Tóm tắt luận án Tiến sĩ: Ứng dụng mô hình động lực học đoàn xe sơ-mi rơmoóc xác định tải trọng động xuống đường

1<br /> MỞ ĐẦU<br /> Tính cấp thiết của đề tài<br /> Thời gian vừa qua ở nước ta, một số tuyến đường ô tô khi vừa<br /> mới đưa vào khai thác, sử dụng đã xuất hiện những hư hỏng, lún<br /> vệt bánh xe, nứt, vỡ, bong tróc bề mặt mặt đường sớm hơn so với<br /> dự báo của thiết kế; đã có nhiều nghiên cứu, trao đổi học thuật<br /> xung quanh vấn đề vật liệu, chất lượng thi công, phương pháp thiết<br /> kế, điều tra tải trọng, lưu lượng xe, tình trạng xe quá tải nhằm tìm<br /> ra các nguyên nhân và đề ra các giải pháp khắc phục, bước đầu đã<br /> thu được những kết quả nhất định.<br /> Khi ô tô chạy trên cầu/đường, gây cho nó các lực thẳng đứng<br /> cũng như các lực ngang và dọc làm cầu đường xuống cấp. Ngược<br /> lại, cầu đường cũng tác động trở lại làm cho tải trọng tăng theo: lốp<br /> mòn, giảm khả năng truyền lực. Theo tài liệu thiết kế đường [6,<br /> 11], hệ số xung kích được sử dụng khi thiết kế đường chỉ phân biệt<br /> đường áo cứng và mềm. Ngày nay, đường được phân thành đường<br /> cao tốc, đường quốc lộ, đường tỉnh lộ và đường khu vực. Ngoài ra,<br /> tải trọng lớn như đoàn xe sơ-mi rơmoóc (ĐXSMRM) cũng lưu<br /> hành ngày càng nhiều. Vì vậy xác định tải trọng động của<br /> ĐXSMRM một nhu cầu cần thiết hiện nay ở Việt Nam.<br /> Mục đích của luận án<br /> Mục đích của luận án là nghiên cứu thiết lập mô hình động<br /> lực học đoàn xe sơ-mi rơmoóc chạy trên các loại đường với vận<br /> tốc khác nhau và với các mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO<br /> 8608:1995 để xác định tải trọng làm dữ liệu tham khảo khi thiết kế<br /> đường.<br /> Đối tượng nghiên cứu<br /> Đối tượng dùng để lập mô hình là đoàn xe SMRM 5 cầu, gồm<br /> xe đầu kéo HYUNDAI HD 700 ba cầu và SMRM Tân Thanh 742S-01CERTIFICATE có 02 cầu.<br /> Phương pháp nghiên cứu<br /> Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm.<br /> - Nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng nguyên lý tách cấu trúc<br /> hệ nhiều vật MBS để thiết lập mô hình động lực học xe kéo sơ-mi<br /> rơmoóc theo Newton-Euler.<br /> - Nghiên cứu thực nghiệm:Thí nghiệm trên hiện trường<br /> để kiểm chứng mô hình lý thuyết và xác định tải trọng động.<br /> Phạm vi nghiên cứu<br /> <br /> 2<br /> Luận án nghiên cứu các thông số tải trọng động có ảnh hưởng<br /> đến đường. Những phần nghiên cứu có liên quan đã được trình bày<br /> ở các nghiên cứu trước đây.<br /> Các kết quả đã đạt được của Luận án<br /> - Đã xây dựng mô hình động lực học phương thẳng đứng<br /> đoàn xe SMRM trong chuyển động nhằm xác định tải trong động.<br /> - Đã khảo sát xác định tải trọng động của đoàn xe khi<br /> chuyển động trên 4 loại đường ngẫu nhiên theo ISO 8608:1995.<br /> - Đã xây dựng hệ thống thí nghiệm dao động đoàn xe: để<br /> kiểm chứng mô hình lý thuyết và xác định tải trọng động bằng thực<br /> nghiệm của ĐXSMRM.<br /> Nội dung luận án<br /> Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu tải trọng ô tô<br /> Chương 2: Xây dựng mô hình xác định tải trọng đoàn xe sơ-mi<br /> rơmoóc<br /> Chương 3: Ứng dụng mô hình động lực học ĐXSMRM xác<br /> định tải trọng động xuống đường<br /> Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm<br /> Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU TẢI<br /> TRỌNG Ô TÔ<br /> 1.1 Tổng quan<br /> Tải trọng ô tô được xem là phản lực giữa lốp và đường, tải<br /> trọng này được xác định khi ô tô chuyển động, được gọi chung là<br /> tải trọng động theo thuật ngữ Anh “Moving dynamic Load”.