập các mảnh nhỏ
và hàn lại thành tấm có thiết diện kín phức tạp.
Vật liệu làm khung vỏ xe phải đảm bảo các yêu cầu sau:
Giới hạn chảy dẻo cao, ít nhạy cảm với hiện tợng tập trung ứng suất, có thể sử
dụng để gia công bằng các phơng pháp dập nguội, hàn. Do vậy khi chế tạo khung vỏ
xe thờng sử dụng dạng thép hợp kim có hàm lợng các bon thấp và trung bình. Khung
xe du lịch đợc chế tạo bằng thép kết cấu 20 dầy 3,0 - 4,0 mm. Khung xe tải sử dụng
thép 25, 30T, 15T có chiều dầy 5,0 - 9,0mm.
Vật liệu làm vỏ xe, do yêu cầu khi dập, vật liệu chế tạo vỏ xe thờng là thép
chuyên dụng nh 08K, 08 của Liên xô (cũ) và thép kết cấu 08, CT15. Các chi tiết
chịu tác động ăn mòn cao nh sàn xe, nóc xe, hộp chắn bùn dùng thép mạ kẽm. Các
tấm lớn nh nắp ca-pô, cửa xe, sàn xe dùng thép lá dày 0,6 - 0,8 mm. Các chi tiết phần
khung xơng có chiều dày 1,0 - 1,3 mm.
(3). Tải trọng tác dụng lên khung vỏ xe.

Tính toán độ bền khung vỏ xe có nhiều phơng pháp và phụ thuộc nhiều vào đặc
điểm kết cấu của khung vỏ, chế độ tải trọng, vật liệu và phơng pháp chế tạo. Các loại
khung vỏ xe có kết cấu rất đa dạng do khung xe, đặc biệt là vỏ xe còn phải đáp ứng
nhiều yêu cầu về bố trí chung, tạo dáng khí động học, thẩm mỹ nên việc tính toán nó
đòi hỏi phải sử dụng các phơng pháp số với các công cụ mạnh nh máy tính kết hợp
với các kết quả thử nghiệm thực tế để hoàn thiện kết cấu.
Khung vỏ ô tô đợc tính toán theo hai bài toán tĩnh và động tơng ứng với hai
loại tải trọng: Tải trọng tĩnh và tải trọng động.
Tải trọng tĩnh tác động lên khung vỏ xe có thể phân thành hai nhóm: Tải trọng
tác động lên khung xe và tải trọng tác động lên vỏ xe.
* Tải trọng tĩnh tác động lên vỏ gồm có:
Trọng lợng bản thân vỏ xe.
Ngời lái, hành khách, hàng hoá.

Các cụm hệ thống lắp đặt trực tiếp với vỏ xe.
- 12 -
* Tải trọng tĩnh tác động khung xe gồm có:
Trọng lợng bản thân khung xe.
Trọng lợng phần đợc treo của xe bao gồm ngời lái, hành khách, vỏ xe và
các cụm hệ thống khác trên xe.
Các phản lực tĩnh từ mặt đờng
* Tải trọng động tác dụng lên khung vỏ xe do:
Các kích động từ mặt đờng.
Các nguồn rung động do sự không cân bằng của động cơ và hệ thống truyền
lực.
Các lực va chạm bao gồm: các va chạm trực diện, va chạm bên sờn, va chạm
nóc, và các chạm khác. . ., cũng nh va chạm do xe đâm phải các vật cản
khác.
Ngoài ra còn phải kể đến các tải trọng động nh lực cản của không khí, các lực
quán tính khi xe chuyển động không đều và khi xe chuyển động trên quĩ đạo cong.

