Ứng dụng phần mềm hyperworks tối ưu hóa khung xe buýt thaco city b60

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

LÊ CÔNG TÍN

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM HYPERWORKS
TỐI ƯU HÓA KHUNG XE BUÝT THACO CITY B60

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Mã số:
8520116

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. PHAN MINH ĐỨC

Đà Nẵng – Năm 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, được sự hướng dẫn
khoa học của TS. Phan Minh Đức. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực
và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Quảng Nam, ngày 30 tháng 09 năm 2019
Tác giả luận văn

Lê Công Tín

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy hướng dẫn,
TS. Phan Minh Đức, người đã tận tình hướng dẫn, định hướng, chỉ bảo giúp đỡ tôi tận
tâm và khoa học trong suốt quá trình tôi thực hiện luận văn này.
Tôi xin trân trọng bày tỏ lời cảm ơn đến quý thầy cô Khoa Cơ khí Giao thông,
Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ
trong suốt quá trình tôi học tập và thực hiện luận văn.
Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Công ty Cổ phần ô tô Trường Hải,
Công ty TNHH MTV sản xuất và lắp ráp ô tô Tải Chu Lai – Trường Hải, và Phòng
R&D đơn vị nơi tôi đang công tác đã luôn tạo điều kiện, ủng hộ, và giúp đỡ tôi về mọi
mặt trong suốt quá trình theo học cao học.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các chuyên gia, các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ
tôi hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến gia đình tôi, những người luôn ở bên
cạnh, chia sẻ những khó khăn và là động lực để tôi hoàn thành luận văn.
Quảng Nam, ngày 30 tháng 09 năm 2019
Tác giả luận văn

Lê Công Tín


MỤC LỤC
TÓM TẮT LUẬN VĂN ..................................................................................................1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .....................................................2
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................. 4
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................... 5
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 9
Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................................11
1.1. Vấn đề phát triển ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam .....................................11
1.2. Đặc điểm cấu tạo của khung xe buýt ..................................................................12

1.2.1. Phân loại kết cấu khung xe buýt ...................................................................12
1.2.1.1. Khung xe không chịu tải ........................................................................12
1.2.1.2. Khung xe kiểu bán tải (chịu tải trọng cùng với chassis) ........................ 13
1.2.1.3. Khung xe chịu toàn tải ...........................................................................14
1.2.2. Yêu cầu đối với khung xe buýt .....................................................................15
1.2.2.1. Độ cứng ..................................................................................................15
1.2.2.2. Độ bền ....................................................................................................16
1.2.2.3. Độ bền mỏi ............................................................................................. 16
1.2.2.4. Yêu cầu đến vấn đề an toàn giao thông ..................................................16
1.2.3. Đặc tính làm việc của khung xe buýt ........................................................... 17
1.2.3.1. Đặc tính dao động ..................................................................................17
1.2.3.2. Đặc tính rung ồn ..................................................................................... 17
1.2.3.3. Đặc tính biến dạng..................................................................................17
1.3. Ý nghĩa của việc phân tích kết cấu khung xe buýt .............................................17
1.4. Kết luận chương 1 ............................................................................................... 19
Chương 2. PHẦN MỀM HYPERWORKS VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................ 20
2.1. Phần mềm HyperWorks ...................................................................................... 20
2.1.1. Giới thiệu phần mềm HyperWorks ............................................................... 20
2.1.2. Các Modul của phần mềm HyperWorks ...................................................... 20
2.1.3. Đặc điểm của phần mềm HyperWorks ......................................................... 21
2.1.4. Các kiểu phần tử hữu hạn trong HyperWorks ..............................................22
2.1.4.1. Phần tử 1D .............................................................................................. 22
2.1.4.2. Phần tử 2D .............................................................................................. 22
2.1.4.3. Phần tử 3D .............................................................................................. 23


2.1.4.4. Các kiểu phần tử khác ............................................................................23
2.1.5. Cấu trúc tổng thể của một bài toán bên trong phần mềm HyperWorks .......24
2.2. Giới thiệu về phương pháp phần tử hữu hạn....................................................... 24
2.2.1. Sự phát triển của phương pháp phần tử hữu hạn ..........................................24

2.2.2. Ý tưởng cơ bản và trình tự phân tích bài toán theo phương pháp phần tử hữu
hạn ........................................................................................................................... 25
2.2.2.1. Ý tưởng cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn ............................... 25
2.2.2.2. Trình tự phân tích phần tử hữu hạn ........................................................ 26
2.3. Lý thuyết tối ưu hóa ............................................................................................ 31
2.3.1. Khái niệm tổng quát...................................................................................... 31
2.3.2. Lý thuyết tối ưu hóa trên phần mềm HyperWorks .......................................31
2.3.2.1. Khái niệm ............................................................................................... 31
2.3.2.2. Biến thiết kế............................................................................................ 33
2.3.2.3. Phương pháp Gradient ............................................................................33
2.3.2.4. Điều chỉnh giới hạn ................................................................................36
2.4. Cơ sơ phân tích tải trọng tác dụng lên khung xe .................................................37
2.4.1. Trường hợp xe chuyển động ổn định trên đường nằm ngang ...................... 37
2.4.2. Trường hợp xe phanh trên đường nằm ngang ..............................................38
2.4.3. Trường hợp xe chuyển động quay vòng ....................................................... 39
2.5. Kết luận chương 2 ............................................................................................... 40
Chương 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN KHUNG XE BUÝT TRÊN PHẦN
MỀM HYPERWORKS .................................................................................................41
3.1. Quy trình phát triển sản phẩm .............................................................................41
3.1.1. Quy trình phát triển sản phẩm thông thường ................................................41
3.1.2. Quy trình phát triển sản phẩm ứng dụng CAE .............................................41
3.1.2.1. Quy trình phát triển sản phẩm ứng dụng CAE như công cụ thử nghiệm
ảo ......................................................................................................................... 41
3.1.2.2. Quy trình phát triển sản phẩm ứng dụng CAE như công cụ thiết kế đề
xuất và thử nghiệm ảo ......................................................................................... 42
3.2. Xây dựng mô hình phần tử hữu hạn khung xe buýt ............................................43
3.2.1. Tạo mô hình phần tử (chia lưới) ...................................................................43
3.2.1.1. Đơn giản hóa mô hình thực tế về mô hình phân tích ............................. 43
3.2.1.2. Chọn kiểu phần tử mô phỏng .................................................................43
3.2.1.3. Mô phỏng liên kết...................................................................................44

