✨Ứng Dụng Cae Và Solidworks Tính Toán, Thiết Kế An Toàn Trong Cơ Khí ( Tặng kèm sổ tay xương rồng )

Ứng Dụng Cae Và Solidworks Tính Toán, Thiết Kế An Toàn Trong Cơ Khí ( Tặng kèm sổ tay xương rồng )

Sổ tay xương rồng ngẫu nhiên 1 trong 4 hình

Ngành công nghiệp ô tô đang trở nên sôi động trong những năm gần đây với sự xuất hiện của nhiều mẫu xe hơi đời mới và xe điện. Trong vòng 20 năm trở lại đây, công nghiệp ô tô đã có những sự thay đổi lớn lao. Đặc biệt, các pin thế hệ mới, hệ thống điện và điện tử trên ô tô đã có bước phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng yêu cầu: Tăng công suất động cơ, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm khí thải, tăng tính an toàn và tiện nghi của ô tô. Xe điện đang dần trở thành xu hướng và sẽ thay thế hoàn toàn ô tô truyền thống trong tương lai. Vậy xe điện và xe sử dụng động cơ đốt trong có điểm gì giống và khác nhau? Xe sử dụng động cơ đốt trong và xe điện đều có chung những thành phần như vỏ xe, hệ thống phanh, hệ thống lái, hệ thống treo (giảm chấn), hệ thống khung gầm, hệ thống điện, hệ thống điều hòa, các tính năng giải trí và an toàn… Sự khác nhau lớn nhất giữa xe điện và xe sử dụng động cơ đốt trong là phần hệ thống động cơ: Ô tô truyền thống sử dụng động cơ đốt trong, hoặc xe lai (Hybrid) sử dụng động cơ đốt trong kết hợp động cơ điện, nhưng trên xe điện thì chỉ sử dụng duy nhất động cơ điện. Ưu điểm của động cơ điện là vận hành êm ái, có thể cung cấp mô men xoắn lớn ngay ở vòng tua máy thấp, dải vòng tua máy rộng, có thể lên đến 20.000 vòng/phút. Để truyền công suất từ động cơ đến các bánh xe, cần có hệ thống truyền động. Xe điện có hệ thống truyền động rất đơn giản, không cần có hộp số, hộp gài cầu, hay trục các đăng… trong khi đó các thành phần trên là trang bị phải có trên xe sử dụng động cơ đốt trong. Ở phần thiết kế tổng thể, có lẽ sẽ khó phân biệt được xe điện với ô tô truyền thống, nếu như không dựa vào thiết kế lưới tản nhiệt, ống xả hay các kí hiệu trên xe.

Xe điện đã có thể bỏ hẳn đi các hệ thống trên nên sẽ có không gian nội thất rộng rãi hơn. Các nhà sản xuất có thể bố trí thêm rất nhiều tiện nghi bên trong xe như ghế mát xa, hộc để đồ, hệ thống âm do có nhiều vị trí lắp đặt thiết bị. Xe điện có ưu điểm là kết cấu đơn giản, không gian trong xe rộng rãi hơn, động cơ điện hoạt động êm ái, thân thiện môi trường hơn do hoạt động không có khí thải, việc bảo dưỡng cũng đơn giản và chi phí thấp. Nhược điểm là thời gian sạc pin lớn hơn nhiều lần so với tiếp nhiên liệu, chi phí thay thế pin cũng lớn. Ngày nay, chiếc ô tô là một hệ thống phức hợp bao gồm cơ khí và điện tử. Trên hầu hết các hệ thống điện ô tô đều có mặt các bộ vi xử lý để điều khiển các quá trình hoạt động của hệ thống. Các hệ thống mới lần lượt ra đời và được ứng dụng rộng rãi trên các loại xe từ các hệ thống điều khiển động cơ và hộp số cho đến các hệ thống an toàn và tiện nghi trên xe như: 

Hệ thống phân bổ lực phanh điện tử EBD.

Hệ thống hỗ trợ lực phanh khẩn cấp BA (Brake Assist).

Hệ thống cảnh báo phanh khẩn cấp ESS.

Hệ thống giữ phanh tự động AEB (Auto Emergency Brake).

Hệ thống phanh tay điện tử.

Hệ thoáng chống trượt (ASR).

Hệ thống cân bằng điện tử ESP.

Hệ thống kiểm soát lực kéo TCS.

Hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc HAC.

Hệ thống điều khiển hành trình (Cruise Control).

Camera lùi-Camera 360 độ.

Túi khí (điều khiển túi khí (SRS).

Hệ thống cảnh báo áp suất lốp.

Hệ thống kiểm soát hành trình thích ứng Adaptive Cruise Control.

Hệ thống hỗ trợ đổ đèo, xuống dốc HDC.

Hệ thống cảnh báo chệch làn đường LDW.

Hệ thống hỗ trợ duy trì làn đường LKA.

Hệ thống hỗ trợ chuyển làn ALCA.

Hệ thống cảnh báo va chạm phía trước FCW.

Hệ thống cảnh báo điểm mù BSM (Blind Spot Warning).

Hệ thống cảnh báo người và phương tiện cắt ngang khi lùi RCTA.

Hệ thống hỗ trợ đỗ xe thông minh (Active Parking Assist  System).

Đèn pha thích ứng thông minh (Adaptive Headlights).

Hệ thống kết nối điện thoại thông minh.

Hệ thống hỗ trợ lái xe ADAS.

Công nghệ Lidar…

Bảo dưỡng cũng chính là điểm khác biệt giữa xe điện và ô tô truyền thống. Trên ô tô truyền thống, việc bảo dưỡng phải được thực hiện thường xuyên sau ít nhất là 5.000 km với các công việc phải làm là: 

Thay dầu động cơ, thay lọc dầu, lọc gió, kiểm tra nước làm mát, kiểm tra rò rỉ dầu, rò rỉ nước làm mát… Các công việc trên hoàn toàn không xuất hiện trong danh mục bảo dưỡng của xe điện. Ngoài ra, bảo dưỡng các hệ thống khác như phanh, hệ thống lái, hệ thống điều hòa, hệ thống treo,… là những hạng mục bảo dưỡng chung cho cả hai loại xe này. Với những ưu điểm vượt trội của xe điện, các nhà sản xuất ô tô đang chạy đua về nghiên cứu sản xuất, liên tục cải tiến các công nghệ để có thể chế tạo chiếc xe điện với giá thành rẻ hơn, thời gian sạc nhanh hơn và quãng đường di chuyển được xa hơn. Sở hữu nhiều ưu điểm, chính vì thế việc phổ biến xe điện là xu thế tất yếu trong tương lai. Các hệ thống này áp dụng triệt để Điện tử cũng như phần mềm điều khiển, giá thành của các hệ thống điện và điện tử đã chiếm 30 - 40 % giá thành của xe. Sự phụ thuộc công nghệ của ô tô điện đã và sẽ tăng lên. Những sinh viên, kỹ thuật viên ngày nay phải có những kĩ năng không chỉ sử dụng công nghệ theo một cách thụ động mà còn cần hiểu và kiểm soát nó, có tư duy để sử dụng các thiết bị Điện-Điện tử ngày càng phức tạp. Các thiết bị này đòi hỏi các kỹ thuật viên phải được trang bị đầy đủ các kiến thức về Điện-Điện tử.  Kỹ thuật viên của ngày hôm nay và trong tương lai phải biết lý thuyết cơ bản của tất cả các hệ thống Điện-Điện tử trên ô tô, qua đó có thể bảo trì và bảo dưỡng các hệ thống đó. Nếu là sinh viên, kỹ sư, chuyên viên, học viên cao học trong lĩnh vực ô tô ngoài việc được trang bị đầy đủ các kiến thức về Điện-Điện tử còn có khả năng Tính toán, thiết kế hệ thống an toàn trong cơ khí (tập trung vào ô tô). Đây cũng là nội dung trọng tâm của quyển sách này mà các sách về lĩnh vực này còn quá mới tại Việt Nam. Tới thời điểm này chưa có sách trình bày gây khó khăn cho những ai nghiên cứu về nó. 

Để giúp các kỹ thuật viên và sinh viên trong ngành nắm bắt kịp thời kiến thức trong những lĩnh vực nêu trên, bộ sách “Trang bị điện và điện tử trên ô tô” sau một thời gian dài chỉnh lý, đã ra đời. Quyển sách được soạn với 7 tập: Tập 1 đến tập 4 (Trình bày lý thuyết). Tập 5 và tập 6 (Trình bày Thực hành) và Tập 7 là quyển sách này. Bạn đọc có thể tham khảo nội dung tóm tắt ở phần Giới thiệu sách mới ở cuối sách.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ AN TOÀN

CAE là việc sử dụng phần mềm máy tính để hỗ trợ các nhiệm vụ phân tích kỹ thuật. Cho phép người thiết kế mô phỏng và nghiên cứu cách ứng xử của sản phẩm. Từ đó có thể tinh chỉnh và tối ưu hóa sản phẩm. Các công cụ CAE tương đối đa dạng, đáp ứng được cho nhiều nhu cầu phân tích sản phẩm. CAE viết tắt từ tiếng anh là Computer Aided Engineering nó bao gồm Finite Element Analysis (FEA), Computational Fluid Dynamics (CFD), Multibody Dynamics (MBD), durability và optimization. Trong CAE người ta sử dụng 3 công cụ giải tích chính là phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method – FEM), phương pháp sai phân hữu hạn (Finite Difference Method – FDM) và phương pháp phần tử biên (Boundary Element Method- BEM). Vì vậy, việc xây dựng quá trình mô phỏng và phân tích đòi hỏi người sử dụng có một nền tảng kiến thức về cơ khí, vật lý nhất định (ví dụ: Lực, ứng lực, ứng suất, biến dạng,…) được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như ô tô, hàng không, không gian và các ngành cơ khí chính xác khác. Hệ thống CAE có thể cung cấp hỗ trợ cho các doanh nghiệp. Điều này đạt được bằng cách tham khảo các kết cấu và năng lực khả thi bằng cách chia nhỏ chi tiết thành nhiều phần tử, khi tính toán cho ra kết quả chuẩn xác nhất. Đặc biệt ở các chi tiết có bề mặt phức tạp (Các tác giả đã dành 3 chương đầu trình bày thiết kế 3D với Solidworks 2022). Việc này giúp người kỹ sư biết được ứng xử cơ học của chúng khi ở các trạng thái nhất định, mô phỏng chuyển động của cơ cấu các chi tiết. Tìm hiểu ứng xử của chi tiết trên yêu cầu của điều kiện làm việc. Từ đó, phát hiện ra sai sót trong thiết kế và tìm hướng khắc phục. Giảm thiểu thời gian thử nghiệm thực tế và phát sinh lỗi kỹ thuật trong thời gian vận hành. Sách hướng dẫn bạn đọc làm quen với việc nghiên cứu mô phỏng động học và các ứng dụng trong thiết kế an toàn; Nghiên cứu thiết kế sản phẩm cơ khí trên cơ sở mô phỏng với hệ thống CAE. Các ví dụ, bài tập có nội dung phù hợp được thêm vào nhiều nghiên cứu ứng dụng phục vụ cho sinh viên chuyên ngành cơ khí, cơ khí động lực trong quá trình học tập và đối tượng quan tâm lĩnh vực CAE.

Sách được biên soạn theo kiến thức được tích lũy qua quá trình giảng dạy, hướng dẫn và đóng góp của học viên cao học, sinh viên đại học, các đề tài nghiên cứu khoa học (Nghiên cứu mô phỏng động học và các ứng dụng trong thiết kế máy; Nghiên cứu thiết kế sản phẩm cơ khí trên cơ sở mô phỏng với các hệ thống CAE, Nghiên cứu an toàn bị động ô tô), tham khảo tài liệu liên quan SOLIDWORKS, HYPERWORKS, LS-DYNA, MADYMO của các tổ chức, tác giả trong và ngoài nước. 

Nội dung sách trình bày 400 trang khổ 16 x 24 cm bao gồm 2 phần: 

PHẦN 1: THIẾT KẾ 3D VỚI SOLIDWORKS 2022

Tính toán, thiết kế an toàn trong cơ khí liên quan nhiều đến phần mềm thiết kế 2D và 3D. Tuy AutoCAD được đưa vào giảng dạy tại các trường kỹ thuật nhưng việc thiết kế 3D, nhất là thiết kế bề mặt các chi tiết trong ô tô với AutoCAD còn rất nhiều hạn chế và thiếu các công cụ mô phỏng. Solidwork là phần mềm rất mạnh trong thiết kế 2D và 3D, có giao diện người dùng rất trực quan, nhiều công cụ mô phỏng, liên kết với máy CNC, dễ sử dụng và nhiều tiện ích khác nữa nên được giới thiệu trong chuyên đề này.

Lưu ý: Các tác giả xem như bạn đọc đã biết và sử dụng qua Solidworks, nên phần hướng dẫn học và thực hành Solidworks với các công cụ và lệnh cơ bản không trình bày. Bạn đọc có thể tham khảo sách học thêm Solidworks ở phần giới thiệu sách mới ở cuối sách.

Chương 1: Giao diện người dùng.

Chương 2: Giới thiệu phát thảo 3D.

Chương 3: Giới thiệu về bề mặt.

Chương 4: Các tính năng đặc biệt Sweep, Loft và Wrap.

PHẦN 2: ỨNG DỤNG CAE TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ AN TOÀN TRONG CƠ KHÍ

Chương 5: Giới thiệu mô phỏng an toàn bị động ô tô.

Chương 6: Tiêu chuẩn an toàn ô tô.

Chương 7: Giới thiệu phần mềm Altail Hypermesh.

Chương 8: Giới thiệu Ls-Dyna trong mô phỏng an toàn kết cấu.

Chương 9: Xây dựng mô hình mô phỏng an toàn kết cấu ô tô bằng Hyperworks và Ls-Dyna.

Chương 10: Ứng dụng phần mềm Madymo mô phỏng an toàn tổn thương.

Chương 11: Giới thiệu sách mới.