1.3.2. Kỹ thuật phân mảnh cấu trúc ô tô.
Phân mảnh cấu trúc nhằm mục đích giảm khối lợng nhập dữ liệu, dễ xử lý số
liệu và kết quả tính toán, đồng thời giảm thời gian tính toán. Phân mảnh cấu trúc đợc
dựa trên phơng pháp bề mặt kết cấu đơn nguyên hay còn gọi là phơng pháp SSS
(Simple Structural Surface), có nghĩa là một bề mặt kết cấu đơn là một phần tử kết cấu
phẳng hoặc là một cụm có thể đợc nghiên cứu nh phần tử cứng chỉ ở dạng mặt
phẳng. Việc phân mảnh cấu trúc phải dựa trên các nguyên tắc chính sau[48]:
Một kết cấu SSS có thể chỉ chịu đợc lực kéo, nén và lực cắt trong mặt phẳng
của nó (In - plane).
Các phần tử tăng cứng phải chịu đợc các lực nén trong mặt phẳng của SSS.
Các phần tử tăng cứng phải đủ lớn để chịu đợc các lực phân bố vuông góc.
Các lực tập trung lớn cần phải truyền tới mặt phẳng của một SSS lân cận.
Khi một lực tập trung lớn tác dụng trong mặt phẳng của SSS, một phần tử tăng
cứng có thể đợc coi nh là thành phần để phân chia lực.
Mô tả đợc đặc điểm cấu trúc chịu lực của kết cấu, phản ánh đợc sự phân
mảnh cấu trúc theo qui trình công nghệ chế tạo.
- 13 -
Sự ghép nối các mảnh phải đảm bảo tính liên tục của kết cấu và phản ánh
đợc liên kết thực giữa các mảnh.
1.3.3. Cơ sở và phơng pháp xác định lới nút và PTHH.
Trong bài toán phân tích kết cấu việc xác định các dữ liệu đợc tiến hành theo
các bớc sau:
Bớc 1). Mô tả dạng hình học của kết cấu, để xác định số phần tử SSS.
Bớc 2). Mô tả đặc trng hình học và vật liệu của các phần tử.
Bớc 3). Xác định các loại tải trọng tĩnh và tải trọng động tác dụng lên kết cấu.
Dạng hình học của kết cấu đợc xác định bằng cách nối các nút đã đợc xác định
trớc bằng các phần tử thuộc một trong các loại sau: Phần tử FRAME, SHELL,
ASOLID, SOLID.
1.4. Xây dựng mô hình PTHH của vỏ xe mini buýt 8 chỗ ngồi sử dụng cho chơng
trình ANSYS.

1.4.1 Giả thiết và các bớc xây dựng mô hình.
Việc xây dựng mô hình PTHH của vỏ xe mini buýt 8 chỗ ngồi dựa trên sự phân
tích các đặc điểm của kết cấu khung vỏ xe, các tải trọng tác dụng lên vỏ xe cũng nh
khả năng ứng dụng của phần mềm phân tích kết cấu hiện có.













Hình 3 Hình dạng bên ngoài của xe minibus 8 chỗ ngồi

S
A
G
A
C
O
- 14 -
Xe minibus 8 chỗ ngồi đợc lắp ráp tại Công ty ô tô SAGACO ở Việt nam (hình
3). Khung vỏ của xe gồm hai phần chính là phần khung (chassis) và phần vỏ (body).
Phần vỏ đợc hàn điểm trên khung để hợp thành kết cấu khung vỏ chịu lực. Trong thực
tế loại xe này đợc công ty SAGACO sản xuất, lắp ráp và đang trong quá trình chạy