3.2.1.4. Tiêu chuẩn kiểm tra chất lượng lưới ...................................................... 44
3.2.2 Các bước xây dựng mô hình tính toán khung xe buýt trong phần mềm
HyperWorks ............................................................................................................45
3.2.2.1. Các bước chính của một bài toán mô phỏng trên phần mềm
HyperWorks ........................................................................................................45
3.2.2.2. Cấu trúc thư mục chính của một bài toán mô phỏng trên HyperWorks 47
3.3. Kết luận chương 3 ............................................................................................... 47
Chương 4: THIẾT KẾ TỐI ƯU KHUNG XE BUÝT B60 TRÊN PHẦN MỀM
HYPERWORKS ............................................................................................................48
4.1. Thiết kế đề xuất kết cấu khung xe buýt trong HyperWorks ............................... 48
4.1.1. Thiết kế sơ bộ tổng thể hình dạng khung xe buýt.........................................48
4.1.2. Thiết kế đề xuất kết cấu khung xe buýt trên phần mềm HyperWorks .........50
4.1.2.1. Mục tiêu tối ưu hóa ................................................................................50
4.1.2.2. Thực hiện tối ưu hóa trên phần mềm HyperWorks ................................ 50
4.1.2.3. Kết quả tối ưu hóa hình học khung xe buýt ...........................................56
4.1.3. Thiết kế chi tiết khung xe buýt B60 ............................................................. 58
4.1.3.1. Thiết kế khung xương mảng đầu ............................................................ 58
4.1.3.2. Khung xương mảng hông trái ................................................................ 58
4.1.3.3. Khung xương mảng hông phải ............................................................... 59
4.1.3.4. Khung xương mảng mui .........................................................................59
4.1.3.5. Khung xương mảng đuôi ........................................................................60
4.1.3.6. Khung xương mảng sàn..........................................................................60
4.2. Tính bền khung xe buýt B60 trên phần mềm HyperWorks ................................ 62
4.2.1. Phân tích các trường hợp tải trọng và các nhân tố tải trọng ......................... 62
4.2.2. Bài toán tính bền khung xe buýt trên phần mềm HyperWorks ....................63
4.2.3. Các trường hợp tính bền khung xe buýt trên phần mềm HyperWorks ........64
4.2.3.1. Trường hợp xe chuyển động với vận tốc lớn trên đường bằng phẳng ...64
4.2.3.2. Trường hợp các bánh xe trục trước đi qua mấp mô ............................... 65

4.2.3.3. Trường hợp các bánh xe trục sau đi qua mấp mô ..................................65
4.2.3.4. Trường hợp xe chuyển động chậm trên đường rất xấu .......................... 66
4.2.3.5. Trường hợp xe phanh gấp khi chuyển động tiến ....................................66
4.2.3.6. Trường hợp xe phanh gấp khi chuyển động lùi .....................................66
4.2.3.7. Trường hợp xe quay vòng ngoặt ............................................................ 67
4.2.4. Phương pháp đặt tải trọng tác dụng lên khung xe buýt ................................ 68


4.2.4.1. Tải trọng phân bố ...................................................................................68
4.2.4.1. Tải trọng tập trung ..................................................................................68
4.2.5. Cơ sở lý thuyết phân tích kết quả .................................................................71
4.2.6. Kết quả tính toán khung xe buýt B60 trên phần mềm HyperWorks ............73
4.2.6.1. Trường hợp xe chuyển động với vận tốc lớn trên đường bằng ..............73
4.2.6.2. Trường hợp các bánh xe trục trước đi qua mấp mô ............................... 74
4.2.6.3. Trường hợp các bánh xe trục sau đi qua mấp mô ..................................75
4.2.6.4. Trường hợp xe chuyển động chậm trên đường rất xấu .......................... 76
4.2.6.5. Trường hợp xe quay vòng ngoặt sang trái..............................................77
4.2.6.6. Trường hợp xe quay vòng ngoặt sang phải ............................................78
4.2.6.7. Trường hợp phanh gấp khi chuyển động tiến ........................................79
4.2.6.8. Trường hợp xe phanh gấp khi chuyển động lùi .....................................80
4.2.6.9. Trạng thái các kiểu dao động của khung xe buýt ...................................81
4.2.6.10. Nhận xét kết quả tính bền khung xe buýt B60 .....................................82
4.3. Thiết kế tối ưu khung xe buýt B60 trên phần mềm HyperWorks ....................... 83
4.3.1. Phương pháp tối ưu hóa gauge .....................................................................83
4.3.2. Mục tiêu tối ưu hóa ....................................................................................... 83
4.3.3. Ứng dụng tối ưu trên phần mềm HyperWorks .............................................84
4.3.3.1. Quá trình thực hiện tối ưu hóa khung xe buýt trên phần mềm
HyperWorks ........................................................................................................84
4.3.3.2. Tối ưu khung xe buýt B60 ......................................................................85
4.4. Kết luận chương 4 ............................................................................................... 90

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .............................................91
1. KẾT LUẬN ............................................................................................................91
2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .................................................................92
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 93


1
TÓM TẮT LUẬN VĂN
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM HYPERWORKS TỐI ƯU HÓA KHUNG XE BUÝT
THACO CITY B60
Học viên: Lê Công Tín
Mã số: 8520116

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Khóa: K35

Trường Đại học Bách Khoa – ĐHĐN

Tóm tắt – Luận văn này trình bày quy trình thiết kế ứng dụng CAE vào tối ưu hóa, phân tích
độ bền kết cấu trong các trường hợp chịu tải thông thường của ô tô buýt để thực hiện thiết kế
mới khung xe buýt Thaco City B60. Phần mềm HyperWorks đã được sử dụng để mô phỏng độ
bền và chuyển vị kết cấu khung xe, với phương pháp bù quán tính, 8 chế độ tải trọng khi ô tô
chở số người định mức (60 người). Kết cấu khung xe được tối ưu trên quan điểm giảm khối
lượng, với các điều kiện ràng buộc về vật liệu sử dụng và thực tế công nghệ hiện nay của Thaco.
Công cụ mô phỏng giúp rút ngắn quá trình thiết kế và sản xuất sản phẩm. Kết quả mô phỏng
giúp giảm chi phí thử nghiệm của nhà máy và giảm tiềm ẩn khiếm khuyết của sản phẩm; khẳng
định độ tin cậy của sản phẩm; góp phần giảm giá thành sản phẩm và cải thiện môi trường.
Từ khóa – Quy trình thiết kế sản phẩm ứng dụng CAE; tối ưu hóa khung xe buýt; độ bền khung
xe buýt; phần mềm HyperWorks.
AN APPLICATION OF HYPERWORKS SOFTWARE OPTIMIZATION

