Luận văn thạc sĩ ứng dụng phần mềm hyperworks tối ưu hóa khung xe buýt thaco city b60

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

LÊ CƠNG 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:

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. PHAN MINH ĐỨC

Đà Nẵng – Năm 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng 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 cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Quảng Nam, ngày 30 tháng 09 năm 2019
Tác giả luận văn

Lê Cơng 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 q trình tơi thực hiện luận văn này.
Tơi xin trân trọng bày tỏ lời cảm ơn đến quý thầy cơ Khoa Cơ khí Giao thơng,
Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Đà Nẵng đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ
trong suốt q trình tơi 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 Phịng
R&D đơn vị nơi tơi đang cơng 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 tơi hồn thành luận văn này.
Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến gia đình tơi, những người ln ở bên
cạnh, chia sẻ những khó khăn và là động lực để tơi hoàn thành luận văn.
Quảng Nam, ngày 30 tháng 09 năm 2019
Tác giả luận văn

Lê Cơng 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 tồn giao thơng................................................. 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 MƠ HÌNH TÍNH TỐN KHUNG XE BT TRÊN PHẦN
MỀM HYPERWORKS............................................................................................... 41
3.1. Quy trình phát triển sản phẩm........................................................................... 41
3.1.1. Quy trình phát triển sản phẩm thơng 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 cơng 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 mơ hình phần tử hữu hạn khung xe bt........................................... 43
3.2.1. Tạo mơ hình phần tử (chia lưới).................................................................. 43
3.2.1.1. Đơn giản hóa mơ hình thực tế về mơ 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 mơ hình tính tốn khung xe bt trong phần mềm
HyperWorks.......................................................................................................... 45
3.2.2.1. Các bước chính của một bài tốn mơ phỏng trên phần mềm
HyperWorks....................................................................................................... 45
3.2.2.2. Cấu trúc thư mục chính của một bài tốn mơ 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 bt.......................................... 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 tốn 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 tốn khung xe bt 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. Q trình thực hiện tối ưu hóa khung xe bt 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 HĨA KHUNG XE BT
THACO CITY B60
Học viên: Lê Cơng Tín
Mã số: 8520116

Chun 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. Cơng cụ mơ
phỏng giúp rút ngắn q 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 mơi 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
∏eThế năng tồn phần
WeNgoại lực
UeThế năng biến dạng
[K] eMa 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 cịn lại

R1

Giá trị phản hồi dự đốn

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

CA
E

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
2.1
3.1
3.2
3.3
3.4
4.1
4.2
4.3

4.4


5
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
hình vẽ
1.1

Kh

kh

1.2

Kế

1.3

Kế

1.4

Ki

2.1

Ph

2.2

Ph

2.3

Ph

2.4

Mộ

2.5

Cấ

Hy

2.6

Sơ

2.7

Sơ

2.8

Sơ

ng

2.9

Sơ

2.10

Sơ

3.1

Sơ

3.2

3.3

Qu

ng

Qu

thi

3.4

Mơ

3.5

Th


3.6

Ch

3.7

Kế

4.1

Tổ

4.2

Tổ

4.3

Tổ

4.4

Tổ

4.5

Đư

4.6
4.7

Kh

bu

Vù


6
4.8

Vù

4.9

Vù

4.10

Vù

4.11

Đư

4.12

Th

4.13

Th

4.14

Đư

4.15

Gi

4.16

Đư

4.17

Gi

4.18

Gi

4.19

Th

4.20

Kế

4.21

Kế

4.22

Kế

4.23

Kế

4.24

Kế

4.25

Kế

4.26

Kế

4.27

Kế

4.28

Kh

4.29

Kh

4.30

Kh

4.31

Cá

4.32

Mô

4.33

Ph


chu
4.34

4.35

4.36

4.37

4.38

Ph

trụ

Ph

trụ

Ph

độ

Ph

gấp

Ph

gấp

4.39

4.40

Ph

vò

Ph

vò

4.41

Xá

4.42

Ph

4.43

Sơ

4.44

4.45

4.46

4.47

4.48

4.49

4.50

4.51

4.52

4.53
4.54

Kế

vớ

Kế

vận

Kế

trư

Kế

trư

Kế

sau

Kế
đi

Kế

chậ

Kế

chậ

Kế

ng

Kế

san

Kế


ng
4.55

4.56

4.57

4.58

4.59
4.60

Kế

san

Kế

chu

Kế

chu

Kế

chu

Kế

chu

Trạ

8
4.61

Trạ

4.62

Trạ

4.63

Biế

4.64

4.65

Ứn

kh

Ch

kh


9
MỞ ĐẦU

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Nâng cao chất lượng vận tải hành khách bằng ơ tơ 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 trị 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 cơng trình
nghiên cứu ứng dụng cơng 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 tốn và chủ
yếu thực hiện cải tiến khung xe bt 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 bt Thaco City B60 có ứng dụng công cụ
CAE vào công đoạn thiết kế định hình và cơng 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 thơng 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 hồn thiện.
MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Xây dựng hồn thiện quy trình nghiên cứu phát
triển sản phẩm của Thaco; nâng cao năng lực tính tốn thiết kế của đội ngũ Phịng

R&D; xây dựng phương pháp tối ưu hóa khung xe bt trên phần mềm HyperWorks
góp phần hồn 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 tốn 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 bt bằng lý
thuyết và mơ hình hóa.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lý thuyết và mơ hình hóa: Cơ sở lý thuyết, mơ hình tính tốn độ bền
và mơ hình tối ưu hóa khung xe bt. Độ bền khung ơ tơ được tính tốn 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 tốn độ bền
khung xe bt 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 cơng tác
nghiên cứu thiết kế ban đầu. Kết quả nghiên cứu sẽ được ứng dụng để tính tốn 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 mơ hình tính tốn khung xe bt 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 tơ của riêng mình trong q trình cơng nghiệp hóa để phục
vụ khơng chỉ nhu cầu trong nước mà cịn 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 q 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 tơ trở thành mũi nhọn
trong cơng 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 cịn nhiều
khó khăn, nhưng cơng 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 mơ vừa và nhỏ, cơng
nghệ đa phần cịn 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 tồn, 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 ơ tơ, 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 cơng cụ hỗ trợ cho tính tốn
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 tốn 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 tốn 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 tơ 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 tốn 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 tốn tối ưu hóa thân xe
bt – 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 khơng chịu tải
Khung xe bán tải
Khung xe chịu tồn tải

1.2.1.1. Khung xe khơng chịu tải
Khung xe khơng 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 tồn 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 khơng 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 khơng 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 q trình sản xuất cơng 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 khơng tham gia vào q 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 tồn bộ xe. Điều này khơng 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 q 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 tồn 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 lơng, 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 khơng 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 khơng tách rời, khơng 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. Tồn bộ khung vỏ là một cấu trúc vịng 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 tồn 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 tồn bộ xe cũng được giảm thiểu đáng kể.

Kết cấu khung chịu tải tổng thể có nghĩa là tồn 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 cịn lại, do đó có thể giảm độ cứng của tồn 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 cơng ty lớn và trên các dịng 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.