汽车安全气囊工作过程的计算机仿真现状和特点

发布时间：2016年9月19日   |   阅读次数： 94

汽车安全气囊工作过程的计算机仿真现状和特点
最早的安全气囊系统计算机模型产生于20世纪70年代初。在早期的气囊分析模型中，一般采用椭圆或椭球等简化的几何体来设定气囊的最终形状，乘员则采用刚体模型。通过人体侵入几何体的深度来计算人体受到的约束力，不能模拟气囊的充气过程。同时，也不考虑气体与气囊的质量，气囊与周围环境的相互影响。因此，不能模拟处于离位状态乘员与气囊的相互作用，也不能计算人体受到的气囊冲击力。例如简单的二维模型，气囊形状是预定义的，不受乘员与车身内部几何的影响，气囊体积由碰撞体穿透的预定义函数决定。气囊与碰撞体之间的接触力为气囊压力、接触面积和气囊膜张力的函数，这种方法仅对实验分析有帮助。
由于汽车碰撞的计算机仿真技术的成功，使得研究人员将这一成功的方法有可能应用到汽车安全气囊工作过程的模拟。这一时期开始主要采用总体参数码LPC(LumpedParameterCodes)的MADYMO和杂交码HC(HybridCodes)的PAMCVS或DYNACVS，这两种方法的主要缺点是需要经验参数，其几何形状也是简化的，实际上经验参数非常难以获得。
随着非线性有限元技术的发展，应用于汽车碰撞仿真的有限元码，像PAMCRASH,PAM-SAFE或DYNA3D，开始应用于安全带(SeatBelt)与混合III型假人模型的碰撞仿真，其中，假人的几何表示是用表面有限元离散，在胸和其他部位仍使用LPC法。最近的将假人与安全气囊配件完全使用有限元离散的工作，开始于Hc>ffmann在1989年和1990年应用PAM-GRASH对气囊模型、乘员约束系统的碰撞研究。Hallquist在1990年使用DYNA3D研究了气囊模型,Schelkle在1991年，Walker在1991年Nielx>er在1990年运用有限元法，在研究汽车整车碰撞中集成考虑了乘员与气囊的作用过程。此间有下面四种典型的研究类型。
第一种，Lasry在1991年应用PAM-SAFE将气囊工作过程简化成球膨胀过程，而碰撞体也假定成轴对称的球头物，有限元离散后，进行动态轴对称碰撞模拟，同时也考虑了气囊的折叠模型。第二种通用汽车公司工作应该说在这一领域里是最深入的和持久的。他们在1991年应用DYNA3D对这一问题进行了研究，其工作有以下几个特点。。
(1)有限元假人模型：它包括5270个立体元530个壳元264个梁元，使用的材料模型包括弹性粘弹性泡沫材料等模型。
(2)气囊模型：它用分层的无折皱弹性膜力单元表示，材料模型引入了纤维、各向同性弹性覆盖层、正交各向异性涂抹折皱等模型，同时也考虑了气囊折叠算法。
(3)接触方面：考虑了气囊、人体相关部位和车身内部几何的相互接触，而接触处理主要采用Hallquist应用于壳结构分析的简单表面接触算法。
(4)简化的气体模型：假设气囊中压九密度温度等为均匀。
第三种，SIm011在1997年巴有限元仿真与气囊结构设计联系在一起。E.Haug在1997年对应用有限元软件研究车撞仿真与气囊设计的研究进展作了综述。
第四种，瑞典Chalmers大学杨济匡1996年位用MADYMO3D有限元软件对气囊系统进行了仿真。其研究注重于气囊的智能化。同时，国内已开始了相关方面的研究。
上述研究中有这样几个特点：
(1}主要是应用现有汽车碰撞仿真软件进行模拟。
(2}膜力单元是软件中带有的、没有考虑是否适应于气囊工作过程的特点。
(3)接触算法也是软件中带有的算法，并没有考虑气囊膜元人体有限元模型和整个工作过程的特征。
(4)本构关系：一般采用纤维材料，各向同性和正交各向异性弹性。一般是借助其他类似材料的研究成果，没有气囊本身材料的实验和模型。
(5)摩擦关系：基于人体和类橡胶物体的滑动摩擦关系已有实验研究，但应用得很少。
(6)目前，主要为应用软件时期，专门研究气囊工作过程仿真的有限元模拟才刚刚开始。
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