STRUCTURE OF THACO CITY B60 BUS FRAME
Abstract – This thesis paper presents the procedure of designing CAE applications into
optimization, structural durability analysis in the normal load cases of buses to implement the
new design of Thaco City B60 bus body. HyperWorks software has been used to simulate body
construction durability and displacement, with inertial compensation, 8 load modes when
carrying a rated number of 60 people. The body structure is optimized from the point of view
of volume reduction, with the conditions of the materials used and the current technology of
THACO. Simulation tools help shorten the design process, optimize the process of designing
and manufacturing products. Simulation results help reduce plant testing costs and reduce
product defects potential; confirm the reliability of the product; contributing to reducing product
costs and improving the environment.
Key words – CAE application design process; optimize bus frame; bus frame duarability;
HyperWorks software;


2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
CÁC KÝ HIỆU
{q}e

Vectơ chuyển vị nút phần tử

{u}e

Trường chuyển vị

[B]

Ma trận tính biến dạng

{}e

Ứng suất tại một điểm của phần tử

[T]

Ma trận tính ứng suất phần tử

∏e

Thế năng toàn phần

We

Ngoại lực

Ue

Thế năng biến dạng

[K]e

Ma trận độ cứng của phần tử

{P}e

Vectơ tải trọng nút của phần tử thứ e

{q}2b

Vectơ chứa tất cả các bậc tự do (chuyển vị nút) đã biết

{q}1

Vectơ chứa các bậc tự do đã biết

{P}1b

Vectơ tải gồm các phần tử đã biết

{P}2

Vectơ tải gồm các phần tử còn lại

R1

Giá trị phản hồi dự đoán

R0

Giá trị phản hồi tham chiếu

v1, v2

Giá trị mới của biến thiết kế

Mpb

Tải trọng phân bố

nt

Tổng số nút trong miền khối lượng phân bố

mn

Khối lượng tại mỗi nút trong miền phân bố

c

Ứng suất chảy của vật liệu

max

Ứng suất tính lớn nhất theo Von-Mises

max

Chuyển vị tính lớn nhất

CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CKD

Viết tắt của cụm từ tiếng anh “Completely Knocked Down”. Nghĩa là xe
lắp ráp với 100% linh kiện nhập khẩu


3
R&D

Viết tắt của cụm từ tiếng anh “Research & Development”. Nghĩa là nghiên
cứu và phát triển

CAD

Viết tắt của cụm từ tiếng anh “Computer Aided Design”. Nghĩa là thiết kế
với sự trợ giúp của máy tính

CAE

Viết tắt của cụm từ tiếng anh “Computer Aided Engineering”. Nghĩa là sử
dụng công cụ máy tính để phân tích đối tượng hình học

FEA

Viết tắt cụm từ tiếng anh “Finite Element Application”. Nghĩa là ứng dụng
phương pháp phần tử hữu hạn

DVs

Viết tắt của cụm từ tiếng anh “Design Variable”. Nghĩa là tham số thiết kế

NVH

Viết tắt của cụm từ tiếng anh “Noise, Vibration and Harshness”. Nghĩa là
độ ồn, rung và xóc

CBU

Viết tắt của cụm từ tiếng anh “Complete Build-up”. Nghĩa là xe được nhập

khẩu nguyên chiếc


4
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu bảng

Tên bảng

Trang

2.1

Các modul chính của phần mềm HyperWorks

21

3.1
3.2

Đơn giản hóa mô hình phân tích
Kiểu phẩn tử phân tích phần tử hữu hạn

43
44

3.3
3.4
4.1

Kiểu mô phỏng liên kết trong mô hình
Tiêu chuẩn kiểm tra chất lượng lưới
Thông số kỹ thuật tổng thể xe buýt Thaco

44
45
48

4.2

Khối lượng thành phần trên xe buýt B60

71

4.3

Tổng hợp kết quả phân tích bền khung xe buýt trên phần
mềm HyperWorks

82

4.4

Kết quả tối ưu hóa mật độ phân bố vật liệu khung xương
mảng hông

88


5

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
hình vẽ

Tên hình vẽ

Trang

1.1

Khung và chassis của một chiếc xe buýt kiểu khung xe
không chịu tải

13

1.2
1.3
1.4

Kết cấu khung xe buýt kiểu khung bán tải
Kết cấu khung xe kiểu khung xe chịu toàn tải
Kiểu kết cấu chịu tải

13
14
14

2.1

Phần tử 1D

22

2.2

Phần tử 2D

22

2.3

Phần tử 3D

23

2.4

Một số kiểu phần tử trong mô phỏng CAE

23

2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
3.1
3.2

Cấu trúc tổng thể của một bài toán trong phần mềm
HyperWorks
Sơ đồ quy trình tối ưu hóa kết cấu
Sơ đồ mô tả các bước tối ưu hóa
Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô chuyển động trên đường nằm
ngang
Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh
Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi quay vòng
Sơ đồ quy trình thiết kế sản phẩm thông thường
Quy trình phát triển sản phẩm ứng dụng CAE như thử
nghiệm ảo

24
32
34
37
38
39
41
42

3.4
3.5
3.6
3.7

Quy trình phát triển sản phẩm ứng dụng CAE như công cụ
thiết kế đề xuất và thử nghiệm số
Mô hình phần tử hữu hạn của khung xe buýt
Thiết lập các điều kiện biên cho bài toán

Chạy tính toán bằng Optistruct
Kết quả hiển thị trực quan trên Modul Hyperview

4.1
4.2

Tổng thể mặt sau của khung xe
Tổng thể mặt bên của khung xe

48
49

4.3
4.4
4.5

Tổng thể mặt trước của khung xe
Tổng thể mặt trần của khung xe
Đường dẫn tạo biến thiết kế

50
50
51

3.3

4.6
4.7

Khai báo vùng không gian thiết kế cho mô hình khung xe

buýt
Vùng không gian thiết kế phía trên

42
45
46
46
46

51
52


6
4.8

Vùng không gian thiết kế mặt trước

52

4.9

Vùng không gian thiết kế mặt bên

52

4.10
4.11

Vùng không gian thiết kế mặt sau

Đường dẫn tạo điều kiện thiết kế

52
53

4.12
4.13
4.14

Thiết lập thông số hàm điều kiện ràng buộc – Volumefrac
Thiết lập thông số hàm mục tiêu – Compliance
Đường dẫn thiết lập giá trị cho hàm điều kiện

53
53
54

4.15
4.16

Giao diện thiết lập giá trị cho hàm điều kiện
Đường dẫn thiết lập điều kiện hội tụ

