Đang tải...

Mô phỏng số ứng dụng trong công nghiệp ôtô

Thảo luận trong 'Sách kỹ thuật ô tô' bắt đầu bởi khoadongluc, 28/11/09.

Thành viên đang xem bài viết (Users: 0, Guests: 0)

  1. khoadongluc
    Offline

    Nothing Is Impossible
    Thành viên BQT
    Expand Collapse

    Tham gia ngày:
    17/3/09
    Số km:
    22,748
    Được đổ xăng:
    7,016
    Mã lực:
    2,289
    Giới tính:
    Nam
    Xăng dự trữ:
    30,176 lít xăng
    #1 khoadongluc, 28/11/09
    Last edited by a moderator: 4/6/14
    Mô phỏng va chạm ôtô là một thử nghiệm phá hủy ảo sử dụng mô phỏng số để xem xét mức độ an toàn của ôtô và hành khách. Các mô phỏng va chạm được sử dụng trong quá trình phân tích và thiết kế các mô hình ôtô.

    Ngày nay các tai nạn ôtô trên hệ thống đường giao thông là một vấn nạn của toàn thế giới. Ngoài việc giáo dục nâng cao ý thức cho các lái xe thì việc chế tạo các ôtô có mức an toàn cao, chịu đựng được các va chạm là mối quan tâm hàng đầu của các nhà chế tạo.

    Mô phỏng va chạm ôtô là một thử nghiệm phá hủy ảo sử dụng mô phỏng số để xem xét mức độ an toàn của ôtô và hành khách. Các mô phỏng va chạm được sử dụng trong quá trình phân tích và thiết kế các mô hình ôtô. Trong quá trình mô phỏng va chạm, người ta nghiên cứu động năng của ôtô trước và sau khi chuyển đổi thành năng lượng phá hủy, chủ yếu là biến dạng đàn hồi.

    Mô phỏng số và thử nghiệm tai nạn ôtô

    Sự phát triển của các siêu máy tính và kỹ thuật mô phỏng số đã thâm nhập vào tất cả các quá trình nghiên cứu và công nghệ, đặc biệt trong công nghiệp ôtô. Việc an toàn cho người lái và hành khách là vấn đề có tính chất chiến lược. Trước đây các hãng chế tạo ôtô thường sử dụng hình nộm hoặc người máy để thực hiện các va chạm thực tế và xem xét ảnh hưởng của kết cấu và vật liệu chế tạo ôtô đối với hành khách khi xảy ra va chạm. Ngoài ra những thử nghiệm này còn đánh giá về mặt động học và khí động ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của ôtô ở chế độ sự cố. Công việc này thường rất tốn kém và ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe của tài xế thử nghiệm.

    Với sự phát triển của các siêu máy tính và mô phỏng số, vấn đề này có thể được giải quyết một cách linh hoạt và ít tốn kém. Theo đại diện về kỹ thuật an toàn của hãng Peugeot và Citroen, hàng năm đã thực hiện khoảng 20.000 mô phỏng cho các mô hình ôtô mới. Điều này cho phép tối ưu hóa an toàn của các xe mới trước khi tiến hành thiết kế chế tạo.

    Ôtô là một cơ cấu rất phức tạp, phối hợp nhiều chi tiết, mỗi chi tiết lại tuân theo những quy luật khác nhau. Vì vậy, khi bị tai nạn, ôtô tạo nên nhiều hiện tượng vật lí rất khó mô phỏng. Hiện tượng phá hủy nói chung là hiện tượng phi tuyến. Mỗi chi tiết được mô phỏng chịu tác động của nhiều phương pháp lắp ghép như bu lông hàn, dán...

    Các mô hình số được sử dụng để mô phỏng thường bao gồm từ 600.000 đến 700.000 chi tiết. Va chạm điển hình thường kéo dài trong 140 ms. Tuy nhiên nó diễn ra trong khoảng 110 ms đầu tiên. Bước thời gian sử dụng cho mô phỏng phụ thuộc vào tốc độ truyền âm trong vật liệu và kích thước của lưới chia nhỏ nhất (thông thường là 10 mm). Hiện nay người ta sử dụng bước chia 10 micro giây. Nếu sử dụng 4 bộ vi xử lý thì việc mô phỏng này sẽ cần 48 giờ. Tuy nhiên, người ta có thể sử dụng các máy tính siêu mạnh và các bộ xử lý song song để tăng cường tốc độ tính toán.

