Tài liệu Nghiên cứu ồn khoang xe khách 29 chỗ sản xuất lắp ráp tại việt nam (tóm tắt)

  • Số trang: 27 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 216 |
  • Lượt tải: 0
tailieuonline

Đã đăng 39799 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Quỳnh Mai NGHIÊN CỨU ỒN KHOANG XE KHÁCH 29 CHỖ SẢN XUẤT LẮP RÁP TẠI VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 62520116 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2015 Công trình đƣợc hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1) GVHD1: PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan 2) GVHD2: TS Nguyễn Thanh Quang Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trƣờng họp tại Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ……… Có thể tìm hiểu luận án tại thƣ viện: 1. Thƣ viện Tạ Quang Bửu - Trƣờng ĐHBK Hà Nội 2. Thƣ viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài: Vấn đề ồn rung trong khoang xe đang đƣợc các hãng ô tô trên thế giới đặc biệt quan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao chất lƣợng sản phẩm. Tuy nhiên, ở Việt Nam lĩnh vực này vẫn chƣa nhận đƣợc sự quan tâm đúng mức. Xuất phát từ thực tế này của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam, NCS đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ồn khoang xe khách 29 chỗ sản xuất lắp ráp tại Việt Nam”cho Luận án của mình. Mục đích nghiên cứu: + Xây dựng phƣơng pháp xác định ồn rung khung vỏ xe khách, cụ thể là mức độ ồn rung trong khoang xe. + Đề xuất các giải pháp giảm tiếng ồn trong khoang xe. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu: - Đối tƣợng nghiên cứu của Luận án là xe khách County 29 chỗ, đóng mới tại công ty ô tô 1.5 thuộc Tổng công ty Vinamotor. - Phạm vi nghiên cứu là sự rung động từ động cơ truyền sang khung vỏ xe gây ra tiếng ồn trong khoang xe. Phương pháp nghiên cứu: Luận án sử dụng phƣơng pháp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm. - Luận án đã xây dựng mô hình lý thuyết mô phỏng rung động của vỏ xe, mô hình mô phỏng khối không khí trong khoang xe và phân tích độ ồn trong khoang xe và ứng dụng phƣơng pháp PTHH để xác định độ ồn do rung động kết cấu khung vỏ xe. - Nghiên cứu thực nghiệm đƣợc thực hiện nhằm xác định gia tốc dịch chuyển tại bốn chân máy làm số liệu đầu vào cho mô hình tính toán lý thuyết và xác định mức áp âm tại vị trí tai ngƣời lái xe để so sánh với kết quả tính toán. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Luận án đã nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp mô hình hóa và mô phỏng trong phần mềm chuyên dụng Ansys để xác định và đánh giá độ ồn trong khoang xe ô tô chở khách có kiểm chứng bằng thực nghiệm nhằm đề xuất các giải pháp giảm độ ồn, nâng cao chất lƣợng ô tô lắp ráp trong nƣớc. Ý nghĩa khoa học của Luận án là đã xây dựng phƣơng pháp nghiên cứu (lý thuyết và thực nghiệm), đánh giá độ ồn do rung của vỏ xe, góp phần từng bƣớc hoàn thiện phƣơng pháp luận nghiên cứu ồn rung vỏ xe ô tô. Kết quả nghiên cứu cho phép đề xuất một số giải pháp nhằm giảm mức ồn rung trong khoang ô tô chở khách lắp ráp tại Việt Nam. Bố cục của luận án: Luận án gồm các phần: Mở đầu Chƣơng 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chƣơng 2: Thiết lập mô hình nghiên cứu ồn rung ô tô khách Chƣơng 3: Ứng dụng phần mềm Ansys khảo sát ồn rung khung vỏ ô tô khách 29 chỗ Chƣơng 4: Nghiên cứu thực nghiệm. Kết luận 1 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Sự