Nghiên cứu và phân tích ảnh hưởng của rung động đối với đặc tính khí động của phương tiện giao thông.

- Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Người cam đoan TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Nghiên cứu và phân tích ảnh hưởng của rung động đối với đặc tính khí động của phương tiện giao thông.
- Nghiên cứu sự rung động của phương tiện gây ra do di chuyển trên mặt đường.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của sự rung động đó với đặc tính khí động của phương tiện.
- c) Tóm tắt nội dung chính và đóng góp mới: Trong thực tế, các phương tiện giao thông thường chịu ảnh hưởng của sự va đập hoặc rung động do sự không bằng phẳng của mặt đường.
- Sự rung động này sẽ ảnh hưởng tới đặc tính khí động của phương tiện đặc biệt ở tốc độ cao, và nghiên cứu này giúp đánh giá ảnh hưởng tới chức năng hoạt động như giảm lực cản để tiết kiệm nhiên liệu, giảm lực nâng để tăng hiệu quả điều khiển.
- Sau đó sẽ dùng phương pháp FSI 2 chiều để tính toán đặc tính khí động và ảnh hưởng của rung động đối với đặc tính khí động thông qua phần mềm ANSYS Transient Structure và Fluid Flow (CFX).
- MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan về ảnh hưởng của rung động đối với phương tiện giao thông 1 1.
- Ảnh hưởng của rung động đối với ô tô.
- 1 1.1 Khái niệm về rung động và tiếng ồn.
- 2 1.2.2 Rung động do chuyển động không cân bằng (lệch tâm.
- 12 1.4.3 Lực cản, lực nâng khí động.
- 26 Chương 3: Khảo sát đặc tính khí động của ô tô con.
- 35 Chương 4: Khảo sát ảnh hưởng của rung động đối với đặc tính khí động.
- 18 Hình 9: Bảng các hiện tượng đàn hồi khí động.
- 37 Hình 25: Vị trí đặt nguồn rung động trên xe ô tô (mũi tên màu đỏ.
- Hơn nữa, tính toán khí động ô tô và ảnh hưởng của rung động là một trong những vấn đề rất quan trọng và nền tảng cho các tính toán khác như ổn định, tính điều khiển… Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình, chu đáo của TS.
- Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Người viết Bùi Hoàng Mạnh Chương 1: Lý thuyết về khí động và sự rung động của phương tiện trong quá trình vận hành 1 Chương 1: Tổng quan về ảnh hưởng của rung động đối với phương tiện giao thông 1.
- Ảnh hưởng của rung động đối với ô tô 1.1 Khái niệm về rung động và tiếng ồn Rung động là sự nhiễu loạn trong môi trường thể rắn đàn hồi tạo ra sự chuyển động có thể nhìn thấy được.
- Chúng ta cảm nhận sự rung động bằng cơ quan xúc giác và cảm nhận âm thanh bằng cơ quan thính giác.
- Các rung động và âm thanh được cảm nhận thay đổi như thế nào tùy theo mức độ tiếp xúc với chúng.
- Một âm thanh là sự rung động (dao động áp suất) của không khí.
- Rung động và âm thanh được thể hiện bằng “sóng”.
- Tùy theo từng giá trị của tần số mà sự cảm nhận là rung động hay tiếng ồn.
- Hậu quả của tiếng ồn và rung động là sự khó chịu, mệt mỏi, an toàn vận hành, gây hại tới sức khỏe con người.
- Rung động và tiếng ồn được định nghĩa ở đây là âm thanh không mong muốn, chúng có liên quan chặt chẽ với nhau.
- Tiếng ồn đơn giản là một phần năng lượng rung động của kết cấu chuyển thành áp suất không khí.
- Hầu hết tiếng ồn và rung động có liên quan đến hiện tượng cộng hưởng.
- Cộng hưởng xảy ra khi động lực học ảnh hưởng trong quá trình kích thích các tần số tự nhiên, hoặc chế độ rung động trong các kết cấu xung quanh.
- Tiếng ồn đường cơ - âm học là tiếng ồn được truyền thông qua các vật liệu rắn, thường thông qua sự tiếp xúc cơ khí trực Chương 1: Lý thuyết về khí động và sự rung động của phương tiện trong quá trình vận hành 2 tiếp với các nguồn âm hoặc từ sự rung động của vật trước đó.
- 1.2 Các nguồn rung ồn trên xe Nguyên nhân tạo ra rung động và tiếng ồn trên xe là do lực rung động, trong phần này luận văn chỉ ra một số nguồn gây rung động trên xe.
- Nếu có thể giảm hết mọi nguyên nhân này, thì rung động và tiếng ồn sẽ không xuất hiện.
- Nguyên nhân tạo ra rung động tiếng ồn của xe là do lực rung.