thử nghiệm để kiểm tra độ bền khung vỏ cũng nh các thử nghiệm khác nh ồn rung
v.v. Vỏ xe là một trong các cụm tổng thành lớn, do vậy cần phải tính toán biến dạng và
ứng suất của nó làm cơ sở đánh giá độ bền vỏ xe và hoàn thiện kết cấu của nó trong
điều kiện sử dụng ở Việt nam.
Để có thể tính toán biến dạng và ứng suất của vỏ xe bằng phần mềm phân tích kết
cấu, trớc hết cần xây dựng mô hình PTHH của nó.
Các giả thiết khi xây dựng mô hình PTHH cho vỏ xe:
Kết cấu vỏ xe đợc coi là đối xứng qua mặt đối xứng dọc xe.
Trong kết cấu vỏ xe sử dụng phần tử dạng vỏ và thanh. Sử dụng các dạng mặt
cắt chuẩn có thông số vật liệu và mặt cắt tơng đơng cho các phần tử.
Trọng lợng ngời và hàng hoá đợc coi là các tải trọng phân bố và tập trung
trên phần tử và tại các nút.
Tự trọng vỏ xe đợc coi là tải trọng phân bố trên vỏ xe.
Năng lợng va chạm tác động lên thành bên của xe là các tải trọng động đợc
xác định dới dạng hàm lực theo thời gian.
Các bớc chính khi xây dựng mô hình PTHH của vỏ xe nói chung theo thứ tự sau:
Bớc 1). Xác định hệ toạ độ chung.
Bớc 2). Phân mảnh cấu trúc, xác định số mảnh. Xác định các điểm kết nối
mảnh.
Bớc 3). Xác định các lới các nút trên từng mảnh và toạ độ của nó.
Bớc 4). Gán các phần tử.
Bớc 5). Ghép nối các mảnh và khai báo các ràng buộc.
Bớc 6). Xác định tải trọng tính toán và các điều kiện biên của bài toán.
1.4.2. Xác định hệ toạ độ chung.
Hệ toạ độ chung của kết cấu cần phải xác định nhằm mục đích tạo lập ma trận cơ
bản của toàn bộ kết cấu và ghép nối các mảnh cấu trúc con. Việc chọn gốc toạ độ tuỳ
thuộc vào khả năng đo đạc toạ độ các nút trong không gian thực của kết cấu và khả
năng vào số liệu và hiển thị của kết cấu phần mềm khi hiển thị. Trong chơng trình
- 15 -
phần mềm Ansys cung cấp nhiều thống hệ toạ độ và đợc sử dụng cho các mục đích

khác nhau nh:
+ Hệ thống toạ độ tổng thể và địa phơng đợc sử dụng cho vị trí hình học ( nút,
điểm,) trong không gian.
+ Hệ thống toạ độ nút định nghĩa bậc tự do cho mỗi nút và định hớng của dữ
liệu kết quả nút.
+ Hệ thống toạ độ phần tử để xác định sự định hớng của thuộc tính vật liệu và
dữ liệu kết quả phần tử.
+ Hệ thống toạ độ kết quả đợc sử dụng cho việc dịch chuyển dữ liệu kết quả nút
hoặc phần tử tới một hệ thống toạ độ riêng biệt cho việt liệt kê, hiển thị, hoặc sử lý kết
quả.
Trong phần tính toán sử dụng hệ toạ độ tổng thể nh trên mô hình (12)
1.4.3. Phân mảnh cấu trúc vỏ xe minibus 8 chỗ ngồi
Vỏ xe là một kết cấu rất phức tạp chịu lực theo nhiều phơng trong không gian.
Phụ thuộc vào hình dáng của xe, trên vỏ xe còn đợc gia cố nhiều kết cấu tăng cứng
cục bộ, kết cấu hấp thụ năng lợng va chạm, các kết cấu giảm ồn vv. Trong công
nghệ chế tạo ô tô, vỏ xe đợc cấu thành từ nhiều mảnh chi tiết bằng các phơng pháp
dập và hàn. Do vậy để đảm bảo tính chính xác trong mô phỏng vỏ xe và thuận tiện
trong việc nhập và tính toán xử lý các số liệu cho kết cấu vỏ xe khi hoàn thiện thiết kế
cần phải sử dụng kỹ thuật phân mảnh cấu trúc vỏ xe.
Sự phân mảnh cấu trúc vỏ xe đợc tiến hành trên cơ sở các nguyên tắc đã đợc
trình bày trong phần 1.3.3.
(1). Theo cấu trúc chịu lực vỏ xe có cấu trúc dạng hộp bao gồm các mảnh đầu xe, sàn
xe, sờn xe, thành xe sau và nóc xe, ngoài ra chúng còn có các khung xơng, các gân
để tăng cứng, chịu va chạm theo các phơng trực diện, va chạm bên .v.v,các cột đầu
(ký hiệu pillar A), cột giữa (pillar B), thanh dọc nóc hai bên (thuộc sờn xe), các xà
ngang trớc, giữa và sau nóc xe (thuộc nóc xe), hộp thông gió và các đà ngang thuộc
phần gầm xe. Sàn xe bao gồm hai mảnh chính là tấm trớc và tấm sau đợc làm từ
nhiều lớp có dập các gân tăng cứng ở các khu vực chịu tải, các điểm đặt gối đỡ vỏ xe.
Các thanh, xà tăng cờng đều có tiết diện hình chữ nhật hoặc chữ C. Chiều dày các tấm
0,9 - 1.0mm, các cột và xà ngang là 2 - 3mm.