rung động của khung vỏ xe Rung động của khung vỏ xe ảnh hƣởng trực tiếp đến hành khách ngồi trong xe và gây ra tiếng ồn làm giảm tính tiện nghi sử dụng. Tiếng ồn trên xe thƣờng đánh giá tại điểm mà hành khách cảm nhận đƣợc, bao gồm ồn trong và ồn ngoài. Các nguồn gây ra rung động chính trên xe gồm: động cơ và các hệ thống nạp, thải; hệ thống truyền lực; bánh xe; lực cản không khí và nhấp nhô mặt đƣờng. Về lý thuyết, rung động đƣợc mô tả bằng các phƣơng trình dao động. Do kết cấu khung vỏ gồm nhiều thành phần cấu thành nên một hệ khung vỏ xe có rất nhiều tần số riêng. Khi nghiên cứu rung động cần đặc biệt quan tâm đến các tần số này. Phƣơng pháp đo rung động khung vỏ xe thƣờng đƣợc qui định theo các tiêu chuẩn quốc gia và tiêu chuẩn ngành, tiêu chuẩn nhà sản xuất. Lựa chọn phƣơng pháp đo phụ thuộc vào mục đích, thiết bị và điều kiện đo phù hợp. Phổ biến nhất trong đo rung động là dùng phƣơng pháp so sánh dịch chuyển của khối quán tính để đo dịch chuyển có thể suy ra biên độ rung hoặc gia tốc. Theo Phương pháp giá trị đơn (Single-value index methods, các dao động đƣợc đo ghi lại theo thời gian hoặc giá trị rms. Các thông số dao động đo đƣợc gồm: gia tốc của dao động (m/s2), vận tốc của dao động (m/s) và chuyển vị của dao động (m). Phƣơng pháp tần số độc lập (frequency-dependent index methods) sử dụng phân tích dao động để phân tích âm thanh. Phƣơng pháp này đòi hỏi những công cụ tính toán phức tạp. Trong nghiên cứu này ứng dụng phần mềm Ansys để mô phỏng số và tính toán các dạng dao động của khung vỏ xe. 1.2 Độ ồn của xe + Khái niệm cơ bản về âm:Âm thanh (âm) có thể đƣợc mô tả nhƣ sự lan truyền một nhiễu loạn trong môi trƣờng vật lý. Âm đƣợc nhận biết bằng tai ngƣời nhƣ sóng áp suất đƣợc cộng thêm vào áp suất không khí tại nơi ngƣời nghe. Áp suất âm là sự biến thiên áp suất không khí so với áp suất khí quyển của môi trƣờng bao quanh. + Các mức đê xi ben của âm Áp suất âm và công suất âm thƣờng đƣợc thể hiện bằng mức đề-xi-ben. Đề-xiben là lô-ga-rít cơ số mƣời của tỷ số giữa đại lƣợng đo đƣợc và một đại lƣợng quy chiếu đƣợc chọn tùy ý theo công thức: Mức dB W   dB  10 log    W0  (1.29) W - công suất âm đo đƣợc W0- công suất âm quy chiếu - Mức công suất âm Mức công suất âm là mức công suất của một nguồn âm so với đại lƣợng quy chiếu quốc tế bằng 10-12W theo công thức: 2  W L w  10 log   W re   dB   (1.30) W - công suất âm đo đƣợc Wre = 10-12 W - công suất quy chiếu Ta có thể tính công suất âm tuyệt đối từ mức công suất bằng cách giải tìm W. W  W re  10 Lw (1.31) Công suất âm và mức công suất âm của một số nguồn âm đƣợc liên hệ với nhau theo công suất quy chiếu. Lƣu ý rằng khi công suất âm thay đổi từ 10-7 W đến 3x106 W, mức công suất âm thay đổi chỉ từ 50 dB đến 195 dB. - Mức áp suất âm Mức áp suất âm đƣợc biểu diễn dƣới dạng đề-xi-ben nhƣ mức công suất âm, công thức: 10  p2   p   L p ( dB )  10 log  2   20 log    p   p re   re  (1.32) p = giá trị áp suất trung bình bình phƣơng (RMS) của âm đo đƣợc. pref = giá trị quy chiếu quốc tế = 20x10-6 Pa ( 0,0002 µbar). Mức áp suất âm 20x10-6Pa là mức áp suất nhỏ nhất của một âm có tần số 1000Hz mà tai ngƣời ở độ tuổi trƣởng thành có khả năng cảm nhận đƣợc. Để khử các tạp âm có biên độ ngẫu nhiên cần thực hiện các phép toán cộng, trừ các mức áp suất âm. Các phƣơng pháp cơ bản để xác định ồn rung trong khoang xe là: + Phương pháp giải tích: Phƣơng pháp giải tích