- Chúng làm cho động cơ bị rung, làm cho bản than động cơ trở thành một bộ phận tạo rung động.
- Do cấu Chương 1: Lý thuyết về khí động và sự rung động của phương tiện trong quá trình vận hành 3 tạo của động cơ, không thể tránh được dao động mômen.
- Nếu nguyên nhân rung động và tiếng ồn là sự dao động mômen thì việc khắc phục rất khó.
- 1.2.2 Rung động do chuyển động không cân bằng (lệch tâm) Các lực rung bởi lực quán tính do cơ cấu đối trọng trục khuỷu tạo ra và sự không cân bằng trong vật thể quay.
- Nhưng rung động do quán tính không cân bằng tạo ra có thể giữ nguyên.
- Lực rung do sự không cân bằng trong bộ phận quay tạo ra trước hết là rung động của động cơ bất kể số xy lanh.
- Rung động ở hệ thống nạp cũng truyền vào bên trong.
- Có thể giảm tiếng xả khí Chương 1: Lý thuyết về khí động và sự rung động của phương tiện trong quá trình vận hành 4 này bằng các đặc tính giảm thanh của bộ giảm âm (giảm thanh).
- Âm thanh phát ra bởi độ rung của các vách bộ phận do dao động của áp suất xả, tạo ra rung động ở không khí xung quanh.
- Đôi khi rung động ở hệ thống xả cũng truyền đến thân xe và tạo ra âm thanh được truyền đi.
- 1.2.5 Sự không cân bằng trục các đăng Sự không cân bằng ở trục các đăng gây ra rung động hoặc tiếng ồn.
- Khi rung động và tiếng ồn phát sinh, hiện tượng này không nhất thiết là có hư hỏng xảy ra.
- Các loại rung động và tiếng ồn điển hình trên xe tác động tới cabin được trình bày trong mục dưới đây.
- 1.3.1 Rung nảy cabin Hiện tượng: “Rung nẩy” được định nghĩa là rung động theo chiều đứng hoặc chiều ngang của thân xe và vô lăng, cùng với rung động của các ghế ngồi.
- Rung động này được khuếch đại và lại làm rung các cầu xe.
- Và rung động của các cầu xe được truyền đến thân xe và động cơ qua hệ thống treo.
- Chương 1: Lý thuyết về khí động và sự rung động của phương tiện trong quá trình vận hành 5 Các rung động của thân xe được truyền tới vô lăng và các ghế ngồi làm cho thân xe, ghế và vô lăng bị rung.
- Khi các rung động được truyền cộng hưởng với thân xe, thân xe sẽ rung mạnh.
- Ngoài ra, khi rung động của các cầu xe cộng hưởng với các rung động của động cơ, động cơ sẽ rung rất mạnh, và lại làm cho thân xe rung mạnh hơn nữa.
- Nguyên nhân: Chương 1: Lý thuyết về khí động và sự rung động của phương tiện trong quá trình vận hành 6 - Lốp không cân bằng hoặc đảo không đều - Cộng hưởng giữa lốp và vô lăng - Đường xóc - Lốp bị biến dạng hoặc rung động đột ngột theo chiều đứng khi phanh gây ra khi lốp mòn không đều.
- Đường xóc, các biến dạng ở lốp hoặc các dao động theo chiều đứng khi phanh có thể gây ra mọi rung động xung quanh ngõng trục trước làm cho vô lăng rung.
- Hình 2: Rung lắc ở vô lăng 1.3.3 Rung bàn đạp ga Chương 1: Lý thuyết về khí động và sự rung động của phương tiện trong quá trình vận hành 7 Hiện tượng: đây là rung động có tần số cao xuất hiện ở tốc độ cao hơn nhưng không lien quan tới tốc độ của xe.
- Do ảnh hưởng từ rung động ở động cơ.
- Rung động và các cộng hưởng ở bướm ga hoặc thanh nối.
- Cơ chế: rung động của động cơ làm cho cáp bướm ga hoặc thanh nối rung lên.
- Các rung động này truyền tới bàn đạp ga kéo theo sự rung động.
- Các xe có động cơ ở phía trước, dẫn động bánh sau (FR) Các dao động momen hoặc mất cân bằng của các bộ phận quay hoặc chuyển động tịnh tiến của động cơ tạo ra các rung động uốn trong hệ thống truyền lực.
- Hơn nữa, các góc nối hoặc một trục các đăng không cân bằng có thể làm tăng thêm các rung động này.
- Bất cứ độ rơ nào ở cần chuyển số cũng khuếch đại thêm rung động này.
- Các xe có động cơ ở phía trước, dẫn động bánh trước (FF) Chương 1: Lý thuyết về khí động và sự rung động của phương tiện trong quá trình vận hành 8 Một động cơ không được căn chỉnh chính xác sẽ chạy không đều và làm cho cụm cần chuyển số bị rung.