- 16 -
(2). Theo qui trình công nghệ lắp ráp, vỏ xe minibus đợc phân thành 6 mảnh lớn nối
ghép với nhau bằng các mối hàn hoặc bu lông kẹp bao gồm: Mảnh đầu xe, mảnh sàn
chính, sờn xe, thành xe sau, nóc xe. Hình (4) trình bày 6 mảnh cấu trúc lớn của vỏ xe
trong dây chuyền công nghệ lắp rắp vỏ xe.















Hình 4. Phân mảnh cấu trúc vỏ xe minibus 8 chỗ ngồi
(1) Mảnh đầu xe, (2) Mảnh sàn xe, (3) Mảnh thành bên phải
(4) Mảnh thành bên trái, (5) Mảnh cửa hậu, (6) Mảnh nóc

(3). Theo qui trình công nghệ chế tạo vỏ xe, ta nhận thấy các mảnh lại có thể đợc
ghép nối từ các phần tử nhỏ hơn bằng phơng pháp hàn tại các điểm tiếp giáp giữa các
mảnh. Thực tế khoảng cách giữa các điểm hàn đợc xác định để đảm bảo là chuyển vị
của các điểm trên mép tiếp giáp là nh nhau. Điều này cho phép giả thiết các điểm
ràng buộc trong mô hình khi ghép nối các mảnh. Do vậy khi xây dựng mô hình vỏ xe
các mảnh này đợc coi là các phần tử cấu thành mảnh lớn và toàn bộ vỏ xe. Thành

phần cụ thể của các mảnh lớn và các phần tử lắp ghép trên mảnh gồm có:
- Tấm khung - sàn xe (hình 5) bao gồm: Khung xe và sàn xe.

1
6
4
2
5
3
- 17 -








Hình 5. Mảnh khung - sàn xe

Phần khung xe gồm có 3 đoạn: Đoạn đầu, đoạn giữa và đoạn sau (hình 5.b).
Phần sàn xe bao gồm : các tháp bố trí hệ thống treo, trớc hốc sàn chính của xe,
sàn trớc xe, sàn sau xe (hình 5.a).
- Mảnh đầu (hình 6)
Mảnh đầu xe bao gồm vách ngăn khoang buồng lái với khung giá dành cho thanh
chống, hai vách bên, kết cấu các thanh giằng ở trên và ở phần dới mặt trớc. Các
thành phần hợp thành một dạng không gian mở, các đặc tính liên kết vách ngăn và sự
nối ghép phức tạp của các phần tử kết cấu khác nhau đảm bảo kết cấu có đủ độ cứng
chung.

Hình 6. Mảnh đầu xe
- Mảnh sờn xe (hình 7): Gồm mảnh bên phải và mảnh bên trái đối xứng với
nhau qua mặt phẳng dọc ( XOZ).
- 18 -
Kết cấu của từng mảnh bao gồm tấm sờn ngoài xe, tấm sờn trong xe trong, cửa
trớc và cửa lùa. Để tăng cứng cho sờn xe thông thờng các cánh cửa và thành bên có
biên dạng cong theo hớng trục X của xe đáp ứng các yêu cầu bền vững. Bán kính
cong này khoảng 1300 và 1500mm










Hình 7. Mảnh sờn xe bên trái
- Mảnh cửa hậu (hình 8) bao gồm: Tấm trong, tấm ngoài và các thanh tăng cứng.
Mảnh cửa hậu đợc thiết kế có gắn bản lề trên nóc xe. Nó rất thuận lợi cho việc

ghép nối các thành bên với việc đóng các cạnh mép. Đây là phơng pháp cho phép tự
động lắp ráp ở bên ngoài và làm những công việc sửa chữa sau tai nạn đợc thuận lợi
hơn.