thƣờng chỉ sử dụng cho những mô hình đơn giản, và phải giả thiết nhiều làm cho kết quả bài toán không còn chính xác. + Phương pháp phân tích năng lượng thống kê: Phƣơng pháp phân tích năng lƣợng thống kê dựa trên dự trữ năng lƣợng và truyền năng lƣợng rung động qua kiểu liên kết giữa các cấu trúc con. + Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH): Phƣơng pháp PTHH đƣợc sử dụng rộng rãi phân chia vật thể hoặc cấu trúc thành các phần tử nhỏ hơn. Các phần mềm mạnh chuyên dụng là các phần mềm Ansys, Natran… + Một số phương pháp khác: Phƣơng pháp kết hợp các số liệu thực nghiệm với phân tích PTHH và phƣơng pháp phần tử biên để thiết kế tối ƣu hoá trƣờng âm tại điểm bất kỳ trong khoang xe. 1.3 Cấu trúc khung vỏ xe khách Cấu trúc khung vỏ xe khách gồm nhiều tấm, mảng khác nhau đƣợc kết nối với nhau bằng kết cấu hàn, hình 1.6. Về mặt vật lý các tấm này độc lập với nhau và mỗi tấm đều có các tần số riêng khác nhau. 3 4 5 2 3 1 6 (a) Khung vỏ xe khách 29 chỗ (b) Cấu trúc mảng khung vỏ xe Hình 1.6 Khung vỏ ô tô khách 29 chỗ 1. Mảng tấm trước, 2. Mảng tấm cạnh phải, 3. Mảng tấm cạnh trái, 4. Mảng tấm nóc, 5. Mảng tấm sau, 6. Mảng tấm sàn xe 1.4 Tình hình nghiên cứu ở trên thế giới và trong nƣớc Trên thế giới: Qua quá trình tìm hiểu và thống kê cho thấy đến thời điểm hiện nay, các phƣơng pháp phổ biến đƣợc sử dụng để xử lý, tính toán cho bài toán về ồn rung bao gồm: phƣơng pháp giải tích, phƣơng pháp phân tích năng lƣợng thống kê, phƣơng pháp PTHH, và một số phƣơng pháp khác,.. ở mỗi phƣơng pháp có những ƣu điểm và nhƣợc điểm riêng, tùy vào mục đích, yêu cầu của bài toán mà lựa chọn phƣơng pháp tính phù hợp. + Phương pháp giải tích Phƣơng pháp giải tích thƣờng chỉ sử dụng cho những mô hình đơn giản, và phải giả thiết nhiều làm cho kết quả bài toán không còn chính xác. + Phương pháp phân tích năng lượng thống kê Phƣơng pháp phân tích năng lƣợng thống kê (SEA) xác định âm thanh trong ca bin ôtô ở vùng tần số cao. Nền tảng của lý thuyết SEA dựa trên dự trữ năng lƣợng (energy storage) và truyền năng lƣợng rung động qua kiểu liên kết giữa các cấu trúc con (các phần tử SEA). + Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) Phƣơng pháp PTHH đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều bài toán kỹ thuât, phân chia vật thể hoặc cấu trúc thành các phần tử nhỏ hơn. Các phần mềm mạnh chuyên dụng giải bài toán PTHH là các phần mềm Ansys, Natran… + Một số phương pháp khác Phƣơng pháp kết hợp các số liệu thực nghiệm với phân tích PTHH và phƣơng pháp phần tử biên để thiết kế tối ƣu hoá trƣờng âm tại điểm bất kỳ trong khoang cabin ôtô. Trong nƣớc: Trong nƣớc cũng đã có một số công trình nghiên cứu về ồn rung trên ô tô ở phạm vi nghiên cứu lý thuyết nhƣng chƣa có công trình nào nghiên cứu sâu. Tác giả Cao Trọng Hiền nghiên cứu lƣu lƣợng xe ở Việt Nam gây ra tiếng ồn khoảng 70 đến 80 dB, nguyên nhân gây ra là do chất lƣợng xe, [2]. Tác giả Bùi Văn Ga khảo sát tiếng ồn do ô tô gây ra vào ban ngày tại ở Đà Nẵng, nếu lấy mức ồn cho phép là 85 dBA thì chỉ có 93.1% xe đạt yêu cầu. Tác giả Đào 4 Ngọc Điệp đã nghiên cứu độ ồn do rung động của vỏ xe mini buýt sản xuất tại Việt Nam, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, [4]. Mục tiêu và phƣơng pháp nghiên cứu + Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định ồn rung khung vỏ xe khách, cụ thể là mức độ ồn trong khoang xe phụ thuộc vào tần số dao động của khung vỏ khi thay đổi chiều dày hoặc loại vật liệu tấm vỏ xe. + Đề xuất biện pháp kỹ thuật thay đổi tần số rung động của khung vỏ nhằm giảm tiếng ồn trong khoang, cụ thể là việc sử dụng vật liệu: chiều dày tấm tôn và chủng loại vật liệu để làm tấm mảng khung vỏ xe. + Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm kết hợp với phƣơng pháp chuyên gia. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 + Ồn rung trên ô tô cũng đã có một số công trình nghiên cứu trên thế giới. Ở trong nƣớc cũng có một số nghiên cứu nhƣng ở mức bƣớc đầu. Luận án đã tiếp cận nghiên cứu một mẫu xe khách 29 chỗ đóng mới khung vỏ còn gầm bệ đƣợc cung cấp từ Hyundai nên việc nghiên cứu khung vỏ nhằm đánh giá chất lƣợng của nó với chỉ tiêu ồn rung có ý nghĩa thực tiễn quan trọng. + Trong giới hạn cho phép của Luận án, NCS chỉ tập trung vào nghiên cứu ồn rung khung vỏ xe do lực kích thích từ động cơ gây nên. CHƢƠNG 2 THIẾT LẬP MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ỒN RUNG Ô TÔ KHÁCH Khung vỏ ô tô bao gồm các mảng tấm đƣợc liên kết với nhau thông qua mối ghép hàn. Khi động cơ hoạt động, sự rung động của động cơ đƣợc truyền lên khung vỏ và hình thành tiếng ồn trong khoang xe. Hiện tƣợng rung và ồn phản ánh gián tiếp chất lƣợng của khung vỏ sản xuất trong nƣớc và đƣợc sử dụng nhƣ tiêu chí đánh giá chất lƣợng ô tô. 2.1 Dãy tần số dao động và cấu trúc khung vỏ xe Mối quan hệ của dãy tần số dao động (rung/ồn) với dạng cấu trúc khác nhau của khung vỏ xe [22] đƣợc thể hiện trên hình 2.1. Tại khoảng tấn số thấp, chủ yếu là sự dao động của các tấm độc lập với các khối lƣợng đàn hồi, đƣợc xét theo hệ tọa độ địa phƣơng của từng tấm. Ở khoảng giữa, dãy tần số trung bình xuất hiện ồn và rung structure-borne noise, nguồn gây ồn rung từ các dao động của cả hệ khung vỏ xe(là khu vực được giới hạn nghiên cứu). Ở dãy tần số cao, xuất hiện tiếng ồn airborne, nguồn gây ồn rung từ khối không khí từ bên ngoài và trong khoang xe. 5 Cấu trúc Airborn noise Structure-born noise Thấp Cao T/bình ~150Hz ~1.000Hz Tần số ~10.000Hz Hình 2.1 Dãy tần số dao động (rung/ồn) và cấu trúc khung vỏ xe [22] 2.2 Mô phỏng rung động của khung vỏ xe khách bằng phần mềm Ansys a) Cấu trúc không gian khung vỏ xe Việc xây dựng cấu trúc không gian khung vỏ xe phụ thuộc vào phƣơng pháp thiết kế, phƣơng pháp công nghệ và cũng phụ thuộc vào tính kinh tế. Một trong những phƣơng pháp phổ biến là cấu trúc khung vỏ xe khách đƣợc phân làm sáu mảng cơ bản gồm mảng tấm trƣớc, mảng tấm sau, mảng tấm cạnh phải, mảng tấm cạnh trái, mảng tấm nóc và mảng tấm sàn ( hình 1.6). Các tấm mảng đƣợc nối với nhau bằng mối ghép hàn. Liên kết giữa vỏ và khung xe cũng bằng mối ghép hàn. b) Xây dựng mô hình không gian 3D khung vỏ xe Luận án đã sử dụng trang thiết bị hiện đại và phần mềm chuyên dụng để thiết kế khung vỏ xe và xây dựng mô hình không gian 3D khung vỏ xe theo phƣơng pháp thiết kế ngƣợc (reverse engineering). Thiết bị gồm máy Scan 3D quét bằng tia Lazer toàn bộ vỏ xe theo đúng tỷ lệ xe thực, nhập dữ liệu scan vào phần mềm Rapidform. Kết quả đã dựng đƣợc một mô hình 3D vỏ xe đúng theo tỷ lệ thực và sau đó dựng khung xe bên trong theo biên dạng của vỏ xe và ta đƣợc một mô hình không gian khung vỏ xe khách hoàn thiện, (hình 2.8).Kết quả mô hình này có thể kết nối đƣợc với các phần mềm kỹ thuật chuyên dụng nhƣ: Solidwork, Catia, Ansys, ... cho ta mô hình phần tử hữu hạn (hình 2.10). Hình 2.10 Mô hình khung vỏ xe khách kết nối từ phần mềm Solidwork với phần mềm Ansys Hình 2.8 Mô hình 3D vỏ xe khách 29 chỗ được dựng bằng phương pháp Scan 3D 6 2.3Các phương pháp kích thích rung động trong mô hình PTHH Nguồn kích thích rung động trên mô hình có thể đƣợc áp dụng bởi nhiều dạng: dƣới dạng lực kích động, chuyển vị hay gia tốc... Tuy nhiên, trong nội dung nghiên cứu của luận án, giá trị kích thích rung động lên khung vỏ đƣợc xác định bằng thực nghiệm. Bằng việc sử dụng các cảm biến gia tốc, kích thích rung động đƣợc xác định dƣới dạng gia tốc. Để áp dụng kích thích rung động là gia tốc cho mô hình rung động trong khảo sát một số phƣơng pháp đƣợc đƣa ra [43], cụ thể:  Phƣơng pháp Global Support Acceleration Method “GSAM” Với phƣơng pháp này, khi hệ dao động chịu kích thích gia tốc tại bất kỳ điểm nào trên hệ thì đều đƣợc quy về gia tốc của toàn hệ. Đây là phƣơng pháp đơn giản nhất để áp đặt giá trị gia tốc kích thích đầu vào. Tuy nhiên, ở phƣơng pháp này sẽ gặp phải các hạn chế: Không thể áp dụng đồng thời cho nhiều vị trí kích thích gia tốc khác nhau; kết quả tính toán đƣa ra chuyển động tƣơng đối giữa các phần tử kết cấu; có độ sai lệch so với kết quả thử nghiệm thực tế (ví dụ: tại các bề mặt cố định vẫn sẽ tồn tại một giá trị gia tốc tƣơng đối), ngoài ra, với phƣơng pháp này các thông tin về pha dao động không đƣợc cung cấp, gia tốc không phụ thuộc vào tần số. Câu lệnh sử dụng trong phần mềm Ansys là ACEL.  Phƣơng pháp Large Mass Method “LMM” Phƣơng pháp khối lƣợng lớn hoàn toàn khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của phƣơng pháp GSAM, điều này có nghĩa là giá trị tính toán đƣợc là giá trị tuyệt đối. LMM là một phƣơng pháp quy đổi gia tốc kích thích đầu vào thành ngoại lực. Cơ sở để áp dụng phƣơng pháp này là giả định một khối lƣợng rất lớn M đƣợc đặt vào mối liên kết chung của toàn hệ. Ngoại lực kích thích rung động kết cấu bằng khối lƣợng giả định này nhân với gia tốc (F=M*a) sau đó đƣợc áp dụng cho những điểm đặt khối lƣợng theo hƣớng của lực kích thích. Phƣơng pháp này cho kết quả với độ chính xác cao và đƣợc sử dụng trong môi trƣờng ANSYS Mechanical.  Phƣơng pháp Enforced Motion Method “EMM” Phƣơng pháp EMM là kỹ thuật phát triển mới nhất đƣợc tích hợp trong phần mềm Ansys phiên bản ANSYS V14.5. Phƣơng pháp này cho phép áp dụng tải kích thích trực tiếp là dịch chuyển hoặc gia tốc. Các giá trị kích thích này có thể là hằng số hoặc phụ thuộc vào tần số hoặc thời gian. Phƣơng pháp này khắc phục tất cả các nhƣợc điểm của phƣơng pháp trên vì nó cho phép định nghĩa kích thích đầu vào là những dao động ngẫu nhiên với các pha dao động khác nhau. Trong ba phƣơng pháp nêu trên đều cho phép trực tiếp hoặc gián tiếp sử dụng tín hiệu gia tốc làm giá trị kích thích rung động. Để phù hợp với yêu cầu bài toán và điều kiện áp dụng, luận án đã lựa chọn phƣơng pháp Large Mass Method (LMM) để xác định giá trị kích thích đầu vào trong mô hình rung động tấm sàn, với tín hiệu gia tốc đã đo đƣợc từ thực nghiệm. 7 2.4 Mô phỏng ồn rung khung vỏ xe khách trong phần mềm Ansys 2.4.1 Công suất âm của tấm panel khung vỏ xe Công suất âm P phát bởi tấm panel phụ thuộc khả năng phát xạ của tấm khi đang dao động uốn và độ lớn của dao động: 2 (W) (2.48) P   f .  o .c d .S . V Trong đó: -  f : Hệ số phát xạ của tấm tại tần số trung bình f;  f đƣợc xác định bằng thực nghiệm;  f = 1 khi f > fc;  f >1 khi f = fc;  f <1 khi f - Xem thêm -