- Do đó các bạc lót của hệ thống treo bị nén lại, truyền tiếng ồn hoặc rung động đột ngột tới thân xe.
- Chương 1: Lý thuyết về khí động và sự rung động của phương tiện trong quá trình vận hành 9 Nguyên nhân.
- Khi các rung động này đạt đến một tần số nhất định, chúng gây ra các cộng hưởng ở các lốp làm khuếch đại các rung động này.
- Các rung động này được truyền từ hệ thống treo đến thân xe, và tiếng kêu gầm rú phát ra từ các tấm ốp của thân xe.
- Chương 1: Lý thuyết về khí động và sự rung động của phương tiện trong quá trình vận hành 10 Nguyên nhân.
- Rung động do các ứng suất xoắn ở trục các đăng và các bán trục.
- Các rung động của ống xả Ống xả dài và nhỏ nên dễ bị rung.
- Khi ống Chương 1: Lý thuyết về khí động và sự rung động của phương tiện trong quá trình vận hành 11 xả cộng hưởng với rung động của động cơ, rung động này được khuếch đại tiếp và truyền theo đường của các vòng đệm chữ O và các vòng kẹp của ống giảm thanh đến thân xe, gây ra tiếng ù ù của thân xe.
- Rồi rung động này truyền qua các chân máy đến thân xe, tạo ra tiếng ù ù của thân xe.
- Lực bám và hệ số bám Lực bám chính là lực kéo tiếp tuyến cực đại sinh ra tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe Chương 1: Lý thuyết về khí động và sự rung động của phương tiện trong quá trình vận hành 12 chủ động và mặt đường.
- Chương 1: Lý thuyết về khí động và sự rung động của phương tiện trong quá trình vận hành 13 Hình 5: Phân tích các lực tác dụng lên ô tô 1.4.3 Lực cản, lực nâng khí động a.
- (5) Trong đó: D: Lực cản khí động.
- Chương 1: Lý thuyết về khí động và sự rung động của phương tiện trong quá trình vận hành 14 Hình 6: Hệ số lực cản của một số loại ô tô b.
- (6) Trong đó: L: Lực nâng khí động.
- Chương 1: Lý thuyết về khí động và sự rung động của phương tiện trong quá trình vận hành 15 2.
- Ngày nay với sự phổ Chương 1: Lý thuyết về khí động và sự rung động của phương tiện trong quá trình vận hành 16 biến của các máy bay cận âm và trên âm thì việc tính toán về hiện tượng đàn hồi khí động đã trở thành một yêu cầu không thể thiếu trong quá trình tính toán thiết kế.
- Chương 1: Lý thuyết về khí động và sự rung động của phương tiện trong quá trình vận hành 17 Hình 7: Vụ sập cầu Tacoma Khi gió tác động lên kết cấu thì sẽ làm cho kết cấu bị rung động và ở một tốc độ gió nào đó thì rung động này sẽ có tần số trùng với tần số của dao động riêng của kết cấu, khi đó kết cấu sẽ xảy ra hiện tượng dao động điều hòa và biên độ dao động sẽ tăng mạnh và gây ra sự phá hủy kết cấu.
- Tam giác đàn hồi khí động COLLAR (1946.
- Chương 1: Lý thuyết về khí động và sự rung động của phương tiện trong quá trình vận hành 18 Hình 8: Tam giác đàn hồi khí động COLLAR Trong đó ta có ba đỉnh A, I, E lần lượt là: Aerodynamic force, Inertial force, Elastic force.
- Cuối cùng, khả năng tính toán số ngày càng phát triển thì các mô hình khí động phức tạp đã được dùng để phân tích hiện tượng rung động.
- Chương 3: Khảo sát đặc tính khí động của ô tô con 35 3.4.2.
- Thời gian (s)Hệ số lực nâng ClV=20V Thời gian (s)Hệ số lực cản CdV=20V Thời gian (s)Hệ số chất lượng khí độngV=20V=30 Chương 4: Khảo sát ảnh hưởng của rung động đối với đặc tính khí động 38 Chương 4: Khảo sát ảnh hưởng của rung động đối với đặc tính khí động 4.1 Mô hình bài toán Trong chương này, ta vẫn sẽ sử dụng mô hình tính toán xe ô tô như chương 3 với kích thước hình học không thay đổi.
- Tuy nhiên, chúng ta không chỉ thực hiện tính toán khí động riêng mà còn đưa vào tải rung động tác động lên xe để xem xét sự biến đổi đặc tính khí động.
- Hình 26: Hai bộ giải Transient và Fluid Flow (CFX) trong ANSYS Workbench Chương 4: Khảo sát ảnh hưởng của rung động đối với đặc tính khí động 39 - Đối với thiết lập trong Transient Structure: Hình 27: Thiết lập mô hình tính toán trong Transient Structure Chế độ phân tích: Transient Đặt lực có giá trị.
