FEA_Vehicle Impact Simulation

0. Quy trình thực hiện mô phỏng va chạm xe hơi (Vehicle Impact Simulation Process):

1. Thử nghiệm va chạm trực diện phía trước (Front Impact Test):

Thử nghiệm va chạm trực diện phía trước là một tác động toàn chiều rộng lên phía trước của xe. Hình nộm thử nghiệm va chạm được ngồi ở vị trí của người lái xe và hành khách phía trước bên phải. Phương tiện đâm trực diện vào hàng rảo bê tông cứng ở tốc độ danh nghĩa 56 km/h (35mph).

Trong quá trình va chạm, các thiết bị trong hình nộm sẽ đo mức độ nghiêm trọng của tác động đối với cơ thể của người ngồi trong xe. Hình 1.1 cho thấy thiết lập thử nghiệm và phương tiện sau va chạm cho thử nghiệm va chạm trực diện NCAP. Mẫu xe thử nghiệm sedan Honda Accord 2011.

Dự án tập trung vào phản ứng động và tĩnh của cấu trúc Honda Accord cơ bản. Dựa trên gia tốc đo được từ gia tốc kế găn sở thanh ngang phía sau bên trái theo hướng dọc, xung va chạm của Honda Accord được thể hiện trong hình 1.2.

Gia tốc giảm đột ngột (khoảng 50ms) dường như có liên quan đến động cơ rơi xuống trong vụ va chạm, điều này thực sự có thể quan sát thấy trong quá trình thử nghiệm trên camera gầm.

Các phép đo thâm nhập được thực hiện sau sự cố cho thấy giá trị thấp. 8 điểm đo trên lòng chảo sàn được minh họa trong hình 1.3. Đối với tất cả tám vị trí, sự khác biệt về vị trí trước va chạm và vị trí sau va chạm bằng 0, nghĩa là không có sự biến sạng của lòng chảo sàn.

Các phép đo thâm nhập của xe hơi được mô tả trong hình 1.4. Các phép đo sự thâm nhập của khoang người lái sau va chạm được liệt kê trong bảng 1.5.

Vì mục đích an toàn, những thâm nhập này rất nhỏ.

Mô hình FEA được xây dựng dựa trên xe thực tế. Chiếc xe đã được tháo rời và từng bộ phận được scan để xác định hình dạng của nó, đo độ dày và phân loại theo loại vật liệu. Mẫu xe cuối cùng được thể hiện trong hình 1.6.

Thử nghiệm này được sử dụng để xác định khả năng va chạm của xe nhằm bảo vể người ngồi trong các trường hợp va chạm trực diện.

So sánh các thông số của phương tiện được sử dụng để mô phỏng và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm của NCAP được thể hiện trong hình 1.7.

Mô hình mô phỏng và phương tiện thực tế trước khi thử nghiệm được thể hiện trong hình 1.8.

Hình 1.9 cho thấy hình ảnh của mẫu và phương tiện đã được thử nghiệm mô phỏng và trong quá trình thử nghiệm tai nạn.

So sánh gia tốc của ghế sau bên trái và bên phải của mô hình mô phỏng và thí nghiệm thực tế. Các so sánh cho thấy hiệu chỉnh tốt giữa các xung mô phỏng và thử nghiệm ở cả hai vị trí gia tốc kế là 0.715 và 0.723.

Hình vẽ cho thấy rõ ràng các xung gia tốc thử nghiệm và mô phỏng có cường độ và thời lượng rất giống nhau.

Hình 1.11 so sánh vận tốc của ghế sau bên trái và bên phải của thử nghiệm và mô phỏng được tính toán từ các xung gia tốc. Vận tốc thử nghiệm và mô phỏng rất giống nhau với số CORA lớn 0.9 ở cả hai địa điểm.

So sánh xâm nhập khoang hành khách được thể hiện trong hình 1.12 đối với thử nghiệm NCAP frontal test.

Mức độ thâm nhập của mô phỏng cao hơn một chút so với thử nghiệm với mức chênh lệch 20 mm đối với bàn đạp phanh (Brake Pedal) và mức chênh lệch 10 mm đối với phần để chân (foot rest).

Kết quả mô phỏng so với dữ liệu thử nghiệm cho thấy có một mối tương quan khá tốt giữa chúng.