Hình 8. Mảnh cửa hậu của xe
- Mảnh nóc xe (hình 9) bao gồm: Tấm nóc, xà ngang đầu, xà ngang cuối, hai xà
ngang tăng cứng giữa.

- 19 -





Hình 9. Mảnh nóc xe
Nóc xe có các phần dập hơi lồi một chút để ngăn chặn một vài xu hớng rung
động hoặc tạo ra tiếng ồn. Tính ổn định đợc tăng lên với độ cong của mặt lõm. Các
dầm kim loại cũng đợc hàn nằm ngang hoặc đờng chéo theo chiều chuyển động để
tăng độ bền đặc biệt trong các thử nghiệm. Khi xe có bị lăn lật việc tăng cờng kết cấu
thanh đỡ ở đầu và cuối xe là nguyên nhân cơ bản để tác động nh là mép gấp xuống
của thanh để ngăn cản biến dạng trong nóc xe
1.4.4. Xác định các nút, lới, và gán các phần tử trên từng mảnh.
(1). Xác định các nút

Số lợng và tên các nút trên từng mảnh đợc xác định trên cơ sở mô tả đợc hình
dáng hình học cơ bản của cấu trúc và thuận tiện cho việc định nghĩa các phần tử và
ghép nối các mảnh sau này.
Mỗi nút trên mô hình đợc xác định bằng ba toạ độ tuyệt đối theo hệ toạ độ tổng
thể OXYZ.Trên mô hình lới phần tử, việc phân bố nút trên các mảnh nh trong bảng
2.
Bảng 2: Phân bố các nút trên vỏ xe
Nút
STT Tên mảnh
Từ Đến Tổng
1 Mảnh cửa hậu xe 1 1542 1542
2 Mảnh đầu xe 1543 2901 1359
3 Mảnh thành phải xe 2902 6407 3506
4 Mảnh thành trái xe 6408 9913 3506
5 Mảnh nóc xe 9914 11627 1713
6 Mảnh sàn xe 11628 14589 2961
7 Cửa xe 14590 16826 2336


- 20 -
(2). Gán các phần tử.
Gán các phần tử cần phải đảm bảo đợc trạng thái ứng suất gắn với thực tế bao
gồm lựa chọn kiểu loại phần tử và hằng số đặc trng của chúng.
Việc lựa chọn kiểu, số lợng các phần tử trên các mảng lớn cũng nh trên vỏ xe
tổng thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố và th viện phần tử của phần mềm phân tích kết
cấu đợc sử dụng. Đa phần các phần tử của vỏ xe có thể mô tả bằng phần tử vỏ SHELL
của ANSYS, một số phần tử có thể mô tả bằng phần tử dầm BEAM phục vụ cho mục
đích: ghép nối các mảnh, mô phỏng các kết cấu tăng cứng cục bộ.
Việc lựa chọn các thông số đặc trng của các dạng phần tử SHELL, BEAM thể
hiện độ dày của vỏ, và mặt cắt ngang của các dầm. Trong mô hình PTHH của vỏ xe sử

dụng 12 loại mặt cắt đặc trng cho phần tử BEAM 4 và 5 loại mặt cắt đặc trng cho
phần tử SELL163. Các thông số của mặt cắt các phần tử sử dụng trong chơng trình
xem Bảng (3 và 4)

Bảng Thông số các loại mặt cắt của phần tử BEAM 4
Nhãn
mặt cắt

Diện
tích mặt
cắt
Mô men quán tính
thiết diện
Diện tích
chịu cắt
Mô men tĩnh
(mm
2
) I
X
(mm
4
)I
Y
(mm
4
)(mm
2
) S
X

(mm
3
) S
Y
(mm
3
)
1
6
7
8
9
10
11
12
956
876
328
408
406
176
216
228
3701998
2713752
334053
176224
77275
16339
119552

180044
849914
3511177
401213
1238856
1317097
97299
90472
66956
11418
21160
6699
7155
5046
1407
2891
2925
26384
22554
4832
4084
2734
814
2316
2869
13598
25292
5242
9898
10092

1826
2046
1843





- 21 -
Bảng 4. Thông số các loại mặt cắt của phần tử SHELL163
Nhãn
mặt cắt
Diện
tích mặt
cắt
Mô men quán tính thiết
diện

