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[八卦江湖] 基于LS-DYNA及PRIMER的侧气囊折叠方法

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发表于 2021-10-8 11:45:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
       本文介绍采用primer软件和DYNA计算的方法来折叠气囊,通过介绍气囊的折叠过程及设置合理的接触参数,确保折叠后的气囊没有网格之间交叉穿透,给以后的气囊仿真计算过程提供稳定高质量的模型。
    引言
    在汽车被动安全约束系统中,安全气囊起到了至关重要的作用。安全气囊的展开为车内乘员提供了保护,同时也可能给非正常坐姿的乘员带来严重的伤害。所以应用有限元对气囊展开过程的研究有着十分重要的意义。
    通常情况下,气囊的参数(点火时刻、泄气孔面积等)是按照假人正常坐姿匹配整车碰撞脉冲而设置的一组最佳参数,按照气囊正常展开后与假人进行接触设定,而为了研究气囊完全展开前对离位成员造成的伤害,必须要保证有限元气囊从开始展开到后期都尽量与试验一致,所以有限元气囊模型必须按照实际的折叠工艺进行折叠,同时要避免折叠过程中产生的穿透,以防止在展开计算的过程中,气囊为了克服穿透而损失能量,导致气囊刚度减弱,而影响展开形状及假人与气囊接触而产生的伤害值。
    现行情况下,气囊模型简化比较严重,气囊中的气体发生器也被简化忽略,甚至气囊折叠也被简化而设置为平铺的模型,原因是气囊折叠比较复杂,采用HYPERMESH难以复原真实网格情况,或者采用计算得到折叠网格,但穿透严重,难以有效利用。故本文以RIMER软件及LS-DYNA为例进行侧气囊的折叠。

  1、模型的前处理
    根据实际的气囊2D情况,将网格划分在相应的PART里包括螺栓固定孔,泄气孔也需要单独建立一个PART,因为要进行气囊折叠,故需要事先将折叠线的位置给处理出来,便于以后的折叠。如图中,将单层的气囊复制为二层,沿表面方向偏置0.3mm,将缝线处的节点合并。检查气囊原始模型外表面为封闭体。
   
   
2、气囊模型的初步折叠
    实际的折叠气囊方式有几种(Z形、TUCK折叠、卷绕折叠等)的组合,在有限元的折叠过程中应保证单元和节点的ID号码不变,将上一步前处理的网格导入到PRIMER软件中,进行折叠。初步的折叠如下图所示:
   
   
3、发生器的位置匹配
    折叠后的气囊需要将发生器适配到初步折叠的气囊之中,此时可以利用DYNA软件中的灵活边界条件及参数众多的接触卡片,将发生器移动到气囊之中。可以如图进行设置,将发生器复制为2个,建立两个接触,移动发生器分别与气囊的上下表面接触,最终形状见图2所示。
   
   
4、将气囊压缩进气囊盒
    气囊最后需要在座椅的固定空间中适配而与其他零件如座椅发泡及骨架不发生干涉,故还需要将气囊适配进一个气囊外壳之中。初步折叠的气囊放入气囊盒中会有干涉,需要将气囊盒在XYZ方向放大到不干涉,再采用DYNA卡片中关键字*B0UND-ARY_PRESCRIBED_FINAL_GEOMETRY的方法将气囊盒子恢复到原始大小,此时,气囊也被完全的限制在气囊盒中,推荐求解器为DYNA的R7.1.1。在LS-DYNA中,接触卡片有专门的为气囊自接触而定义的卡片:*CONTACT_AIRBAG_SINGLE_SURFACE_ID,气囊推荐的自接触参数S0FT=2,摩擦系数(FS/FD)设为0.1,需要调整其中SFS/SST/SBOPT/DEPTH等卡片项,才能避免气囊在运算过程中产生穿透。

5、气嚢网格的穿透检查
    挤压进盒子的气囊导出到hypermesh进行干涉检查,结果基本没有什么穿透。
   
  6、结论
    利用PRIMER软件中的气囊折叠工具结合Ls-dyna强大的求解工具,可以将复杂的气囊模型初步给建立出来,从而能为后期的仿真对标及给汽车侧面安全系统提供仿真优化奠定基础。

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