Siêu xe - Siêu nhẹ - Siêu tốc độ

Theo Kỹ sư mô phỏng, Asotech srl, Reggio Emilia, Italy

Để đạt được trọng lượng nhẹ đáng kinh ngạc, bộ khung của mô tô thể thao Vins Duecinquanta cũng như vành, giảm xóc trước và thân xe được chế tạo từ vật liệu composite sợi carbon. Điểm nút của lưới trước được làm bằng nhôm, nằm ở trung tâm của xe, dưới tay lái và kết nối với động cơ, khung, bình xăng, bộ tản nhiệt và hệ thống giảm xóc. Trước tiên, các kĩ sư của Asotech đã sử dụng phương pháp tối ưu hóa topology của ANSYS Mechanical để tối ưu hóa thiết kế, thay đổi cả hình dạng và kích thước cơ bản của bộ phận này, giúp giảm 56% trọng lượng của xe. Sau đó, các kỹ sư đã sử dụng ANSYS Mechanical để phân tích mỏi nhằm đảm bảo chiếc xe đạt được sự cân bằng cần thiết và không bị hư hỏng dưới tác dụng của lực lặp đi lặp lại theo thời gian.

Trong bài đánh giá chiếc xe mô tô mới, New Atlas cho biết, “Vins Duecinquanta (trong tiếng Ý là "250") tập trung vào giảm trọng lượng đến mức mà chưa từng có chiếc xe thể thao đường phố nào có thể đạt được” Chiếc xe này có động cơ 60 mã lực, trọng lượng không tải 209 lbs (95 kg), có giá 40.000 euro (49,621 US $), với vận tốc 120mph (299km/h) mà vẫn đáp ứng luật phát thải mới nhất. Các kỹ sư Asotech đã giảm trọng lượng đáng kể của xe bằng việc sử dụng phương pháp tối ưu hóa topology của ANSYS Mechanical để giảm trọng lượng của điểm nút lưới trước từ 40 lbs (18 kg) xuống còn 18 lbs (8 kg).Bên cạnh đó, họ còn sử dụng phân tích mỏi của ANSYS Mechanical để đảm bảo điểm nút đáp ứng được các tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode về tuổi thọ mỏi.

Sử dụng phân tích cấu trúc ANSYS, thay đổi hình dạng để khắc phục các vấn đề về kết cấu

XE MÔ TÔ HIỆU SUẤT CAO

Duecinquanta sở hữu động cơ hai thì, hai xi lanh, 90-degree V-twin (góc nghiêng 90 độ), cùng với công nghệ phun xăng điện tử. Bộ tản nhiệt của xe được tích hợp vào hệ thống khí động, vì vậy, luồng khí đi vào bộ tản nhiệt, chảy về phía sau qua khung rỗng và thoát ra ngoài qua đuôi xe và càng gắp sau. Duecinquanta Competizione - phiên bản đường đua chỉ có trọng lượng 187 lbs (85 kg) do loại bỏ các thiết bị sử dụng cho phiên bản đường phố. Với công suất 80 mã lực và tốc độ tối đa khoảng 149 dặm/giờ (240km/giờ), chiếc xe đua này có giá 50,000 euro (62,029 US $). Vins đang lên kế hoạch sản xuất 20 đến 30 chiếc xe mới mỗi năm.

Đội ngũ kỹ sư của Vins chủ yếu gồm các cựu sinh viên chuyên làm việc với vật liệu tổng hợp sợi carbon của trường Ferrari. Vì điểm nút lưới trước là một trong những thành phần kim loại quan trọng nhất của xe, Vins đã nhờ đến sự hỗ trợ của Asotech – một công ty cơ khí hàng đầu của Ý với 110 kỹ sư, cung cấp hơn 200,000 giờ dịch vụ mỗi năm, chuyên tập trung vào ô tô, xe máy, công viên giải trí và thị trường máy móc tự động.

Trước đây, điểm nút này được thiết kế theo cách truyền thống từ một hình dạng rắn thông thường có các bề mặt lắp ghép cần thiết. Sau đó, các kĩ sư sẽ mô phỏng thiết kế và tìm các bề mặt có ứng suất thấp (có thể gỡ bỏ vật liệu ở đây). Khảo sát từng thiết kế một và thay đổi kích thước thủ công theo cách này có thể giảm trọng lượng đáng kể nhưng lại tốn thời gian. Thậm chí sau đó, các kĩ sư cũng không thể giảm trọng lượng như mục tiêu đã đề ra.

Các trường hợp tải được phân tích với mô phỏng kết cấu

TỐI ƯU HÓA TOPOLOGY GIÚP GIẢM THIỂU TRỌNG LƯỢNG

Các kỹ sư đã giải quyết thách thức này bằng cách sử dụng tối ưu hóa topology trên ANSYS, được tích hợp với phần mềm cấu trúc ANSYS Mechanical. Các kĩ sư của Vins đã cung cấp bốn trường hợp tải cho điểm nút lưới trước:

  1. Hành khách, động cơ và tải trọng tĩnh nằm ngang
  2. Hành khách, động cơ và tải trọng tĩnh nằm ngang cộng với tải trọng va chạm vừa phải
  3. Hành khách, động cơ và tải trọng tĩnh nằm ngang, cộng với tải trọng va chạm tối đa
  4. Trạng thái ứng suất mỏi thu được bằng cách kết hợp ba trường hợp tải trên.

