基于RADIOSS的DAB氣囊建模和對標(biāo)分析
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汽車安全氣囊是一種被動安全保護(hù)裝置，它對防止司乘人員傷亡，減少傷殘有明顯效果，其中，氣囊在展開后的泄氣性能對安全氣囊的安全保護(hù)作用有很大影響，因此，在設(shè)計(jì)初期，氣囊廠商都需要對所使用織物材料的泄氣性以及氣囊上的開孔的泄氣性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和仿真驗(yàn)證，目前常用的主要有跌落塔法，線性沖擊法，擺錘法，本文針對線性沖擊法基于RADIOSS求解器對DAB氣囊進(jìn)行建模和驗(yàn)證。
Altair RADIOSS是一個(gè)功能強(qiáng)大的有限元求解器，包含顯式和隱式時(shí)間積分求解算法，同時(shí)支持拉格朗日、歐拉和 ALE 算法。采用 RADIOSS 技術(shù)，用戶可以自由地選擇采用動態(tài)、靜態(tài)或瞬態(tài)的方式實(shí)現(xiàn)對大應(yīng)變和大位移等非線性結(jié)構(gòu)、流體、流固耦合問題的仿真求解。本文應(yīng)用了RADIOSS Block格式的顯式時(shí)間積分求解算法。
DAB氣囊模型的建模過程基于前處理軟件HyperMesh 和 HyperCrash, 后處理軟件HyperView和HyperGraph, RADIOSS模板為RADIOSS Block 100.
2 有限元模型建立
2.1 CAE建模需求
線性沖擊模型需要包括安全氣囊有限元模型，氣體發(fā)生器質(zhì)量流和溫度流曲線，方向盤模型，DAB固定支架，線性沖擊塊，本文重點(diǎn)介紹RADIOSS求解器的DAB安全氣囊建模方法，氣囊的幾何處理和折疊方法在此不述,方向盤和線性沖擊塊的有限元模型均使用殼體單元和剛性材料建模。
2.2 模型設(shè)置
線性沖擊模型根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)置建立，觸發(fā)距離為520mm，沖擊塊初始速度為6.7m/s，其中,觸發(fā)距離指沖擊塊距離方向盤外緣前端的垂直距離，當(dāng)沖擊塊從遠(yuǎn)端移動到該距離時(shí)，DAB氣囊點(diǎn)爆，氣體發(fā)生器產(chǎn)生氣體充入氣袋，氣囊隨之展開。
2.3.1 氣囊定義
RADIOSS中的安全氣囊建模采用控制體積法“Monitored Volume”，目前，RADIOSS提供三種氣囊建模方式：
第一種：/AIRBAG 經(jīng)典的均勻壓力法建模；
第二種：/COMMU 具有交互作用的多腔室均勻壓力法；
第三種：/FVMBAG 非均勻壓力的有限體積法；
本文采用了第一種的均勻壓力法，該方法通過在控制體積中定義一個(gè)封閉的，法線方向指向外的3節(jié)點(diǎn)或4節(jié)點(diǎn)的殼單元組件來定義安全氣囊，該氣囊體積由其單元圍成，且不需要建立氣體發(fā)生器，而是通過質(zhì)量流量和溫度兩個(gè)與時(shí)間相關(guān)的函數(shù)參數(shù)來描述從氣體發(fā)生器釋放出來的氣體，從而計(jì)算出流入安全氣囊的氣體總量，均勻壓力法基于兩個(gè)假設(shè)：
a， 氣囊中的氣體是理想氣體;
b， 在氣囊中的溫度和壓力是一致的。
均勻壓力法對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型見圖1，公式為：
圖1:均勻壓力法數(shù)學(xué)模型
RADIOSS中均壓法定義氣囊的關(guān)鍵字為/MONVOL/AIRBAG,主要包括初始化環(huán)境空氣和定義氣體發(fā)生器的質(zhì)量流和溫度流曲線以及比熱比系數(shù)CPA，CPB，CPC內(nèi)容，在HyperMesh中定義如圖1所示：
圖1 安全氣囊定義
安全氣囊泄氣包括織物泄氣和氣孔泄氣，在/MONVOL/AIRBAG關(guān)鍵字中定義，通過指定泄氣孔的壓力和時(shí)間曲線，氣孔面積和時(shí)間曲線的方式來定義泄氣性能，本文通過兩種方式定義泄氣性，織物泄氣通過輸入有效的泄氣總面積和泄氣開始時(shí)間來定義，氣孔則指定氣孔對應(yīng)的part，在HyperMesh中定義如圖2所示
圖2 泄氣孔及參數(shù)定義
Iport,IportP，IporA用于控制泄氣性與時(shí)間，氣囊內(nèi)壓力，氣囊展開的面積的關(guān)系。
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