<br /> Các nghiên cứu sau đây đều sử dụng tải trọng:<br /> - Khi nghiên cứu về cầu/đường không những cần tải trọng<br /> cực đại để xác định ứng xuất phá hủy mà còn cần tải trọng chu kỳ.<br /> - Nghiên cứu độ bền của khung vỏ, dầm cầu.<br /> - Xác định tham số cấu trúc cho đoàn xe.<br /> Tải trọng đoàn xe phụ thuộc các yếu tố sau:<br /> - Mấp mô mặt đường: chiều cao mấp mô và vận tốc xe (tần<br /> số kích động);<br /> - Các lực quán tính phương dọc, phương ngang của đoàn xe<br /> khi phanh, tăng tốc và quay vô lăng. Sự thay đổi tải trên khớp yên<br /> ngựa. Lực liên kết, mô men liên kết giữa chúng là liên kết “động<br /> lực học”. Liên kết giữa khối lượng được treo và không được treo<br /> thông qua hệ thống treo cũng là liên kết động lực học. Ảnh hưởng<br /> <br /> 3<br /> các lực/mô men quán tính của các khối lượng được treo xuống<br /> bánh xe phụ thuộc kiểu và các thông số kết cấu hệ thống treo.<br /> 1.2 Tình hình nghiên cứu tải trọng động ô tô<br /> 1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới<br /> (a) Nghiên cứu lý thuyết<br /> Sự phá hủy đường chịu 2 yếu tố là tải trọng tĩnh và tải trọng<br /> động. Tải trọng tĩnh là thông số quy định (tải trọng trục) dùng làm<br /> cơ sở cho thiết kế đường. Khi thiết kế đường người ta chọn tải<br /> trọng tĩnh, thường là 40kN [19], hệ số tải trọng động là 1.3 [47].<br /> Vấn đề nghiên cứu tải trọng động của ô tô trong các nghiên<br /> cứu của thế giới thường được gắn liền chặt chẽ với bài toán nghiên<br /> cứu dao động ô tô. Đây là lĩnh vực đã được nghiên cứu hoàn chỉnh<br /> bao gồm các mảng nghiên cứu: hàm kích động (tuần hoàn, xung và<br /> ngẫu nhiên [12, 31, 34, 37, 58]); các mô hình dao động (1/4, 1/2 và<br /> mô hình 4/4); các đánh giá về dao động theo tiêu chí êm dịu, tải<br /> trọng động; các yếu tố phi tuyến trong mô hình (hệ thống treo,<br /> lốp,…). Cụ thể như sau:<br /> - Tiêu chí đánh giá tải trọng động: Bánh xe có 2 hành trình<br /> nén và trả. Hành trình nén gây tải trọng động làm hỏng chi tiết ô tô<br /> và phá hủy đường. Yếu tố gây tổn hại đường được đánh giá qua hệ<br /> số tải trọng, giá trị cực đại tải trọng động (hệ số xung kích), hệ số<br /> áp lực đường [17, 45]. Hành trình trả làm giảm tải trọng tổn hại<br /> đến khả năng truyền lực và được đánh giá bằng hệ số tải trọng<br /> động cực tiểu.<br /> - Về mô hình xác định tải trọng động: Tải trọng động<br /> thường được mô tả bằng các mô đun trong mô hình dao động của ô<br /> tô. Trong các nghiên cứu của thế giới, mô hình dao động đã khá<br /> hoàn chỉnh.<br /> (b) Nghiên cứu thực nghiêm<br /> + Phương pháp đo trực tiếp trên đường được David Cebon [17]<br /> sử dụng, cảm biến được sử dụng là điện áp, khoảng cách cảm biến<br /> là 0.4 m.<br /> +Phương pháp đo biến dạng hướng kính của lốp bằng Laser<br /> [33].Hạn chế của phương pháp này là khó khăn khi lắp cảm biến vì<br /> bánh xe luôn quay.<br /> +Xác định tải trọng theo Woodroff [33]: Tải trọng động được xác<br /> &<br /> định theo công thức FZ  FSher  m &<br /> z<br /> <br /> 4<br /> 1.2.2 Tình hình nghiên cứu tải trọng động ở Việt Nam<br /> Hiện nay, ở Việt Nam đang áp dụng hai tiêu chuẩn tính<br /> toán thiết kế mặt đường mềm là 22TCN 211 - 06 và 22TCN 274 –<br /> 01 [11].<br /> Qua nhiều kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã khẳng định<br /> độ lớn của tải trọng trục, khoảng cách giữa các trục, cụm trục,<br /> chủng loại bánh xe, áp lực bánh xe trên mặt đường, áp suất trong<br /> bánh xe đều có ảnh hưởng tới tuổi thọ của kết cấu mặt đường.<br /> Trong đó, độ lớn của áp lực bánh xe có ảnh hưởng nhiều nhất tới<br /> biến dạng và các hư hỏng các lớp phía trên bề mặt mặt đường.