    Mô phỏng tai nạn của xe BMW

    Vài nét lịch sử

    Từ những năm 80 hãng Renault đã sử dụng máy trạm IBM làm công cụ mô phỏng. Năm 1989, hãng này đã sử dụng siêu máy tính véc tơ Cray. Các thử nghiệm về phá hủy được thực hiện trên máy CRAY J916 với 12 bộ vi xử lý và bộ nhớ 1 GB vào năm 1995, sau đó là trên CRAY J932 với 20 bộ vi xử lý và bộ nhớ 4 GB vào tháng 10/1996, tới tháng 10/1998 đã là J932 với 32 bộ vi xử lý và bộ nhớ 4 GB với hiệu suất tính toán lên tới 13 Gflop/s.

    Vào tháng 7/1995, một siêu máy tính véc tơ Cray C90 với 4 bộ vi xử lý và bộ nhớ 2 GB đã được thiết lập. Máy tính này đã được sử dụng để thay thế cho hai kiểu máy tính chuyên dụng:

    - Một nghiên cứu đã chỉ ra cần phải duy trì siêu máy tính véc tơ cho phần mềm MSC/NASTRAN. Điều này dẫn tới việc lựa chọn hệ thống NEC SX-5 với 10 bộ vi xử lý với hiệu suất tính toán lên tới 80 Gflop/s, có bộ nhớ 24 GB và 870 GB trên đĩa. Máy tính được sử dụng chủ yếu để phân tích dao động của ôtô, các bộ phận của nó và các cấu trúc tuyến tính khác.

    - Siêu máy tính vô hướng SGI Origin 2000 dùng cho ABAQUS và các mã vô hướng, bao gồm 8 bộ vi xử lý với hiệu suất tính toán 3,2 Gflop/s, bộ nhớ 8 GB cùng 160 GB trên đĩa. Server này được sử dụng cho các phân tích phi tuyến như là mô phỏng ảnh hưởng của nhiệt đối với cấu trúc có tính tới các lực tiếp xúc hoặc mô tả hành vi của các vật liệu phức tạp.

    Năm 1999 đã kết thúc giai đoạn sử dụng Cray C90. Một máy tính mới có dung lượng tính toán vượt trội 5 đến 7 lần. Điều này đảm bảo khả năng tính toán cho các công việc từ đơn giản đến phức tạp.

    Cấu hình trung tâm tính toán

    Hình minh họa kể trên được sử dụng tại Renault cho các thử nghiệm tai nạn với Cray SV-1 gồm 32 bộ vi xử lý tác động nhanh hơn Cray J90 hai lần rưỡi.

    Ngoài ra nó còn được sử dụng trong các tính toán về động học chất lỏng với máy tính Origin 2000 gồm 32 bộ vi xử lý với hiệu suất tính toán lên tới 20 Gflop/s.

    Trung tâm tính toán này còn thực hiện quản lý dữ liệu và quản lý công việc theo lô. Trong lĩnh vực này việc liên kết các hoạt động cho phép thiết lập một cấu trúc hạ tầng thông tin an toàn và hiệu quả.

    Việc sử dụng kiểu máy tính trạm như trên cho phép tập trung sức mạnh của các tính toán số và là sự khởi đầu của tính toán cấu trúc vô hướng với sự trợ giúp của các phần mềm MSC/NASTRAN và ABAQUS để bổ sung cho các dịch vụ trung tâm, và là bước đầu tiên tiến tới một trung tâm tính toán phân tán.

    Kết luận

    Như vậy, kể từ giai đoạn hình thành đầu tiên trong lĩnh vực công nghiệp ôtô, các kỹ sư chế tạo và các kỹ sư thiết kế công nghiệp đã ứng dụng những tri thức của họ để tin học hóa, tích hợp các công việc thiết kế với sự trợ giúp của máy tính CAD (computer aided design) và phân loại các kết quả tin học hóa đó tới các cơ quan nghiên cứu và thiết kế công nghệ chế tạo. Từ đó quyết định sử dụng các phương pháp mô phỏng số một cách hệ thống và mạnh mẽ hơn. Ngoài ra khi mục tiêu rút ngắn chu trình thiết kế của các linh kiện và giảm thiểu số lượng mẫu thực đòi hỏi các công cụ tính toán có khả năng đáp ứng thời gian thực. Điều này lí giải tại sao trong những năm gần đây, ngành công nghiệp ôtô và đặc biệt là Renault đã đầu tư nhiều nguồn lực tính toán cho phép thực hiện mọi tính toán mô phỏng số, từ việc chế tạo ôtô với các tính năng vượt trội đến việc dự tính mọi khả năng hoạt động trong trường hợp xảy ra tai nạn trên thực tế.

    (theo: Tự động hóa ngày nay)
     

Chia sẻ trang này