54
55

4.17

Giao diện thiết lập điều kiện hội tụ

55

4.18

Giao diện thiết lập chạy tính toán tối ưu hóa

55

4.19
4.20
4.21
4.22
4.23
4.24
4.25
4.26
4.27

Thông tin của quá trình chạy tối ưu hóa
Kết cấu tối ưu hóa mặt bên (RH)
Kết quả tối ưu hóa mặt bên (LH)
Kết quả tối ưu hóa mặt trên khung xe
Kết cấu khung xương mảng đầu
Kết cấu khung xương mảng hông trái
Kết cấu khung xương mảng hông phải
Kết cấu khung xương mảng mui
Kết cấu khung xương mảng đuôi

56
56

57
57
58
58
59
59
60

4.28

Khung xương mảng sàn trước

60

4.29
4.30
4.31
4.32

Khung xương mảng sàn chính
Khung xương mảng sàn sau
Các tải trọng tác động lên khung xe buýt
Mô hình bài toán bù quán tính

61
61
62
64

4.33

4.34
4.35
4.36
4.37
4.38

Phản lực tác dụng lên các bánh xe trong trường hợp xe
chuyển động với tốc độ lớn trên đường bằng
Phản lực tác dụng lên bánh xe trong trường hợp các bánh xe
trục trước đi qua mấp mô
Phản lực tác dụng lên bánh xe trong trường hợp các bánh xe
trục sau đi qua mấp mô
Phản lực tác dụng lên bánh xe trong trường hợp xe chuyển
động chậm trên đường rất xấu
Phản lực tác dụng lên bánh xe trong trường hợp xe phanh
gấp khi chuyển động tiến
Phản lực tác dụng lên bánh xe trong trường hợp xe phanh
gấp khi chuyển động lùi

65
65
65
66
66
67


7

4.39

4.40
4.41
4.42
4.43
4.44
4.45
4.46
4.47
4.48
4.49
4.50
4.51
4.52
4.53
4.54
4.55
4.56
4.57
4.58
4.59
4.60

Phản lực tác dụng lên bánh xe trong trường hợp xe quay
vòng ngoặt sang phải
Phản lực tác dụng lên bánh xe trong trường hợp xe quay
vòng ngoặt sang trái
Xác định tọa độ trọng tâm của vật rắn
Phân bố tải trọng trên khung xương xe buýt B60
Sơ đồ mô tả đường cong vật liệu đồng chất, đẳng hướng
Kết quả mô phỏng chuyển vị trường hợp xe chuyển động

với vận tốc lớn trên đường bằng
Kết quả mô phỏng ứng suất trường hợp xe chuyển động với
vận tốc lớn trên đường bằng
Kết quả mô phỏng chuyển vị trường hợp các bánh xe trục
trước đi qua mấp mô
Kết quả mô phỏng ứng suất trường hợp các bánh xe trục
trước đi qua mấp mô
Kết quả mô phỏng chuyển vị trường hợp các bánh xe trục
sau đi qua mấp mô
Kết quả mô phỏng ứng suất trường hợp các bánh xe trục sau
đi qua mấp mô
Kết quả mô phỏng chuyển vị trường hợp xe chuyển động
chậm trên đường rất xấu
Kết quả mô phỏng ứng suất trường hợp xe chuyển động
chậm trên đường rất xấu
Kết quả mô phỏng chuyển vị trường hợp xe quay vòng
ngoặt sang trái
Kết quả mô phỏng ứng suất trường hợp xe quay vòng ngoặt
sang trái
Kết quả mô phỏng chuyển vị trường hợp xe quay vòng
ngoặt sang phải
Kết quả mô phỏng ứng suất trường hợp xe quay vòng ngoặt
sang phải
Kết quả mô phỏng chuyển vị trường hợp phanh gấp khi
chuyển động tiến
Kết quả mô phỏng ứng suất trường hợp phanh gấp khi
chuyển động tiến
Kết quả mô phỏng chuyển vị trường hợp xe phanh gấp khi
chuyển động lùi
Kết quả mô phỏng ứng suất trường hợp xe phanh gấp khi

chuyển động lùi
Trạng thái dao động uốn ngang trên khung xe buýt

67
67
68
71
72
73
73
74
74
75
75
76
76
77
77
78
78
79
79
80
80
81


8
4.61

Trạng thái dao động xoắn trên khung xe buýt

81

4.62

Trạng thái dao động uốn dọc trên khung xe buýt

81

4.63

Biến thiết kế tương ứng của khung xương mảng hông

85

4.64

Ứng suất lớn nhất trong 8 trường hợp chịu tải trước và sau
khi tối ưu phân bố vật liệu

89

4.65

Chuyển vị lớn nhất trong 8 trường hợp chịu tải trước và sau
khi tối ưu phân bố vật liệu

90

9
MỞ ĐẦU
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Nâng cao chất lượng vận tải hành khách bằng ô tô có sức
chở lớn theo hướng tiện nghi, an toàn và giảm lượng tiêu hao nhiên liệu, giảm thải ô
nhiễm môi trường [1] nhận được sự quan tâm lớn của các doanh nghiệp sản xuất ô tô
trong nước. Hiện nay để đáp ứng nhu cầu vận chuyển liên tỉnh và trong các đô thị lớn,
chẳng hạn thành phố Hồ Chí Minh đặt ra mục tiêu đáp ứng khoảng 20% nhu cầu đi lại
bằng xe buýt đến năm 2025 [2]. THACO xác định việc phát triển xe buýt theo hướng
hiện đại và có số chỗ đến 60 (Thaco City B60) là rất quan trọng trong chiến lược phát
triển sản phẩm. Khung xe có vai trò đặc biệt, là tổng thành kết cấu lớn, phức tạp; chi phí
sản xuất của khung xe khoảng 50% tổng chi phí sản xuất xe và giữ tỷ lệ 30% chất lượng
của xe [3]. Thiết kế khung xe buýt cần đáp ứng nhiều yêu cầu, trong đó có tối ưu mật
độ phân bố vật liệu, đảm bảo độ bền. Thực trạng hiện nay, ở hầu hết các doanh nghiệp
sản xuất lắp ráp ô tô trong nước, việc sản xuất khung xe buýt nói chung được thực hiện
theo thiết kế mua từ nước ngoài, hoặc theo thiết kế của sản phẩm tương tự, có tính đến
sự hiệu chỉnh theo đề nghị, góp ý của khách hàng hoặc các đề xuất cải tiến của bộ phận
R&D. Điều này dẫn đến các loạt sản phẩm đầu tiên chưa được tối ưu, tiềm ẩn những
khiếm khuyết do không phù hợp với điều kiện vận hành ở Việt Nam hoặc kéo dài thời
gian phát triển sản phẩm. Gần đây ở trong nước đã có một số công trình nghiên cứu ứng
dụng công cụ CAE vào cải tiến khung xe buýt [4, 5], đem lại hiệu quả nhất định nhưng
nhìn chung các đề tài chưa cụ thể hóa được quy trình tính toán và chủ yếu thực hiện cải
tiến khung xe buýt đã có sẵn.
Chính vì vậy tối ưu hóa khung xe buýt ngay từ thiết kế đầu là hết sức cấp thiết. Đề
tài trình bày quy trình thiết kế khung xe buýt Thaco City B60 có ứng dụng công cụ CAE
vào công đoạn thiết kế định hình và công đoạn tối ưu độ bền. Ứng dụng phần mềm
HyperWorks tối ưu hóa hình dáng, khối lượng và phân tích bền khung xe buýt Thaco
City B60 trong các trường hợp chịu tải thông thường. Điều đó có ý nghĩa rất lớn trong
bối cảnh nền công nghiệp ô tô trong nước đang dần chuyển từ sản xuất lắp ráp sang thiết
kế, lắp ráp hoàn thiện.

MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Xây dựng hoàn thiện quy trình nghiên cứu phát
triển sản phẩm của Thaco; nâng cao năng lực tính toán thiết kế của đội ngũ Phòng R&D;
xây dựng phương pháp tối ưu hóa khung xe buýt trên phần mềm HyperWorks góp phần
hoàn thiện sản phẩm xe buýt.
Mục đích nghiên cứu của đề tài: Tối ưu hóa thiết kế khung xe buýt Thaco City
B60.


10
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu: Luận văn chọn đối tượng nghiên cứu và tính toán là khung
xe buýt Thaco City B60.
Phạm vi nghiên cứu: Do tính chất phức tạp của vấn đề nghiên cứu nên luận văn
chỉ giới hạn và tập trung nghiên cứu đánh giá độ bền dưới tác dụng của tải trọng bình
thường trong một số chế độ làm việc và phương án tối ưu hóa khung xe buýt bằng lý
thuyết và mô hình hóa.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý thuyết và mô hình hóa: Cơ sở lý thuyết, mô hình tính toán độ bền
và mô hình tối ưu hóa khung xe buýt. Độ bền khung ô tô được tính toán theo phương
pháp phần tử hữu hạn thông qua phần mềm Hyperworks. Cơ sở lý thuyết đánh giá độ
bền và đề xuất cải tiến kết cấu để giảm trọng lượng và phân tán vùng tập trung ứng suất
trên khung xe buýt.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
Ý nghĩa khoa học: Luận văn góp phần xây dựng phương pháp tính toán độ bền
khung xe buýt Thaco City B60. Xây dựng phương pháp đánh giá độ bền và hướng đề
xuất cải thiện kết cấu nhằm nâng cao độ bền và tối ưu trọng lượng khung xe buýt Thaco
City B60.
Ý nghĩa thực tiễn: Luận văn chỉ ra được tính hiệu quả hơn khi ứng dụng phần mềm
HyperWorks vào thiết kế khung xe buýt. Bên cạnh đó luận văn giúp rút ngắn được thời

gian thiết kế sản phẩm mới từ đó giúp giảm được chi phí cho công tác nghiên cứu thiết
kế ban đầu. Kết quả nghiên cứu sẽ được ứng dụng để tính toán thiết kế các kiểu loại xe
buýt tương tự tại Thaco.
CẤU TRÚC NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN: Bố cục của luận văn ngoài phần mở
đầu, kết luận và hướng phát triển của đề tài, nội dung chính được trình bày trong 4
chương với cấu trúc như sau:
Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương 2: Phần mềm HyperWorks và cơ sở lý thuyết
Chương 3: Xây dựng mô hình tính toán khung xe buýt trên phần mềm
HyperWorks
Chương 4: Thiết kế tối ưu khung xe buýt B60 trên phần mềm HyperWorks


11
Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Vấn đề phát triển ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam
Ngành công nghiệp ô tô không những giữ một vai trò quan trọng trong việc thúc
đẩy nền kinh tế phát triển thông qua đáp ứng nhu cầu vận tải, góp phần phát triển sản
xuất và kinh doanh thương mại mà còn là một ngành kinh tế mang lại lợi nhuận rất cao
nhờ sản xuất ra những sản phẩm có giá trị vượt trội. Sớm nhận thức được tầm quan trọng
này, các nước phát triển như Mỹ, Nhật Bản, Pháp, Hàn Quốc,…đã rất chú ý phát triển
ngành công nghiệp ô tô của riêng mình trong quá trình công nghiệp hóa để phục vụ
không chỉ nhu cầu trong nước mà còn xuất khẩu sang các nước khác.
So với các quốc gia trên thế giới, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam ra đời khá muộn.
Sau quá trình đổi mới, Chính phủ Việt Nam đã có nhiều chính sách nhằm khuyến khích
sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô, đưa ô tô trở thành mũi nhọn trong công nghiệp
hóa và hiện đại hóa. Sau hơn 25 năm phát triển, thị trường Việt Nam đang là sân chơi
của nhiều thương hiệu nổi tiếng thế giới như Toyota, Honda, Ford, Mercedes,
BMW,…và cả những doanh nghiệp nội địa như Trường Hải, TMT, Thành Công. Trong
năm 2018, mặc dù sản xuất, lắp ráp xe nguyên chiếc còn nhiều khó khăn, nhưng công

nghiệp phụ tùng linh kiện ô tô tại Việt Nam cũng đạt được một số kết quả nhất định (về
công nghệ sản xuất, kim ngạch xuất khẩu), chủ yếu nhờ một số doanh nghiệp có vốn
đầu tư nước ngoài, doanh nghiệp chế xuất, là cơ sở sản xuất để xuất khẩu đi toàn cầu
[6].
Mặc dù đạt được một số thành tựu sau hơn 25 năm xây dựng và phát triển, nhưng
hiện tại Việt Nam vẫn sở hữu một ngành công nghiệp ô tô quy mô vừa và nhỏ, công
nghệ đa phần còn lạc hậu. Đa số các doanh nghiệp sản xuất ô tô trong nước chủ yếu lắp
ráp dạng CKD.
Trong bối cảnh ngành công nghiệp ô tô như vậy, lĩnh vực sản xuất ô tô buýt đang
được các nhà sản xuất trong nước chú trọng đẩy mạnh phát triển. Bằng việc tăng mạnh
tỷ lệ nội địa hóa, tăng tính năng an toàn, đầu tư quy mô vào công tác nghiên cứu và phát
triển sản phẩm, bước đầu đã tạo ra được một số sản phẩm xe buýt đáp ứng tốt nhu cầu
thị trường trong nước và tiến tới xuất khẩu. Để có thể tiến tới tự sản xuất hoàn chỉnh các
cụm và các hệ thống ô tô, thì cần phải đầu tư chiều sâu, đặc biệt là đầu tư cho lĩnh vực
nghiên cứu phát triển sản phẩm có chất lượng cao. Trong đó, ưu tiên hàng đầu cần được
dành cho các nghiên cứu chuyên sâu phục vụ cho việc thiết kế chế tạo khung vỏ.
Trong vài năm trở lại đây, việc phát triển mạnh mẽ các công cụ hỗ trợ cho tính toán
kết cấu đã góp phần giảm thiểu thời gian phát triển sản phẩm, giảm chi phí cho việc thử
nghiệm. Ứng dụng phần mềm vào tính toán thiết kế đã phần nào làm thay đổi cái nhìn
tổng quan về thiết kế. Tại Việt Nam nhìn chung việc ứng dụng phần mềm tính toán thiết


