发布日期：2024-12-25 20:07    点击次数：66

安全气囊在车辆发生碰撞时好像在极短的时辰内张开保护乘员安全，同期通过织布名义和排气孔飞速泄劲驻扎乘员窒息。在气囊责任经过其刚度随时辰变化铜锣烧系列，而刚度变化主要受气体发生器性能、排气孔尺寸、气囊体积、织布材料性能等影响。其中织布材料的透气性与压力和材料的力学性能关系密切[1-3]，同期它亦然气囊数值仿确实一个进攻输入参数。织布透气性的商讨对气囊材料经受和提升气囊数值模子精度王人有相配进攻的兴味。

现时，数值计较的诈欺越来越鄙俗，通过狡计极少历练辅以数值仿真对标和优化计较不仅减少了执行用度还大大裁减了研发周期。提升数值仿确实精度除算法自己外，是需要弥散灵验的历练数据作念为输入和考证[4]。对气囊的仿真而言，气体发生器生成气体的特点、气囊材料的性能是影响仿真精度的两个主要身分。气体发生器的性能不错由Tank历练获取压力时辰弧线，并通过热力学方程沟通为质料流弧线和温度弧线四肢气体发生器模子的输入参数。现时诈欺CV(control volume)、ALE(arbitrary language-euler)、CPM(corpuscular particle method)等方法[5]在计较Tank历练的P-t弧线时均有较高的精度。而织物材料的性能由其力学性能和物感性能两部分构成[6]。织布的力学性能不错通过材料的拉伸和剪切历练获取，主要反应气囊在张开经过织布所受的拉伸、剪切等载荷作用[7-9]。物感性能主要通晓为气囊张开经过中气体由织布经纬编织的孔隙间逃遁的透气性[10-16]，亦然气囊的刚度变化的一个影响身分。由于气囊张开时名义推广受拉或受剪，使织布经向和纬向丝线间孔隙变大，透气率也相应加多，可见织布的力学性能和透气性二者是精好意思贯串的。本文将织布的力学性能与透气性相蚁集进行商讨，并基于粒子法[17-21]设备了动态透气性模子，为提升气囊模子的计较精度奠定了基础。

1 织布力学性能 1.1 织布执行

织布力学性能与其透气性有着密切的关系，同期它对气囊张开经过中的通晓口头也有影响。在气囊充气与乘员战争经过中，里面气体压力作用于织布名义使其受张力作用。该张力不错确认织布经纬线的走向理会为平行于丝线观点的拉伸力和与丝线成一定角度的剪切力。通过材料的双轴拉伸和剪切测试好像反应织布在气囊张开经过中受力情况。图1为织布材料力学性能的测试安装，使用拉伸历练机对双轴拉伸和剪切夹具进行拉伸并记载拉伸端的位移载荷。

图 1 织布拉伸历练安装 1.2 织布力学执行仿真

乘员保护安全气囊的建模诈欺较广的是通用显式计较依次LS-DYNA，它为用户提供了CV、ALE、CPM等多种气囊算法支撑气囊模块的建模分析。气囊织布材料主要使用DYNA依次中MAT_34，该材料通过界说材料轴不错指定织布的经向和纬向观点，同期好像形色材料的各向异性及非线性特征。MAT_34在形色材料的非线性时使用Green-Lagrange应变和二阶Piola-Kirchhoff应力弧线，因此需要对由拉伸历练赢得的位移载荷数据进行沟通。双轴拉伸历练数据不停按如下公式沟通。

Green-Lagrange应变与工程应变的沟通关系为

$ {\varepsilon _E} = \frac{d}{L} $ $ {\varepsilon _{{\rm{GL}}}} = {\varepsilon _E} + \frac{1}{2}\varepsilon _E^2 $

式中：εE是工程应变；εGL是Green-Lagrange应变；d为拉伸位移；L为试件沿拉伸观点的长度。

二阶Piola-Kirchhoff应力与工程应力的关系为

$ {\sigma _E} = \frac{F}{A} = \frac{F}{{D T}} $ $ {\sigma _{\rm PK}} = \frac{{{\sigma _E}}}{{{{\left( {1 + {\varepsilon _E}} \right)}^3}}} $