<br /> Từ đó ta thấy rằng, khi thiết kế hay thẩm định đường cần<br /> hai thông số là tải trọng tương đương của cầu và tải trọng động.<br /> Tải trong cầu xe là tải trọng tĩnh tương đương được luật quy định.<br /> Yếu tố thứ 2 là tải trọng động phụ thuộc phía xe, bao gồm vấn đề<br /> nghiên cứu hoàn thiết kết cầu giảm tải trọng động và nghiên cứu<br /> các yếu tố ảnh hưởng trọng đến đường.<br /> Nhu cầu sử dụng tải trọng động để nghiên cứu trong ngành<br /> cầu đường và ngành ô tô là rất lớn. Tuy nhiên, việc đánh giá tải<br /> trọng động còn hạn chế, chỉ nghiên cứu cho các dòng xe cỡ nhỏ và<br /> trung bình, chỉ dừng lại ở mô hình ¼ hoặc 1/2. Hiện chưa có một<br /> công trình nào về nghiên cứu xác định tải trọng động đoàn xe.<br /> 1.2.3 Tiêu chuẩn đánh giá<br /> Khi đánh giá ảnh hưởng của tải trọng động ô tô đến cầu<br /> đường, trong các nghiên cứu trước đây thường sử dụng các tiêu chí<br /> đánh giá là hệ số tải trọng động, hệ số áp lực đường.<br /> Do đó khi thiết kế đường người ta chọn tải trọng tĩnh<br /> (tương đương) và nhân với hệ số tải trọng động. Tải trọng tĩnh quy<br /> đổi hiện nay ở Việt Nam cũng như trên thế giới cũng chọn không<br /> thống nhất [11].<br /> Hệ số tải động cực đại max (kd) được ngành cầu đường gọi<br /> là hệ số xung kích IM [3, 6, 11]). Theo Tiêu chuẩn Nga ОДН<br /> 218.046-01, Việt Nam cũng sử dụng tiêu chuẩn này, hệ số tải trọng<br /> được chọn khi thiết kế là 1.3.<br /> 1.3 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp, nội dung và phạm vi<br /> nghiên cứu<br /> 1.3.1 Mục tiêu<br /> Mục đích của luận án là nghiên cứu thiết lập mô hình động<br /> lực học đoàn xe sơ-mi rơmoóc chạy trên các loại đường với vận<br /> <br /> 5<br /> tốc khác nhau và với các mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO<br /> 8608:1995 để xác định tải trọng làm dữ liệu tham khảo khi thiết kế<br /> đường.<br /> 1.3.2 Đối tượng nghiên cứu<br /> Đối tượng dùng để lập mô hình là đoàn xe SMRM 5 cầu,<br /> gồm xe đầu kéo HYUNDAI HD 700 ba cầu và SMRM Tân Thanh<br /> 742-S-01CERTIFICATE có 02 cầu.<br /> 1.3.3 Phương pháp nghiên cứu<br /> Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm.<br /> 1.4 Phạm vi nghiên cứu<br /> Từ mục tiêu nghiên cứu được đề ra luận án cần thực hiện<br /> những nội dung sau:<br /> (i) Xây dựng mô hình động lực học xác định tải trọng<br /> động của ĐXSMRM; xây dựng mô hình động lực học cho thí<br /> nghiệm khi không biết mấp mô đường;<br /> (ii) Xây dựng hệ thống đo dao động, kiểm chứng mô<br /> hình lý thuyết bằng thực nghiệm.<br /> (iii) Khảo sát xác định tải trọng động trên các loại đường<br /> tiêu chuẩn ISO 8608:1995 nhằm xác định một bộ dữ liệu về tải<br /> trọng để ngành cầu đường có thể tham khảo khi thiết kế đường.<br /> 1.5 Nội dung luận án<br /> Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu tải trọng ô tô<br /> Chương 2: Xây dựng mô hình xác định tải trọng đoàn xe sơmi rơmoóc<br /> Chương 3: Ứng dụng mô hình xác định tải trọng động xuống<br /> đường<br /> Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm<br /> Chương 2. MÔ HÌNH TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐXSMRM<br /> 2.1 Phân tích cấu trúc đoàn xe SMRM<br /> Đối tượng dùng để lập mô hình là đoàn xe SMRM 5 cầu,<br /> gồm xe đầu kéo HYUNDAI HD 700 ba cầu và SMRM Tân<br /> Thanh 742-S-01 CERTIFICATE, có 02 cầu.<br /> 2.2 Phương pháp lập mô hình toán<br /> Đoàn xe SMRM có cấu trúc phức tạp nên phương pháp tách<br /> cấu trúc hệ nhiều vật MBS là phù hợp. Thiết lập hệ phương trình<br /> theo Newton-Euler tổng quát.<br /> 2.3 Định nghĩa hệ tọa độ cho đoàn xe SMRM<br /> Để có thể thiết lập được hệ phương trình vi phân cho mô hình, ta<br /> <br />