“一切都會過去。”

01-意大利“火神山”與膜結構建筑

“4個小時搭建700平米帳篷，意大利‘火神山’醫院長這樣”......這幾天意大利的新增病例暴增，醫院床位告急，政府搭建的充氣帳篷版“火神山”醫院火了，惹得中國網友們又心疼又想笑。

圖片來源：IL TEMPO

充氣帳篷屬于膜結構建筑，材質多為PTFE、PVDF等膜材，通常采用骨架支撐、索拉張力或充氣等方式來提高膜結構的承載能力，在一些體育場館、車站棚頂、觀景臺棚頂等公共場所經常可以看到這種東西。

充氣膜結構建筑施工快捷、拆除方便，這次出現在意大利應對疫情的戰場，雖然功能性不及中國“火神山”醫院，但從快速響應的角度來說，意政府采用這種膜結構建筑也算是明智之舉吧。

之前給客戶算過一些膜結構的工程，這期文章借此話題談談Abaqus中氣囊（膜）的幾種充氣模擬實現方法。

02-Abaqus充氣帳篷模擬

充氣帳篷施工時，將帳篷從包中取出鋪在地上，用氣泵往帳篷內部加壓，一般幾十秒到數十分鐘即可完成展開，展開時間取決于帳篷的尺寸和氣泵功率，使用Abaqus可以完成帳篷的充氣過程模擬。

帳篷充氣

在此類問題中，對于展開接觸中出現氣囊接觸粘結的情況，技術上一般可以通過修改inp文件添加FOLD TRACKING等接觸控制選項來改善。

氣囊展開接觸控制

03-Abaqus中常用的氣囊充氣模擬方法

Abaqus中有3種最常用的氣囊充氣展開過程模擬方法，分別是UPM、CEL、LKM。

UPM（uniform pressure method）計算快速高效，基于流體腔分析支持的*inflator關鍵字，用戶可以實現按照一定的壓力曲線或質量流率向氣囊中充入單一氣體或多組分的混合氣體，支持多氣室之間的氣體交換、氣囊到環境的氣體泄露等，是汽車安全氣囊展開模擬的常用方法，缺點是無法獲得內部壓力梯度。

CEL（Coupled Eulerian-Lagrangian）能夠獲得內部壓力梯度，也可以在氣囊上通過Vent建模（Exclude from CEL contact）實現氣體泄漏，計算精度比UPM高，但是對狹小通道的模擬比較困難，考慮流固耦合的分析過程也使其計算成本大大增加。

LKM（Lumped Kinetic Molecule）是比較新的方法，它同時具備前兩種方法的優勢，計算成本介于兩者之間，精度與CEL相當，最近兩年也已出色地通過了一些學者的試驗驗證（2019 NAFEMS報告：Simulating Airbag Deployment Using Lumped Kinetic Molecular Method），如果您的Abaqus是比較新的版本，那就可以使用這種基于氣體動力學理論的粒子方法（集總分子團）。

此外，Abaqus/Explicit還提供了一個高級應用：Switching from CEL-to-UPM或Switching from LKM-to-UPM，用戶只要定義轉換時間，就能實現計算過程中僅僅在壓力梯度較高的時候采用CEL或LKM方法，壓力比較均勻時轉換為UPM方法，以便減少總的分析時間。

參考：

Abaqus 2019 documentation，SIMULIA，Dassault Systemes

What’s new in Abaqus explicit 2019 by Ankur Kumar，Dassault Systemes