12
kế đang được đẩy mạnh tại các doanh nghiệp sản xuất linh kiện cơ khí. Ứng dụng phần
mềm vào thiết kế mạnh mẽ nhất tiêu biểu như Công ty ô tô Trường Hải.
Cùng với sự phát triển đó, trong những năm gần đây đã xuất hiện một số đề tài
nghiên cứu ứng dụng phần mềm như HyperWorks, Analysis,…tính toán khung xe như
đề tài “Thiết kế cải tiến kết cấu xe ô tô khách thỏa mãn điều kiện an toàn va chạm trực
diện – tác giả Nguyễn Thành Tâm - 2015”, “Nghiên cứu tính toán tối ưu hóa thân xe
buýt – nhóm tác giả Trần Hữu Nhân, Phan Đình Huấn, Phạm Xuân Mai”,…, đã tạo tiền

đề cho các quá trình nghiên cứu và thiết kế khung xe buýt.
1.2. Đặc điểm cấu tạo của khung xe buýt
1.2.1. Phân loại kết cấu khung xe buýt
Theo hình thức chịu tải (phản ánh sự khác biệt giữa cấu trúc khung và quy trình sản
xuất khung xe), có thể phân loại khung xe buýt thành 3 loại chính:
- Khung xe không chịu tải
- Khung xe bán tải
- Khung xe chịu toàn tải
1.2.1.1. Khung xe không chịu tải
Khung xe không chịu tải là một cấu trúc khung thông thường, trong đó khung được
lắp ráp trên chassis bằng các giá đỡ như đệm su hoặc lò xo. Với kết cấu này, chassis
chịu toàn bộ tải trọng đặt lên nó; khung chỉ chịu một phần nhỏ tải trọng do uốn cong của
chassis, do đó loại cấu trúc kiểu khung xe không tải có khung gầm chắc chắn và khối
lượng lớn.
Khung và chassis được liên kết đàn hồi. Do các kết cấu liên kết có tính đàn hồi
tương đối với nhau, nên phần lớn rung động từ mặt đường bị giảm dần hoặc bị triệt tiêu,
điều này tạo sự thoải mái nhất định cho hành khách trên xe. Trong giai đoạn đầu phát
triển xe buýt ở Việt Nam, hầu hết các xe buýt đều có cấu trúc này.
Cấu trúc khung xe không chịu tải có các đặc điểm chính như sau:
- Chassis và khung được liên kết bằng giảm chấn lò xo hoặc đệm su để giảm rung
và ồn ở mức độ nhất định.
- Chassis và khung được tách rời tạo điều kiện cho quá trình lắp ráp các cấu thành
đơn giản, thuận lợi cho quá trình sản xuất công nghiệp.
- Chassis là kết cấu chịu lực chính để lắp ráp các chi tiết, cụm chi tiết.
Tuy nhiên, kết cấu khung xe buýt theo kiểu này có một số nhược điểm chính sau:
- Về cơ bản, khung xe không tham gia vào quá trình chịu tải trọng. Để đảm bảo
cho quá trình hoạt động, chassis phải được thiết kế có độ cứng lớn dẫn tới tăng khối


13

lượng toàn bộ xe. Điều này không phù hợp với xu hướng phát triển hiện nay là giảm
trọng lượng, giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu.
- Quá trình sản xuất chassis rất phức tạp, đầu tư lớn cho khuôn dập, tăng chi phí
cho quá trình sản xuất, chu kỳ phát triển ngắn.
- Với chassis và khung tách biệt làm tăng trọng tâm của xe buýt, giảm độ ổn định
khi xe hoạt động ở tốc độ cao, tăng rung và ồn.

Hình 1.1 - Khung và chassis của một chiếc xe buýt kiểu khung xe không chịu tải
1.2.1.2. Khung xe kiểu bán tải (chịu tải trọng cùng với chassis)
Khung xe kiểu bán tải là một kết cấu khung xe được liên kết liền khối với khung
chassis, khung xe chịu một phần tải trọng. Một kiểu kết cấu mang đặc điểm chung của
kết cấu khung không chịu tải và khung chịu toàn tải.

Hình 1.2 – Kết cấu khung xe buýt kiểu khung bán tải
Đặc điểm của cấu trúc này là chassis vẫn được sử dụng, kết cấu toàn bộ khung và
chassis được hàn cứng hoặc liên kết bằng bu lông, vì vậy khung xe lúc này chịu một
phần tải trọng uốn và xoắn.
So với kết cấu khung không chịu tải, kiểu kết cấu khung bán tải có thể giảm chiều
cao của sàn thấp hơn, nâng cao độ ổn định hơn, và có thể giảm các yêu cầu về độ cứng
của chassis qua đó có thể giảm được trọng lượng của xe, nâng cao độ ổn định hơn kết
cấu khung không chịu tải. Tuy nhiên do việc giữ lại khung gầm giống như kết cấu


14
“khung xe không chịu tải” nên rất khó để hạ thấp trọng tâm của xe buýt như mong muốn
và việc giảm trọng lượng của xe cũng bị hạn chế.
1.2.1.3. Khung xe chịu toàn tải
Khung xe chịu toàn tải là một cấu trúc khung xe không tách rời, không có chassis
riêng biệt.
Đặc điểm lớn nhất là khung xe có cấu trúc giàn lưới bao gồm các chi tiết hộp, dập

tiết diện. Toàn bộ khung vỏ là một cấu trúc vòng kín, bao gồm sáu tấm kết cấu liên kết
cứng với nhau (trái, phải, trước, sau, trên, dưới). Tải trọng tác động lúc này được toàn
bộ khung hấp thụ.
Tùy theo các mức độ khác nhau của lực tác động vào phần trên và phần dưới của
xe, khung chịu lực có thể chia làm hai loại:
- Loại chịu tải cơ bản
- Loại chịu tải tổng thể.