Như vậy mô hình mô phỏng có thể được sử dụng trong việc nghiên cứu phát triển và cải tiến sản phẩm xe hơi. Giúp tiết kiệm rất nhiều thời gian và tiền bạc cho các nhà sản xuất xe hơi.

Video quá trình thử nghiệm : ****************************************************

Video kết quả mô phỏng được thực hiện bởi Viettechview: ************************************************

2. Thử nghiệm tác động bên với barrier có thể biến dạng (Side impact test with a moving deformable barrier):

Đối với thử nghiệm tác động bên với barier có thể biến dạng đang di chuyển, Xe va chạm (trolley impacts) nặng 1368 kg tác động vào bên của phương tiện bị va chạm. Xe đẩy này (với các góc bánh xe quay một góc 27° so với đường chuyển động tịnh tiến của nó) va vào một phương tiện đang đứng yên (được định vị một góc 63° so với đường chuyển động tịnh tiến.). Xem hình 1 để biết hướng xe đẩy so với phương tiện.

Xe đẩy (trolley) có thanh chắn có thể biến dạng ở phía trước, di chuyển với tốc độ 62 km/h. Hình nôm thử nghiệm va chạm được đặt ở phía bị va chạm tại vị trí của ghế trước và người ngồi ở ghế sau. Trong quá trình va chạm, các thiết bị trong hình nộm sẽ đo mức độ nghiêm trọng của tác động đối với cơ thể của người ngồi trong xe. Hình 2 cho thấy thiết lập và phương tiện sau va chạm.

Chiếc sedan Honda Accord 2011 va vào một thanh chắn có thể biến dạng đang di chuyển.

Các phép đo va chạm của xe được ghi lại theo biểu đồ trong hình 2.3. Theo biểu đồ này, va chạm mà Honda Accord cơ bản duy trì được cho trong hình 2.4. Các cấp độ (1) ngưỡng trên cùng (sill top), (2) Occupant H-point, (3) giữa cửa (mid-door), (4) Bậu cửa sổ (Window sill), (5) Cửa sổ trên cùng (window top)

Thông số kỹ thuật chung cho mẫu xe thử nghiệm và mô hình xe mô phỏng được thể hiện trong hình 2.5.

Hình 2.6 cho thấy thiết lập thử nghiệm trước cho mô hình mô phỏng và xe thủ nghiệm thực tế.

Hình ảnh xâm nhập sau thử nghiệm đối với mô hình và thử nghiệm được thể hiện trong hình 2.7.

Thử nghiệm của NHTSA đo lường mức độ biến dạng của mặt cắt ở 6 cấp độ.

Cấp độ 2 và 3, gần mức giữa cửa (mid-door level), được đo lường trong mô hình và so sánh với bài kiểm tra của NHTSA. Lớp phủ của số lượng hồ sơ thâm nhập cấp 2 và 3 cho mô hình và thử nghiệm được hiển thị trong Hình 2.8.

Hình 2.9 cho thấy các cuộc thâm nhập bên trong B pillar từ cả hai trường hợp.

So sánh vận tốc ngang tại trọng tâm được thể hiện trong hình 2.10.

So sánh các cấu hình biến dạng của xe, sự xâm nhập bên trong và bên ngoài cũng như xung của xe tại CG cho thấy phản ứng của mô hình tương tự như xe thực tế được thử nghiệm.

Điều quan trọng nhất cần lưu ý là mặt cắt bề mặt bên ngoài trong hình 50 cho thấy sự sụt giảm đột ngột trong các giá trị xâm nhập bên ngoài. Điều này là do tấm bên ngoài của cửa trước tách biệt với cấu trúc bên trong cửa và được kéo bởi thanh chắn trong thử nghiệm, như trong hình 53.

Một hiện tượng khác đã được quan sát thấy trong mô phỏng FEA. Lực kéo giữa thanh chắn và xe trong mô phỏng khiến cửa trước tách ra khỏi xe như trong Hình 2.11.

Độ lệch spring back của tấm bên ngoài không quan trọng lắm vì người ngồi ở gần bề mặt bên trong của cửa và B-pillar.

Video quá trình thử nghiệm :*********************************************************

Video kết quả mô phỏng được thực hiện bởi Viettechview:**********************************************

3. Va chạm với trụ bên cố định (Lateral Pole Test):

Một chiếc xe trong bài kiểm tra va chạm với cột bên NCAP cứng cố định, có đường kính 254 mm, xe di chuyển với vận tốc 32 km/h.

