Tiếp nối phần mô hình hóa số học ở giai đoạn đầu, nghiên cứu này trình bày phân tích mô phỏng chi tiết về phản ứng kết cấu của xe sedan khi xảy ra va chạm liên hoàn với hai xe tải nặng. Mục tiêu là xác định mối tương quan giữa vận tốc va chạm, sự phân bố năng lượng và mức độ biến dạng kết cấu, từ đó đánh giá mức độ an toàn của hành khách.
Phân tích động năng và năng lượng nội tại
Mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM) được thực hiện trong dải vận tốc từ 20 đến 60 km/h, phản ánh điều kiện giao thông thực tế tại khu vực đô thị.
Kết quả cho thấy:
- Ở vận tốc 20 km/h, động năng ban đầu đạt 0,592 MJ, trong khi ở 60 km/h tăng lên 6,26 MJ – gấp hơn 10 lần.
- Trong 0,2 giây đầu tiên sau va chạm, phần lớn động năng chuyển hóa thành năng lượng nội tại, hấp thụ qua vùng biến dạng và cấu trúc hấp thụ xung lực.
- Năng lượng nội tại đạt tới 418 kJ ở vận tốc 60 km/h, vượt ngưỡng chịu tải thiết kế của kết cấu thân xe.
Điều này cho thấy khi vận tốc va chạm tăng, thân xe sedan không còn khả năng phân tán năng lượng hiệu quả, dẫn đến xâm nhập khoang hành khách nghiêm trọng.
Dịch chuyển và xâm nhập khoang hành khách
Kết quả mô phỏng ghi nhận độ dịch chuyển tối đa 1.763 mm ở 60 km/h, trong khi ở 20 km/h chỉ 542 mm, phản ánh mối quan hệ tỷ lệ giữa năng lượng va chạm và mức sụp kết cấu.
Phân tích mức xâm nhập theo chuẩn IIHS (Hoa Kỳ) cho thấy:
- Ở 40 km/h, vùng cốp sau đạt giới hạn biến dạng, năng lượng bắt đầu truyền vào khung khoang hành khách.
- Ở 60 km/h, vùng trụ cửa trên (upper hinge pillar) bị xâm nhập tới hơn 330 mm, vượt ngưỡng an toàn cho không gian sống sót.
- Trong khi đó, vùng bệ cửa (rocker panel) vẫn duy trì độ cứng vững tương đối, cho thấy tiềm năng tăng cường khu vực này để giảm chấn thương.
Hình 1: Dữ liệu xâm nhập tại các điểm quan trọng với mức độ nghiêm trọng (kém, trung bình, chấp nhận được và tốt) cho các tốc độ va chạm khác nhau
Những kết quả này khẳng định rằng ngay cả va chạm tốc độ trung bình cũng có thể gây biến dạng nghiêm trọng khoang lái, đòi hỏi phải gia cường kết cấu khung và tối ưu hóa vùng hấp thụ năng lượng.
Ứng dụng thực tiễn và khuyến nghị kỹ thuật
Nghiên cứu đưa ra các khuyến nghị kỹ thuật quan trọng cho thiết kế xe sedan:
- Tăng cường kết cấu trụ cửa và khung sau bằng thép cường độ cao hoặc vật liệu composite tiên tiến.
- Ứng dụng vật liệu hấp thụ năng lượng như hợp kim titan tối ưu hình học hoặc bọt nhôm để cải thiện chỉ số SEA (Specific Energy Absorption).
- Tích hợp hệ thống hỗ trợ an toàn chủ động, bao gồm phanh tự động và cảnh báo va chạm sớm, nhằm ngăn ngừa va chạm liên hoàn.
Bên cạnh giải pháp kỹ thuật, cần có chính sách quản lý tốc độ xe tải tại đô thị và cập nhật tiêu chuẩn an toàn xe để phản ánh kịch bản va chạm đa hướng thực tế.
Kết luận
Nghiên cứu cung cấp bằng chứng rõ ràng về giới hạn chịu lực của kết cấu sedan trong các vụ va chạm liên hoàn với xe tải nặng. Ở mức 40–60 km/h, xe con có thể mất hoàn toàn khả năng bảo vệ hành khách.
Việc kết hợp cải tiến vật liệu, thiết kế cấu trúc và công nghệ an toàn chủ động sẽ là hướng đi tất yếu để nâng cao chuẩn an toàn va chạm cho các phương tiện tại Việt Nam và khu vực Đông Nam Á.