安全氣囊理論知識

奈文摩爾

2019年12月3日 16:05

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氣囊工作過程的數(shù)值模擬一般有兩種方法：（1）基于傳統(tǒng)的均勻壓力數(shù)學模型，它采用控制體積法（Control Volume Method，CV），氣囊體積由其單元圍成，且不需要建立充氣裝置的模型，而是通過質量流量和溫度兩個參數(shù)來描述從充氣裝置所排出的氣體，它們均為時間的函數(shù)，從而可以計算出流入應急氣囊的氣體總量。該方法不拘泥于流場細節(jié)，模型簡單，可以節(jié)省大量計算時間在流場影響不大的緩沖過程數(shù)值模擬，但是無法準確描述充氣初期氣囊外形及流場的變化。（2）任意拉格朗日-歐拉（簡稱 ALE 法，Arbitrary Lagrangian-Eulerian）流固耦合方法，當流場的變化對結構外形產(chǎn)生很大影響時，氣囊內流場的模擬就顯得極為重要，該方法可以很實際描述氣囊外形及流場變化。但是此方法對建模要求高，計算成本大，不易成功。

CV模型

該模型由Wang和Nefske于1988年提出，認為囊內壓力由理想氣體狀態(tài)方程決定，不拘泥于流場內部細節(jié)。在CV模型中，每一時間步氣囊的控制體積V可通過格林積分定理得到，即

控制體積方法相對任意拉格朗日-歐拉方法來說，比較簡單，可以節(jié)省大量計算時間，本項目中所用的方法就采用控制體積方法來進行計算的。

#氣囊有限元模型理論

在氣囊的耐撞性沖擊研究中，我們將采用非線性有限元軟件LS-DYNA對單室氣囊和氣囊式火星軟著陸過程進行仿真分析。為了計算緩沖過程中不同時刻的氣囊的壓力、體積和溫度等熱力學參數(shù)，我們選用LS-DYNA的控制體積算法進行計算。在LS-DYNA的氣囊控制體積算法中有

在軟著陸過程中，氣囊織物在高壓氣流充脹下產(chǎn)生的變形都為大變形，雖然應變比較小，但位移很大。這時平衡條件應如實地建立在變形后的位移上，以考慮變形對平衡的影響。同時應變表達式與小變形分析相比也應包括位移的二次項。這樣一來，平衡方程和幾何關系都由小變形中的線性變成了非線性。相關知識可參考大變形理論。

安全氣囊理論知識的圖6