Hình 3.1 cho thấy cột cứng cố định. Một hình nộm nữ được đặt ở vị trí ngồi phía trước.

Thiết lập thử nghiệm hoàn chỉnh được minh họa trong hình 3.2.

Đối với thử nghiệm cột, Hình 3.3 cho thấy vận tốc theo thời gian của của B pillar ở giữa ở phía bị va đập.

Các phép đo va chạm của xe được ghi lại theo biểu đồ trong hình 3.4.

Theo biểu đồ này, va chạm của Honda Accord cơ sở được thể hiện trong Hình 3.5.

Giống như trong thử nghiệm NCAP về rào chắn di chuyển (moving barrier NCAP), các mức độ là:

(1) ngưỡng cửa (sill top)

(2) điểm H của người ngồi (Occupant H-point)

(3) Giữa cửa (mid-door)

(4) Ngưỡng cửa sổ (window sill)

(5) Đỉnh cửa sổ (window top)

Mô hình mô phỏng:

Thông số kỹ thuật chung cho mô hình và xe thử nghiệm được liệt kê trong hình 3.6.

Xe thử nghiệm trước khi định vị cột có thể được nhìn thấy trong hình 3.7.

Sự biến dạng của xe sau khi va chạm đối với mô hình và thử nghiệm được thể hiện trong hình 3.8.

Vận tốc B pillar và biên dạng xâm nhập bên ở các mức 2, 3, 4 được trích xuất từ mô hình mô phỏng so sánh với kết quả thử nghiệm.

Hình 3.9 so sánh sự thay đổi vận tốc CG của xe theo hướng bên (Y).

Hình 3.10 cho thấy vận tốc giữa điểm giữa B pillar bên bị va chạm khi thử nghiệm và chạy mô phỏng.

Các cấu hình xâm nhập cho mô hình mô phỏng và thử nghiệm có thể được tìm thấy trong hình 3.11.

Tất cả các so sánh chỉ ra rằng mô hình mô phỏng có tương quan khá tốt với thử nghiệm thực tế.

Video quá trình thử nghiệm:****************************************************

Video kết quả mô phỏng được thực hiện bởi Viettechview:**********************************************

4. Thử nghiệm va chạm phía trước với độ lệch vừa phải 40% (Moderate Frontal Offset Test):

Thử nghiệm va chạm phía trước với độ lệch vừa phải. Được tiến hành ở tốc độ 64.4 km/h và chồng chéo 40%

Một hình nộm nam được đặt ở ghế lái. 14 vị trí bên trong và bên ngoài xe được thiết lập để đo đạc tọa độ theo chiều dọc, chiều ngang và chiều thẳng đứng của chúng. Các vết giống nhau được đo sau khi va chạm bằng cách sử dụng cùng một hệ tọa độ tham chiếu.

Bố trí thử nghiệm được thể hiện trong hình 4.1. Barrier mà xe đam vào được thể hiện trong hình 4.2.

Mẫu xe Honda Accord 2011 được sử dụng trong thử nghiệm va chạm.

Xung lực va chạm của xe được thể hiện trong hình 4.3.

Hình 4.4 thể hiện xâm nhấp trong khoang hành khách, xe được xếp hạng tốt  trong thử nghiệm an toàn về độ lệch trực diện vừa phải.

Mô hình mô phỏng:

So sánh giữa mô hình xe được sử dụng cho mô phỏng và xe cho thử nghiệm va chạm với barrier có thể biến dạng phía trước lệch 40% được thể hiện trong hình 4.5.

Mô hình mô phỏng và xe thử nghiệm trước khi thử nghiệm được thể hiện trong hình 4.6.

Hình 4.7 đưa ra hình ảnh của mô hình mô phỏng và xe thử nghiệm trong vụ va chạm.

Gia tốc tại trọng tâm được so sánh giữa mô phỏng và thử nghiệm được thể hiện trọng đồ thị hình 4.8.

Thử nghiệm thực tế có khả năng tăng tốc cao hơn so với mô hình mô phỏng vào khoảng 70 ms. Điều này được cho là do chiếc xe thử nghiệm có kích thước động cơ lớn hơn và khối lượng cao hơn đáng kể so với mô hình mô phỏng. Ngoài sự khác biệt ở mức 70 ms, hình dạng của mô hình mô phỏng thường tuân theo hình dạng của xung của thử nghiệm.