Mô men
xoắn
Mô men tĩnh
(mm
2
) I
X
(mm
4
) I
Y
(mm

4
) (mm
4
) (mm
3
)
2
3
4
5
226
420
352,5
166,5
37532
543564
924824
78614
37532
183501
99728
15162
75064
391713
176520
30304
-
7057
8228
1669

1.4.5. Mô hình tính của bài toán xác định biến dạng và ứng suất của vỏ xe MEFFA.
(2). Xây dựng mô hình.
Mô hình tính biến dạng và ứng suất của vỏ xe đợc xây dựng từ mô hình hình
học, sau đó thực hiện chia lới (mesh) để tạo mô hình phần tử hữu hạn. Có hai cách
xây dựng mô hình hình học: xây dựng mô hình trực tiếp trong Ansys hoặc xây dựng
mô hình trong một phần mềm CAD khác, sau đó chuyển đổi cơ sở dữ liệu nhập vào
chơng trình Ansys. Trong luận án đã chọn phơng án xây dựng mô hình hình học
trong phần mềm SOLIDWORKS, sau đó xuất ra file có dạng file.igs nhập vào ANSYS.
Hình(11) là mô hình lới các nút trên vỏ xe MEFA.











Hình 11. Mô hình lới các nút của vỏ xe minibus 8 chỗ ngồi
- 22 -
(2). Các dữ liệu vào của mô hình
Để giải bài toán phân tích kết cấu bằng phần mềm ANSYS trớc hết cần xác lập
các dữ liệu vào cho mô đun phân tích kết cấu của ANSYS. Các dữ liệu vào bao gồm
các định nghĩa cơ bản của mô hình nh toạ độ các nút, các phần tử, các thông số đặc
trng cho vật liệu, ràng buộc và tải trọng tác dụng lên mô hình. Các thông số chính:
Tổng số nút trong mô hình : 16826
Số phần tử SHELL163 : 14628

Số phần tử BEAM 4 : 526
Số nút CONSTRAINTS : 2858
Đặc trng vật liệu chế tạo khung vỏ:
Mô đun đàn hồi (E
X
) : 2.0e11 N/m
2

Hệ số Poat xông (
à
) : 0.3
Khối lợng riêng : 7850 kg/m
3

Phần tử MASS 21 đặc trng cho khối lợng tập trung cầu trớc (350kg)
Phần tử MASS 21 đặc trng cho khối lợng tập trung cầu sau (427,5 kg)
Số đặc trng mặt cắt và vật liệu phần tử SHELL163: 5
Số đặc trng mặt cắt và vật liệu phần tử BEAM 4: 12
2. Tính toán biến dạng và ứng suất của vỏ xe minibus 8 chỗ ngồi.
2.1. Xác định tải trọng động cho bài toán động sử dụng hàm thời gian.
Việc xác định chính xác các biến dạng và ứng suất tại các điểm trên vỏ xe khi
chịu tải trọng khác nhau, đặc biệt là tải trọng động theo thời gian là một trong các bài
toán quan trọng để đánh giá độ bền và hoàn thiện kết cấu khung vỏ xe trong thực tế.
Hiện nay bài toán này có thể giải bằng các gói chơng trình phân tích kết cấu.
ANSYS là một trong các phần mềm cho phép khai thác sử dụng chế độ tải trọng
phụ thuộc vào hàm thời gian để giải quyết các bài toán tính kết cấu phức tạp không
những với tải trọng tĩnh mà cả với tải trọng động. Trong phần này trình bày bài toán
xác định biến dạng và ứng suất trên vỏ xe với hàm lực tác dụng lên thành bên của xe,
đợc đặc trng cho xe va chạm với các vận tốc có phơng, chiều và độ lớn khác nhau
trong thời gian phân tích va chạm là 0,1giây. Trong khoảng thời gian này ta chia làm

100 bớc nhỏ, chơng trình sẽ ghi kết quả tại mỗi bớc. Nh vậy bớc tăng thời gian
sẽ là 0,001giây. Sơ đồ thuật toán đợc thể hiện trên hình 12.