Sau đó, các kĩ sư Asotech đã xác định các tính năng bắt buộc trong thiết kế cuối cùng, chẳng hạn như các biên ngoài và bề mặt lắp ghép. Họ còn xác định mục tiêu tối ưu hóa để giảm thiểu trọng lượng của bộ phận này, trong khi đó, việc giữ ứng suất đạt giá trị tối đa dựa trên các thuộc tính vật liệu. Tiếp theo đó, các kỹ sư Asotech thực hiện tối ưu hóa topology trong 6 tiếng. Sau khi kiểm tra thiết kế thu được, họ đã phát hiện ra các bề mặt có thể cải thiện bằng cách thay đổi một số ràng buộc hình học.

Kết quả chuyển vị FEA

“Các kỹ sư của Asotech đã giải quyết thách thức về trọng lượng nhẹ bằng các sử dụng phương pháp tối ưu hóa topology được tích hợp trên phần mềm mô phỏng kết cấu  ANSYS Mechanical.”

Các kỹ sư đã thực hiện những thay đổi này và chạy lại tối ưu hóa trên thiết kế đã được tối ưu hóa trước đó và thực hiện các quy trình này nhiều lần lặp lại cho đến khi họ hài lòng với thiết kế thu được.

Sau đó, đội ngũ Asotech đã nhập hàm phân bố mật độ topology vào ANSYS SpaceClaim Direct Modeler (SCDM) và sử dụng phần mềm này để điều chỉnh thiết kế cuối cùng. SCDM giúp dễ dàng chỉnh sửa và tối ưu hóa các mô hình phức tạp thường xuất phát từ tối ưu hóa topology. Phần mềm này cho phép người dùng liên tục thêm hoặc xóa hình học, làm mịn các mặt nhám hoặc các phần thu nhỏ của mô hình để loại bỏ các tính năng và đặc điểm không mong muốn.

Điểm nút lưới trước nằm ở trung tâm của xe

PHÂN TÍCH ĐỘ MỎI, ĐẢM BẢO ĐỘ BỀN

Các kỹ sư của Asotech đã mô phỏng thiết kế thu được trên ANSYS Mechanical để xác định khả năng chịu tải trọng tĩnh do VINS chỉ định. Sau đó, họ sử dụng phần mềm phân tích mỏi để tính toán các yếu tố an toàn mỏi chu kỳ cao dựa trên tiêu chuẩn thiết kế cấu trúc Eurocode. Tiếp theo, họ nhập các ứng suất tĩnh từ mô hình mỏi và kết hợp các kết quả với mô hình vật liệu và phần mô tả tải trọng lặp lại mà chiếc xe có thể gặp phải trong quá trình hoạt động. Mô-đun mỏi ANSYS đã thu thập dữ liệu, luồng dữ liệu, tham số và thực hiện phân tích mỏi toàn diện bằng cách sử dụng phương pháp tiếp cận ứng suất trong trường hợp tải mỏi. Phân tích độ mỏi cho thấy thiết kế này có tuổi thọ mỏi là 5 triệu chu kỳ, vượt quá yêu cầu 2 triệu chu kỳ. Dựa trên những kết quả này, các kỹ sư đã thực hiện một chu trình tối ưu hóa topology khác để làm giảm thêm một phần trọng lượng của bộ phận này.

Ông Colin Chapman, người sáng lập ô tô Lotus, đã nói rằng “Tăng công suất giúp bạn nhanh hơn trên đường đua. Giảm trọng lượng giúp bạn nhanh hơn ở mọi nơi.” VINS đã đưa triết lý này đạt giới hạn tự nhiên thể hiện qua chiếc xe Duecinquanta. Asotech đóng một vai trò quan trọng trong việc chế tạo chiếc xe có hiệu suất siêu cao này bằng việc sử dụng tối ưu hóa topology và phân tích tuổi thọ mỏi trên phần mềm ANSYS để giảm trọng lượng và đảm bảo độ bền của bộ phận chính.

 

Kết quả tối ưu hóa thiết kế


Nguồn: ANSYS Advantage - Volume XII, Issue 3, 2018

Lược dịch:  - Trần Thị Huyền Trang - Thực tập sinh tại Advantech,Jsc.

Làm ơn ghi rõ "Nguồn Advantech, Jsc." hoặc "Theo www.advantech.vn" nếu bạn muốn phổ biến thông tin này

TUYỂN DỤNG

LIÊN HỆ

VĂN PHÒNG GIAO DỊCH:
C2 lô 20, KĐTM Định Công, Quận Hoàng Mai, Hà Nội
Tel: (84-24)39 727 464 Fax: (84-24)39 727 464
Email: info@advantech.vn

HỖ TRỢ KỸ THUẬT:
Email: support@advantech.vn

Họ tên
E-Mail