式中：σE为工程应力；F为测试拉伸载荷；A为拉伸截面积；σPK为Piola-Kirchhoff应力。

剪切历练的位移载荷雷同需要转机为Green-Lagrange应变和二阶Piola-Kirchhoff应力弧线。在织布的剪切历练中，通过位移及试件尺寸计较出材料的剪切角，进而计较出剪切应变。

$ \cos \left( \phi \right) = \cos {\frac{{\text{π}} }{4}} - \frac{d}{{2L}} $ $ \gamma = \frac{{\text{π}} }{2} - 2\phi $ $ {\varepsilon _{{\rm{AB}}}} = \frac{1}{2}\sin\ \gamma $

式中：γ为材料剪切角； $\mathit{\phi } $ 为夹具框架与垂直中线的夹角；d为剪切拉伸位移；L为试件宽度铜锣烧系列。

二阶Piola-Kirchhoff应力与工程应力的关系为

$ {\sigma _{{\rm{EAB}}}} = \frac{F}{A} $ $ {\sigma _{{\rm{PK}}}} = \frac{{{\sigma _{{\rm{EAB}}}}}}{2} $

式中：σEAB为工程剪应力；F为载荷；A为剪切面积；σPK为Piola-Kirchhoff应力，工程中频繁取工程剪应力的一半。

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诈欺以上沟通关系将执行数据沟通为DYNA依次输入Green-Lagrange应变和二阶Piola-Kirchhoff应力弧线，并按照执行栽植进行仿真分析材料对比历练和测试的位移载荷弧线如下。

图2(a)为双轴历练图片，从图中不错看出双轴拉伸的历练框架连气儿处织布材料丝线变形较大，部分丝线断裂；图2(b)为对应的数值计较成果，最大应变雷同出现时夹具打发位置。图3为仿真输出的位移载荷弧线，由图3不错看出仿真与执行成果走势及数值与执行吻合情况较好。

图 2 双轴拉伸及仿真成果对比 图 3 双轴拉伸历练与仿真位移载荷弧线

图4(a)为剪切历练图片，织布在剪切测试中织布横向出现褶皱这一表象与CAE仿真成果图4(b)一致。由图5剪切历练的位移载荷弧线不错看出，织布在历练夹抓经过中存在局部的卤莽褶皱，因此在位移载荷弧线的初期载荷随位移变化不彰着；当运行的卤莽及褶皱摒除后载荷随位移加多而加多。而CAE计较中无法再现织布夹抓的运作事态，因此运行阶段其位移载荷弧线与执行弧线略有不同。

图 4 剪切历练与仿真成果 图 5 剪切历练与仿真位移载荷弧线

由以上对比分析不错看到，历练的位移载荷沟通成Green-Lagrange应变和二阶Piola-Kirchhoff应力弧线并诈欺dyna进行计较，成果标明织布的变形口头及输出的位移载荷与执行一致性较好。

2 织布动态透气性

在气囊的开发经过中，织布的透气性对张开经过中的刚度影响起着要道作用。频繁来说，织布的透气率与材料的力学性能和压力王人相计划。为了测试压力与织布透气性的关系，需要在织布两侧产生压差，使空气在压差作用下游过织物名义，并测试压力与气体体积流量的关系。执行经过中将织布固定在安装底部，安装内连气儿充气安装可产生霎时高压，织布另一侧与大气连通。安装内容积为404 cm3，织布的测试面积为50 cm2。测试运行时在安装内冲入高压，通过织布的透气性使安装内压力与大气压趋于均衡。同期，需要记载安装内压力变化，织布在压力作用下的推广高度和动态透气性。这照旧过与气囊的充气泄劲阶段近似，但它所记载的数据包含了压力变化和织布的受力状态，较气囊张开更有兴味。

图6为织布动态透气性历练安装，图7为历练测得动态透气率。由透气率历练数据不错看出数据点较散布，这是由于织布在压力冲击下织布反复加载卸载使丝线间孔隙不绝变化形成的。