Hình 4.9 So sánh vận tốc tại trong tâm đối với thử nghiệm và mô phỏng. Kết quả cho thấy phản ứng tương tự đối với thử nghiệm và mô phỏng.

Mức xâm nhập tối đa trong thử nghiệm và mô phỏng được đưa ra trong hình 4.10 bằng cách sử dụng sơ đồ xếp hạng xâm nhập.

Tất cả các so sánh chỉ ra rằng mô hình mô phỏng có tương quan khá tốt với thử nghiệm thực tế.

Gia tốc tại trọng tâm cao hơn đối với thử nghiệm ở 70ms, nhưng hình dạng của cả thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và mô phỏng đều tương tự nhau.

Vận tốc tại trọng tâm tương tự như so sánh giữa mô hình mô phỏng với thử nghiệm. Các vụ xâm nhập tối đa là tương tự nhau và tất cả đều nằm trong vùng good.

Video quá trình thử nghiệm:****************************************************

Video kết quả mô phỏng được thực hiện bởi Viettechview:**********************************************

5. Small-Overlap Frontal Barrier Test:

Bài kiểm tra được thiết kế để tái tạo điều gì xảy ra khi góc trước của một xe hơi đâm vào một xe hơi khác hoặc một vật thể như cây hoặc cột điện.

Vì người ngồi trong xe di chuyển cả về phía trước và về phía bên hông xe nên thử nghiệm va chạm nhỏ (small-overlap) cũng là thử nghiệm đối với một số thiết kế dây đai an toàn (seat belt) và túi khí (airbag).

Trong thử nghiệm này, một chiếc xe di chuyển với tốc độ 40 miles /h đâm vào một rào chắn cứng phía trước cao 5 foot.

Một hình nộm thể hiện một người đàn ông có kích thước trung bình được dặt ở ghế lái.

25% tổng chiều rộng của xe đụng vào thanh chắn phía người lái.

Hướng của xe được thử nghiệm đến rào chắn được thể hiện trong hình 5.2.

Để đo mức độ xâm nhập sau thử nghiệm SOL, các vị trí trong hình 5.3 được kiểm tra mức độ di chuyển còn lại của khoảng hành khách của người lái.

Hiệu suất của xe trong bài kiểm tra SOL được xác định theo ba hạng mục:

(1) Chuyển động của bảy điểm bên trong xe cộng với (2) Chuyển động của ba điểm dọc theo khung cửa như trong hình 5.3.

Chiế xe Honda Accord 2011 đã được thử nghiệm cho va chạm đâm vào một hàng rào cứng cố định ở tốc độ 64.3 km/h với 21% chồng lên nhau ở phía người lái. Một hình nộm nam được đặt trong ghế người lái với dây đai thát lưng/ vai được thắt chặt.

Rào chắn cứng cố định là một tấm thép phẳng có chiều cao 152 cm, rộng 157 cm và được uốn cong ở mép trong với bán kính 5 cm. Thanh chắn được thể hiện trong hình 5.4.

Hình 5.5 cho thấy sự xâm nhập vào khoang hành khách.

Hình 5.6, và Hình 5.7 cho thấy sự xâm nhập vào khoang hành khách, biến dạng gần khu vực cửa người lái và gia tốc dọc tại trọng tâm xe.

Mô hình mô phỏng:

Hình 5.8 thể hiện sự so sánh giữa mô hình mô phỏng so với xe thử nghiệm.

Sau đó kết quả từ phản hồi mô phỏng được so sánh với dữ liệu thực tế được ghi lại trong bài thử nghiệm SOL.

Xe thử nghiệm và mô hình mô phỏng trước va chạm được trình bày trong hình 5.9.

Hình 5.10 đưa ra hình ảnh biến dạng của xe thử nghiệm và mô hình mô phỏng trong vụ va chạm.

So sánh hình dạng khoang hành khách sau va chạm được thể hiện trong hình 5.11

Thay đổi vận tốc và gia tốc tại trọng tâm của xe thử nghiệm và mô hình mô phỏng được thể hiện trong các đồ thị hình 5.12 và hình 5.13.

Đồ thị xâm nhập từ xe thử nghiệm và mô hình mô phỏng được thể hiện trong hình 5.14.

Tất cả các so sánh chỉ ra rằng kết quả từ mô phỏng gần với kết quả từ thử nghiệm thực tế.

