Trong ngành công nghiệp ô tô, độ bền của các bộ phận cấu trúc dưới tác động của lực và các hiện tượng dao động là một yếu tố quan trọng cần được kiểm tra kỹ lưỡng. Một trong những vấn đề mà chúng tôi đã nghiên cứu gần đây là hiện tượng “sloshing” của chất lỏng trong bồn chứa và ảnh hưởng của nó lên cấu trúc bên ngoài, cụ thể là thành bể và vách ngăn. Bài viết này sẽ giới thiệu quá trình mô phỏng FSI (Fluid-Structure Interaction) của bồn chứa nước trong tình huống phanh đột ngột, với mục đích kiểm tra độ bền của thành xe khi chịu tác động của áp suất do nước va đập.

Bối cảnh và mục tiêu nghiên cứu:

Bài toán mà chúng tôi giải quyết sử dụng mô phỏng kết hợp giữa chất lỏng và cấu trúc (FSI) để mô phỏng hiện tượng dao động của nước trong bồn chứa. Mục đích chính của bài toán này là xác định các tác động của chuyển động và va đập của nước lên thành bể khi bồn chứa nước được gắn vào một bể chứa có vận tốc di chuyển 8m/s và sau đó bị phanh đột ngột.

Phương pháp nghiên cứu:

Để thực hiện bài toán mô phỏng, chúng tôi sử dụng phần mềm Altair Radioss kết hợp với phương pháp ALE (Arbitrary Lagrangian-Eulerian), một phương pháp hiệu quả để mô phỏng tương tác giữa chất lỏng và cấu trúc rắn. Các bước thực hiện bao gồm:

1. Mô hình hóa bồn chứa nước:

Chúng tôi tạo một mô hình bồn chứa với chất lỏng là nước, không khí, thành bể, vách ngăn, được xác định với các tính chất vật liệu phù hợp.

Thiết lập vận tốc di chuyển: Bồn chứa được gắn vào một bể chứa có vận tốc di chuyển 8m/s, mô phỏng tình huống khi phương tiện đang di chuyển.

2. Phanh đột ngột: Tình huống phanh đột ngột được mô phỏng để tạo ra lực tác động lên bồn chứa, gây ra sự dao động của nước trong bể và các va đập vào thành bể. FSI - Tương tác giữa chất lỏng và cấu trúc: Sử dụng phương pháp ALE, chúng tôi thực hiện mô phỏng tương tác giữa chất lỏng và cấu trúc, giúp đánh giá các lực và áp suất tác động lên thành xe. Kết nối tương tác giữa Chất lỏng và Thành bể bằng Contact Type 18

3. Kết quả mô phỏng: Mô phỏng FSI cho phép chúng tôi quan sát quá trình dao động của nước trong bồn chứa, đồng thời tính toán áp suất tác động lên các thành xe. Các hình ảnh và video sau đây minh họa quá trình này:

Áp suất tác động lên vách ngăn bể trong quá trình dao động.

Chuyển động va đập của nước trong bồn chứa

Chuyển động va đập của nước trong bồn chứa
Kết luận:
-    Áp suất tối đa tác động lên vách ngăn là: 285.3 Pa
-    Nằm trong khoảng ứng suất cho phép của vật liệu
   Qua bài toán mô phỏng này, chúng tôi có thể đánh giá chính xác các tác động của dao động nước lên cấu trúc thành xe, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến để tăng cường độ bền của các bộ phận này. Kết quả của mô phỏng sẽ giúp các nhà thiết kế và kỹ sư ô tô hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của các yếu tố ngoại lực, từ đó nâng cao độ an toàn và chất lượng sản phẩm