Hình 1.3 – Kết cấu khung xe kiểu khung xe chịu toàn tải

a)

b)

Hình 1.4 – Kiểu kết cấu chịu tải
a) – Loại chịu tải cơ bản; b) – Loại chịu tải tổng thể


15
Kết cấu khung chịu tải cơ bản có nghĩa là phần chịu tải chính của xe buýt là một
phần của cấu trúc khung xe phía bên dưới với độ bền và độ cứng cao. Kích thước xe
buýt thiết kế theo cấu trúc này có thể được điều chỉnh thích hợp để đạt được mục đích,
đồng thời khối lượng của toàn bộ xe cũng được giảm thiểu đáng kể.
Kết cấu khung chịu tải tổng thể có nghĩa là toàn bộ cấu trúc khung đều chịu tác động
của tải trọng. Khung có kết cấu bằng các chi tiết có các tiết diện tương tự nhau. Khi toàn
bộ phần khung chịu tải, độ cứng của các chi tiết trong kết cấu được sử dụng tối đa. Với
cấu trúc này, khung vỏ xe buýt có thể đạt đến sự cân bằng tốt nhất so với các kiểu kết
cấu còn lại, do đó có thể giảm độ cứng của toàn bộ kết cấu, từ đó giảm được khối lượng
đáng kể theo đúng yêu cầu.
Kết cấu kiểu khung chịu tải có các ưu điểm hơn so với các kết cấu khác như sau:

-

Trọng lượng bản thân giảm đáng kể, cường độ và độ cứng kết cấu được cải thiện.
Cấu trúc hợp lý và tỷ lệ sử dụng vật liệu cao.
Trọng tâm thấp và ổn định khi xe chạy ở tốc độ cao.
Độ an toàn được nâng cao.

Đồng thời với các ưu điểm trên, kết cấu kiểu khung chịu tải tổng thể cũng còn một
số nhược điểm sau:
- Khung chịu tải có yêu cầu cao về cách ly rung và giảm tiếng ồn, điều này có
nghĩa chất lượng sản phẩm được nâng cao nhưng cũng đồng thời làm tăng giá thành.
- Yêu cầu độ chính xác cao của việc hàn khung xe khách, chất lượng các mối hàn
phải được kiểm tra nghiêm ngặt (biến dạng hàn, ứng suất hàn…).
- Với các yêu cầu kỹ thuật cao, khung xe buýt kiểu này hiện tại chỉ được áp dụng
ở một số công ty lớn và trên các dòng xe cao cấp.
1.2.2. Yêu cầu đối với khung xe buýt
Khung xe buýt phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản bao gồm độ cứng, độ bền, độ bền
mỏi và các yêu cầu khác tùy thuộc vào mục đích, điều kiện vận hành.
1.2.2.1. Độ cứng
Độ cứng của kết cấu khung có liên quan đến biến dạng khi có các tác động của lực
như lực quán tính, lực va chạm.
Độ cứng của kết cấu khung có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của các cụm
hệ thống trên ô tô và sự dao động. Khi có các lực va chạm lớn nhất trong khoảng cho
phép tác động, khung vẫn đảm bảo được khả năng vận hành. Có hai khái niệm độ cứng
khác nhau của khung ô tô trong thực tế.


16
 Độ cứng uốn
Độ cứng uốn liên quan đến biến dạng theo phương thẳng đứng (còn gọi là độ võng)

dưới tác dụng của phản lực và tải trọng của các chi tiết lắp trên khung tạo ra.
 Độ cứng xoắn
Độ cứng xoắn liên quan đến góc xoắn của khung xe dưới tác dụng của momen xoắn
xung quanh trục dọc của xe. Trong trường hợp này, ô tô chỉ thuần túy chịu momen gây
xoắn và góc xoắn được xác định theo độ xoay tương đối giữa hai mặt phẳng đi qua tâm
cầu trước và cầu sau. Góc xoắn ở các điểm trung gian dọc theo chiều dài cơ sở xe đôi
khi cũng được xem xét tại các vùng đặc biệt của kết cấu nơi cần có độ cứng cao hơn.
Hai trường hợp trên xảy ra với các lực cục bộ hoàn toàn khác nhau trên các phần
của xe. Có thể thấy rằng trường hợp chịu xoắn là khó khăn nhất khi thiết kế khung, bởi
vậy độ cứng xoắn thường được dùng làm tiêu chuẩn đánh giá khả năng làm việc của kết
cấu khung xe.
1.2.2.2. Độ bền
Độ bền của khung ô tô bảo đảm không có phần nào của kết cấu mất khả năng làm
việc khi chịu tác động của các loại tải trọng trong giới hạn cho phép. Dưới tác dụng của
tải trọng ngoài, trên khung xe xuất hiện các biến dạng và ứng suất, độ bền có thể được
hiểu một cách khác là lực tác dụng lớn nhất mà kết cấu khung có thể chịu được mà ứng
suất sinh ra nhỏ hơn giá trị ứng suất cho phép của vật liệu.
1.2.2.3. Độ bền mỏi
Độ bền mỏi cũng là một trong các tiêu chí quan trọng đối với khung ô tô, do trong
thực tế việc mất khả năng làm việc của kết cấu khung không chỉ do quá tải đột ngột vượt
quá giới hạn cho phép mà còn do hiện tượng mỏi của vật liệu khi chịu các tải trọng gây
ra sự thay đổi có chu kỳ của ứng suất phát sinh trên kết cấu.
1.2.2.4. Yêu cầu đến vấn đề an toàn giao thông
- An toàn tích cực (an toàn chủ động): Là đặc tính an toàn bao gồm tất cả các tính
chất của ô tô giúp cho người lái điều khiển ô tô vượt qua các chướng ngại. Bao gồm các
yếu tố: An toàn chuyển động, trạng thái, khả năng quan sát và khả năng điều khiển.
- An toàn thụ động: Bao gồm các đặc tính và chất lượng kết cấu khung vỏ để khi
xảy ra tai nạn đảm bảo tổn thất là ít nhất nhằm:
 Bảo vệ các phương tiện tham gia giao thông
 Bảo vệ được người ngồi bên trong xe