- Đối với thiết lập trong CFX: Hình 28: Thiết lập mô hình tính toán trong Fluid Flow (CFX) Chương 4: Khảo sát ảnh hưởng của rung động đối với đặc tính khí động 40 Bộ giải kết nối: ANSYS Multifield Tổng thời gian giải: 3s Bước thời gian: 0.01s Chế độ phân tích: Transient Loại chất lỏng: khí thực ở 25oC Mô hình giải: SST (Shear Stress Transport) Các điều kiện biên: Vận tốc đầu vào: v = 30 (m/s) và áp suất đầu ra: p = 0 (Pa) 4.3 Kết quả tính toán 4.3.1 Đối với f = 10 (Hz.
- Hình 33: Biến thiên hệ số lực cản theo thời gian Hệ số lực cản CdThời gian (s)Hệ số lực cản Cdt = 3.00s t = 0.01s t = 0.30s Chương 4: Khảo sát ảnh hưởng của rung động đối với đặc tính khí động 43 Hình 34: Biến thiên hệ số lực nâng theo thời gian Ta nhận thấy lực nâng và lực cản của ô tô thay đổi không tuần hoàn tương tự theo độ rung động và độ biến đổi cũng không quá lớn.
- Chứng tỏ rung động với biên độ như trên không có ảnh hưởng quá lớn đến với đặc tính khí động của xe ô tô.
- f = 20 Hz Chương 4: Khảo sát ảnh hưởng của rung động đối với đặc tính khí động 44 Hình 35: Trường áp suất trong miền tính toán Trường áp suất trong 2 trường hợp có khác nhau về giá trị cường độ và hình dạng nhưng là không nhiều.
- f = 20 Hz Chương 4: Khảo sát ảnh hưởng của rung động đối với đặc tính khí động 45 Hình 36: Trường biến thiên vận tốc trong miền tính toán Tương tự như trường áp suất, phân bố vận tốc xung quanh xe gần như không thay đổi tuy nhiên có chút biến đổi về mặt cường độ.
- f = 10 Hz Chương 4: Khảo sát ảnh hưởng của rung động đối với đặc tính khí động 46 Hình 37: Độ dịch chuyển của lưới tương ứng hai tần số khác nhau (hình trên f = 20Hz, hình dưới f = 10Hz) Tuy nhiên độ dịch chuyển của lưới trong hai trường hợp lại rất khác nhau, nguyên nhân có thể bắt nguồn từ việc dao động với tần số cao sẽ khiến lưới khó ổn định hơn.
- Chương 4: Khảo sát ảnh hưởng của rung động đối với đặc tính khí động 47 Hình 38: Trường vecto vận tốc trong miền tính toán t = 3.00 s.
- f = 10 Hz Chương 4: Khảo sát ảnh hưởng của rung động đối với đặc tính khí động 48 Hình 39: Trường phân bố áp suất trên bề mặt xe Trường phân bố áp suất ở trên bề mặt xe trong cả hai trường hợp đều khá tương tự nhau.
- f = 20 Hz Chương 4: Khảo sát ảnh hưởng của rung động đối với đặc tính khí động 49 4.3.3 So sánh giữa trường hợp có lực tác dụng và không có lực tác dụng Cuối cùng, ta sẽ có sự so sánh các lực khí động trong hai trường hợp có rung động và không có rung động.
- Tuy nhiên hệ số chất lượng gần như tương tự, điều này chứng tỏ rung động ta đặt vào xe không có ảnh hưởng quá lớn đối với khí động của xe.
- Thời gian (s)Hệ số lực nâng Cl (v=30m/s)f=5 Hzf=10 Hzf=20 HzKhông có lực Thời gian (s)Hệ số lực cản Cd (v=30 m/s)f=5 Hzf=10 Hzf=20 HzKhông có lực Thời gian (s)Hệ số chất lượng khí động Cl/Cdf=5 Hzf=10 Hzf=20 HzKhông có lực Chương 4: Khảo sát ảnh hưởng của rung động đối với đặc tính khí động 50 KẾT LUẬN  Nghiên cứu kỹ lưỡng các lý thuyết về khí động học và sự ảnh hưởng rung động với đặc tính khí động của phương tiện giao thông trong mô hình 3D, cùng với đó là các bước và phương pháp mô phỏng để thu được kết quả mong muốn.
- Nghiên cứu về lý thuyết mô phỏng FSI 2 chiều tương tác giữa khí động học và sự rung động của phương tiện giao thông.
- Các kết quả mô phỏng tính toán của đặc tính khí động và rung động là phù hợp với lý thuyết đã được học.
- Chương 4: Khảo sát ảnh hưởng của rung động đối với đặc tính khí động 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt