Giải pháp mô phỏng bài toán va chạm ô tô

Theo số liệu của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) công bố, mỗi năm, trên thế giới có khoảng 1,25 triệu người chết vì tai nạn giao thông.

Ước tính mỗi năm ở Việt Nam có khoảng hơn 12.000 người tử nạn do tai nạn giao thông đường bộ, đặc biệt là ô tô va chạm trực diện làm cho nhiều người thương vong cùng lúc.

Do đó, thiết kế tính an toàn kết cấu ô tô khi xảy ra va chạm trực diện trở thành điểm nóng nghiên cứu.

Theo các số liệu thống kê, đầu ô tô chính là vùng chịu tác động lớn nhất trong hầu hết các vụ đâm xe đối đầu. Do đó, tài xế và những người ngồi bên cạnh thường là những nạn nhân đối mặt trực tiếp với tử thần. Theo các nghiên cứu, việc cải thiện phần đầu ô tô có thể giúp giảm tới 7% nguy hiểm mà người ngồi trên xe gặp phải.

Từ trước những thập niên 50 người ta vẫn cho rằng xe càng cứng thì càng an toàn, tuy nhiên, nghiên cứu thực tế chỉ ra rằng khi xảy ra tai nạn thì nhiều chấn thương cho người lái và hành khách lái lại có nguyên do từ lực va chạm từ bên ngoài "truyền" qua khung xe cứng chắc, gây tổn thương nghiêm trọng. Vì thế, bắt đầu từ năm 1959, Mercedes Benz lần đầu tiên thử nghiệm vùng hấp thụ xung lực (VHTXL) lên mẫu xe W111.

Nói một cách đơn giản thì VHTXL là một kết cấu khung kim loại được lắp đặt ở đầu và đuôi xe, khung kim loại này có thiết kế mềm hơn các vùng khác, mục đích là khi có va chạm trực diện mạnh thì chúng sẽ là nơi hấp thụ lực va chạm và bị bóp méo, uốn cong, co rúm, chuyển hướng lực tác động tránh xa khỏi khung cabin chứa lái xe và hành khách. Ngược lại, cánh cửa và khung cabin hành khách lại có thiết kế siêu cứng, có các thanh kim loại cứng có độ dày cao, thanh giằng gia cố...với mục đích tránh biến dạng khi có va chạm.

Bài toán đặt ra cho các nhà khoa học và các kỹ sư là việc tối ưu hóa Vùng hấp thụ xung lực và tăng cứng cho các bộ phận như cánh cửa xe, cabin, …

Để giải quyết bài toán trên, theo phương pháp thử nghiệm thông thường, các nhà khoa học sử dụng một ô tô thử nghiệm và cho va chạm trực tiếp với vật chắn. Dựa trên các số liệu thu được sau khi thực nghiệm va chạm kết thúc, các nhà khoa học sẽ đánh giá để tối ưu hóa vùng hấp thụ xung lực và cải tiến kết cấu cũng như vật liệu làm cửa xe, cabin ,…

Tuy vậy, sử dụng phương pháp thực nghiệm có những hạn chế như tốn khá nhiều thời gian cũng như chi phí. Với sự tiến bộ của Khoa học – Kỹ thuật, việc ứng dụng các phần mềm mô phỏng kỹ thuật trong các lĩnh vực công nghiệp ngày càng phổ biến. Phần mềm mô phỏng kỹ thuật (engineering simulation) là một công cụ giúp hỗ trợ xử lý số liệu, hình ảnh, tính toán cho kết quả nhanh và chính xác nhất nhằm hỗ trợ người kỹ sư, giúp tiết kiệm được thời gian, và nâng cao hiệu suất, năng suất và hiệu quả làm việc.

Phần mềm mô phỏng kỹ thuật (engineering simulation) đặc biệt hữu dụng trong bài toán mô phỏng va chạm ô tô giúp xác định phần kết cấu có khả năng hấp thụ nhiều nhất xung lực khi xảy ra va chạm. Từ đó, đưa ra các giải pháp tối ưu hóa kết cấu ô tô giúp cân bằng giữa khả năng hấp thụ và khả năng chịu lực của kết cấu khung phần đầu ô tô và hướng tới mục tiêu đảm bảo an toàn cho người ngồi trong xe khi xảy ra va chạm.

Hình 4. Hình ảnh kết quả mô phỏng va chạm ô tô sử dụng phần mềm ANSYS.

Bài viết có tham khảo nội dung từ nguồn: welovecar.vn