 Bảo vệ được hành lý bên trong xe


17
1.2.3. Đặc tính làm việc của khung xe buýt
Các đặc tính của khung xe buýt thường được quan tâm khi thiết kế chế tạo là đặc
tính dao động, đặc tính rung ồn và đặc tính biến dạng.
1.2.3.1. Đặc tính dao động
Đặc tính dao động của xe liên quan đến độ cứng và sự phân bố khối lượng của khung
xe. Độ cứng uốn và xoắn có ảnh hưởng đến dao động của kết cấu khung, thường được
sử dụng như các tiêu chuẩn đánh giá khả năng làm việc của kết cấu khung ô tô. Sự phân
bố khối lượng của khung trong không gian sẽ tạo ra vô số các tần số dao động riêng và
tương ứng với chúng là các dạng dao động riêng của khung. Do vậy, khung ô tô có thể
bị biến dạng cục bộ, tương ứng với các ứng suất tập trung xuất hiện tại các phần riêng
biệt trên kết cấu khi kích động ngoài có tần số trùng với tần số dao động riêng nào đó
của kết cấu.
1.2.3.2. Đặc tính rung ồn
Đặc tính rung ồn liên quan đến các chỉ tiêu về rung ồn. Trên ô tô do sự dao động
khung khi chuyển động trên đường cũng là một trong các nguồn gây rung ồn. Mức độ
rung ồn do khung ô tô gây ra phụ thuộc vào kết cấu, vật liệu và công nghệ chế tạo khung
vỏ ô tô.
1.2.3.3. Đặc tính biến dạng
Đặc tính biến dạng liên quan đến việc nâng cao tính an toàn của xe. Đặc tính này
đảm bảo cho khung xe ít chịu tác động của các lực va chạm thông thường. Điều này có
nghĩa là kết cấu của khung ô tô cần phải có đặc tính biến dạng phù hợp cho các phần
khác nhau của ô tô.
1.3. Ý nghĩa của việc phân tích kết cấu khung xe buýt
Khung xe buýt là một phần quan trọng của toàn bộ chiếc xe. Khung đóng vai trò
nòng cốt trong nghiên cứu, phát triển, sản xuất và vận hành xe buýt. Trong quá trình
nghiên cứu, thiết kế và sản xuất xe buýt, chất lượng khung xe chiếm hơn 30% tổng chất

lượng của xe buýt và chi phí sản xuất của khung xe là khoảng 50% tổng chi phí sản xuất
[3]. Do đó, công nghệ thiết kế và sản xuất khung xe tiên tiến được ứng dụng để nâng
cao chất lượng và giảm giá thành sản xuất xe buýt.
Khung vừa là bộ phận chịu tải vừa là bộ phận có chức năng như giá đỡ của toàn bộ
các chi tiết trong cấu trúc của xe buýt. Trong quá trình làm việc của xe buýt, khung phải
chịu nhiều tải trọng khác nhau đòi hỏi phải có đủ độ cứng để đảm bảo kết cấu làm việc
ổn định và các bộ phận lắp ráp trên khung được gắn chặt không tạo sự dao động. Trong
khi vận hành với các điều kiện tải trọng khác nhau không có biến dạng, hư hỏng quá
mức. Đồng thời khung xe buýt là nơi cần có sự thuận tiện, thoải mái cho người lái xe và


18
hành khách. Các yếu tố tác động như độ ồn, rung động, khí thải, thời tiết phải hạn chế
một cách tối thiểu. Một kết cấu khung hợp lý tạo sự tin cậy và hiệu quả để giảm thiệt
hại cho hành khách và người đi đường. Ngoài ra, cấu trúc hình dạng bên ngoài hợp lý
và khoa học của khung xe có thể giảm sức cản không khí khi xe di chuyển (khí động
học), cải thiện công suất, tiết kiệm nhiên liệu và ổn định lái xe tốc độ cao, và còn đóng
vai trò làm mát động cơ và thông gió bên trong.
Có thể thấy rằng khung xe buýt có ảnh hưởng rất quan trọng đến thiết kế và sản xuất
chung của xe buýt. Do đó, trong quá trình sản xuất xe buýt, bằng cách tối ưu hóa kết cấu
khung vỏ, thiết kế cấu trúc khung xe với cấu trúc hợp lý và hiệu suất vượt trội là một
công việc hết sức cấp thiết. Việc thiết kế để đáp ứng các yêu cầu cao của khung xe buýt
mà không có sự trợ giúp của thiết kế và phân tích trên máy tính là hết sức khó khăn,
tăng thời gian thiết kế và rất khó hoàn thành.
Ngành công nghiệp sản xuất xe buýt trong nước đang bước đầu phát triển. Việc sản
xuất những chiếc xe chở khách cỡ trung và lớn đã trải qua quá trình sửa chữa, chuyển
đổi xe tải thành xe buýt, lắp ráp CDK, và hiện tại một số công ty ô tô lớn trong nước đã
mạnh dạng đầu tư và phát triển xe buýt mang thương hiệu Việt.
Khả năng nghiên cứu và thiết kế (R&D) của xe buýt trong nước nhìn chung vẫn còn
thấp và vẫn còn một khoảng cách lớn với trình độ phát triển quốc tế. Nguyên nhân chủ

yếu là do nhiều nhà sản xuất xe buýt ở trong nước đang sử dụng kiểu thiết kế thủ công
trong giai đoạn đầu và thiết kế thủ công trong quá trình cải tiến thiết kế dẫn đến thời
gian phát triển lâu, chất lượng xe sản xuất không đồng đều, số lượng nhỏ không đáp ứng
nhu cầu thị trường và ảnh hưởng đến khả năng cạnh tranh ngay trong nước. Đồng thời
khung xe buýt còn tồn đọng nhiều vấn đề về độ cứng, tuổi thọ, độ rung và tiếng ồn dẫn
đến hiệu suất thấp và các mối nguy hiểm luôn thường trực. Mặc dù một số doanh nghiệp
sử dụng các phương pháp tăng cường độ cứng và tối ưu hóa kết cấu để cải thiện một số
cấu trúc, nhưng thiếu cơ sở lý thuyết và thường khó triển khai và áp dụng.
Với sự phát triển của công nghệ máy tính, một số công ty ô tô tại Việt Nam hiện tại
đang dần chuyển đổi từ thiết kế thủ công hoặc thiết kế với sự hỗ trợ của công nghệ CAD
(Computer-aided design – Thiết kế bằng sự hỗ trợ của phần mềm máy tính) sang thiết
kế kết hợp CAD/CAE (Computer Aided Engineering – Sử dụng công nghệ máy tính để
phân tích đối tượng hình học CAD) trên cơ sở phương pháp phân tích gần đúng phần tử
hữu hạn.
Tính năng lớn nhất của phương pháp phần tử hữu hạn là nó có thể giải quyết các
vấn đề cơ học rất phức tạp (hình dạng cấu trúc và điều kiện biên). Phần tử hữu hạn có
thể ứng dụng để thực hiện phân tích tĩnh, động và phân tích đặc tính nội tại trên hầu hết
các bộ phận lắp ráp trong toàn bộ cấu trúc ô tô buýt. Chính vì vậy luận văn “Ứng dụng
phần mềm HyperWorks tối ưu hóa khung xe buýt Thaco City B60” là hết sức cấp thiết.