Video quá trình thử nghiệm:****************************************************

Video kết quả mô phỏng được thực hiện bởi Viettechview:**********************************************

6. Roof Crush Test

Thử nghiệm độ nghiền của mái (thể hiện trong Hình 6.1) được sử dụng để đánh giá mức độ đáng tin cậy của kết cấu xe trong các vụ va chạm do lật xe. Thử nghiệm này được thực hiện bằng cách nghiền kết cấu mái của xe dựa vào một tấm cứng (platen)) cho đến khi đạt được độ nghiền 5 inch. Sau đó, lực lớn nhất mà mái xe phải chịu trước khi bị đè bẹp 5 inch được so sánh với trọng lượng lề đường của xe để tìm ra tỷ lệ độ bền trên trọng lượng. Xe được giữ chắc chắn bằng các kẹp về phần đá lái (rocker).

FMVSS số 216 quy định rằng cấu trúc mái phải chịu được tải trọng gấp ba lần trọng lượng của lề xe. Xếp hạng độ bền mái quy định rằng cấu trúc mái phải chịu được tải trọng gấp bốn lần trọng lượng của lề đường để được xếp hạng tốt.

Đối với thử nghiệm dập mái của IIHS, đánh giá một chiếc Honda Accord 2009 với trọng lượng (curb weight = 3273 lbs) bán tĩnh với tấm ấn (platen).

Lực đỉnh đo được trong phạm vi 5 in của dập mái là 12656 lb. Tỷ lệ sức mạnh / trọng lượng xe = 3.87. Biều đồ của lực so với lực ép của platen được trình bày trong hình 6.3. Honda Accord được đánh giá ở mức “Chấp nhận được – Acceptable” trong bài kiểm tra đè lên nóc xe.

Sơ đồ đánh giá HHIS được thể hiện trong hình 4.

Mô hình mô phỏng:

Việc phân tích thử nghiệm nghiền mái được thực hiện bằng phần mềm LS-DYNA. Các điều kiện biên đã đucợ áp dụng cho mẫu xe đầy đủ, và platen được mô phỏng là một rigid wall với chuyển động theo quy định.

Thiết lập LS-DYNA cho thử nghiệm nghiền mái IIHS của mô hình LWV 1.2 được thể hiện trong Hình 6.5.

Trọng lương của xe thử nghiệm (vehicle curb weight), có cùng giá trị với giá trị được sử dụng cho mô hình mô phỏng là 1484 kg (3273 lb).

Hình 6.6 cho thấy thiết lập thử nghiệm thực tế của IIHS và mô hình mô phỏng xe Honda Accord.

So sánh biến dạng thân dự kiến được thể hiển trong hình 6.7.

Các lớp phủ của thử nghiệm thực tế và kết quả mô phỏng cho:

1. Tỷ lệ sức bền / Trọng lượng  (Strength to Weight Ratio) so với dịch chuyển của platen được thể hiện trong hình 6.8.
2. Lực so với dịch chuyển của platen được thể hiện trong hình 6.9.

Lực so với dịch chuyển platen được đưa ra trong Hình 6.10 cho các thử nghiệm thực tế và mô phỏng LS DYNA. Hình 6.11 cho biết tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng, là lực chia cho trọng lượng xe so với độ dịch chuyển của platen. SWR cho LWV 1.2 có giá trị trên 4 và nằm trong vùng "good".

Video kết quả mô phỏng được thực hiện bởi Viettechview:

Với kinh nghiệm nhiều năm làm việc ở trung tâm R&D tại các tập đoàn công nghiệp lớn trên thế giới. Kinh nghiệm làm việc lâu năm trong lĩnh vực thiết kế, mô phỏng, điều khiển tự động, gia công chế tạo…

Chúng tôi đã từng bước nghiên cứu, phát triển, cải tiến và cho ra đời giải pháp R&D mới cho hệ thống lạnh, công nghệ ô tô, công nghệ máy bay, hệ thống an toàn, robot, xây dựng dân dụng, thủy lợi, năng lượng…

Nếu quý công ty có nhu cầu cần được tư vấn, hợp tác, hoặc biết thêm thông tin chi tiết. Xin vui lòng liên hệ với chúng tôi.

Rất mong nhận được hợp tác và phục vụ.

Tel: (+84) 363 999 110

Email: viettechview.kh@gmail.com

Facebook group: Engineering Simulation Group