图 6 织布动态透气率测试安装 图 7 织布名义体积流量压力弧线

对织布的体积流量−压力弧线进行拟合赢得一条光顺的弧线四肢MAT_34的透气性弧线。确认透气性设备内容容积设备对应的有限元模子，该模子是由历练安装内腔和织布样件构成的一个封锁面。该封锁面不错视为一个只消底面可变形的气囊。使用dyna中CPM粒子方法设备气囊模子，通过栽植模子内压力和温度，环境压力和温度为织布两侧的压差，是以不需要气体发生器的充气模子。具体的计较参数设定如下：气囊内运行压力230 kPa，温度293 K；环境压力为101.3 kPa，温度为293 K；气囊织布的单位尺寸为5 mm；取气囊内运行粒子数量差别为2 500、5 000、10 000、20 000，商讨不同粒子数量对计较成果的影响。

图8为仿真计较的变形图，运作事态里面有高压粒子。当计较脱手时，高压粒子脱手就地通晓，与周围结构碰撞反弹同期产生压力。粒子开释的霎时会冲击织布使其变形，因此为了赢得平安阶段的成果，气囊内运行压力的设定要高于待测压力，保险待测阶段的织布处于压力和张力作用的平安状态。

图 8 织布动态透气性仿真模子

图9中对比了不同粒子数量对织布推广高度的影响。CPM在模拟气囊时，是将气囊内的气体等效成微粒子，通过粒子的通晓与织布或其他结构碰撞产生压力负气囊张开。粒子数量较少，单个粒子的质料越大，当粒子与织布单位碰撞时会引起靠拢力的作用，不利于计较的平安性及气囊张开的口头；粒子数量加多会耗尽较多的计较资源。因此，通过粒子数量的商讨不错详情一个经济、灵验的计较决议。图9中不错看到，织布顶部位移弧线跟着时辰变化震憾加重。这是因为跟着粒子不绝由织布孔隙表露，气囊内粒子数量减少，容易出现单个粒子撞击织布单位出现分歧理的震憾；粒子数量由2 500加多到20 000时，织布顶部推广位移的数值震憾缓缓减少，趋于均衡，与执行测试成果较吻合，也考证了材料拉伸、剪切力学性能的灵验性。图10为粒子数量为10 000时历练与计较对比。

图 9 不同粒子数量织布顶部位狭小辰弧线 图 10 粒子数量10 000时历练与计较对比

图11为腔体内压力随时辰变化弧线仿真与执行对比成果，除粒子数为2 500时，压力波动较大外，其余3个模子的压力变化较为平安。因此，概述洽商数值计较精度及耗时，不错按式(1)计较较为合理的粒子数量。

图 11 不同粒子数量测试腔内压力时辰弧线 $ \mu = \frac{{{N_p}}}{{{N_e}}} $ (1)

式中：Np是粒子数量；Ne是所有气囊名义所包含的单位数量。频繁情况下μ=6时好像赢得较好的气囊压力弧线及名义变形口头，即对应本算例中5 000~10 000粒子数间。

3 论断

本文从基础执行启航，测试了气囊织布材料的力学性能、动态透气性，并将执行数据转机为有限元计较依次dyna的输入数据，并差别对材料力学执行和透气性执行进行了有限元仿真。商讨了基于粒子方法的织布动态透气性，得出以下论断：

1)织布材料的双轴拉伸和剪切性能好像反应气囊张开经过中的真正载荷景况，在仿真模子中精度较高与历练对比拟吻合；

2)织布透气性是反应气囊张开经过中刚度变化的要道身分之一，诈欺粒子法气囊模子在商讨透气性的同期考证材料的力学性能，是为气囊模子提供正确参数输入的一个灵验方法。

3)通过对透气性历练的仿真铜锣烧系列，详情了气囊仿真经过中粒子数温存囊织布单位尺寸间的匹配关系，为气囊的仿真奠定了基础。

• 铜锣烧系列
• 材料
• 动态
• 支部
• 透气性

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