氣囊充氣仿真的案例
ABAQUS實現氣囊充氣展開教程
氣囊充氣展開教程
本期給大家介紹abaqus中實現氣囊充氣展開過程仿真的教程。
下圖左側為實物，右側為仿真結果。
本次仿真基于有限元法采用ABAQUS軟件實現，分析類型為顯示動力學分析。具體建模步驟如下：
第一步：part模塊
根據幾何尺寸，建立幾何模型，幾何模型示意圖如下。
第二步：Material模塊
定義材料及截面：彈性模量取300MPa 泊松比取0.49，密度取1200kg/m3
截面屬性，這里采用膜截面。
第三步：assembly模塊
將部件進行裝配。
第四步：step模塊
建立顯示動力學分析步，這里設置時間為0.01s。
第五步：interaction模塊
創建流體腔
需要提前建立參考點用于定義Cavity point，即氣體注入點。
Cavity Surface則定義在膜的內部表面。
流體腔充氣設置
第六步：load模塊
定義預定義溫度場
第七步：mesh模塊
網格劃分，同時定義單元類型為膜單元。
第八步：模型樹
定義絕對零度和標準大氣壓
第九步：創建job提交計算。
最后查看結果：
模型的位移云圖如下，可以看到展開過程。
展開 UPM方法仿真橡膠氣囊充氣
UPM方法仿真橡膠氣囊充氣
使用abaqus中CEL方法模擬氣囊充氣過程 ￥49.9
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</figure>
</div><p>2、設置材料</p><p>氣囊材料選用常規線彈性材料，可根據實際需要選取其他材料模型（本案例教程只為說明仿真方法，材料參數并不準確）</p><p>歐拉計算域材料為氣體</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202406/attachment/f7543c5d42164a548fd8f8de9635817a.png" style="text-align: center">
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展開 基于fluid cavity 的氣囊充氣過程模擬教程（全GUI)及.CAE計算文件 ￥1.5
基于fluid cavity 的氣囊充氣過程模擬教程（全GUI).PDF版
基于fluid cavity 的氣囊充氣過程模擬.pdf
ABAQUS案例-ABAQUS中fluid cavity的應用及流道腔（氣囊）充氣或充液過程模擬 ￥3
在工程應用中，有時候會遇到流體與流體腔道的相互作用過程，例如輪胎充氣過程、熱的或冷的流體流過流體腔道等等，對于這類問題，ABAQUS軟件提供了fluid cavity參數來模擬這一過程。本實例中（附件中的inp文件）展示了在ABAQUS中采用fluid cavity參數來模擬流體（氣體或液體）與流體腔的相互作用過程，并分析流體腔的應力分布和位移分布。本實例可以拓展到任意材料的流體腔，比如模擬輪胎充氣過程。
airbagK文件和相關文獻
幫助，@從你的世界走過 同學解決問題的同時，也上傳一些可以參考的文章，算是個小的匯總帖
Airbag_head.k
某轎車正面安全氣囊性能仿真研究_胡正才.pdf
駕駛員安全氣囊的仿真優化研究_王富強.pdf
汽車安全氣囊的計算機仿真研究的現狀與趨勢_游世輝.pdf
氣囊充氣過程流固耦合數值模擬.pdf
基于流固耦合方法的氣囊展開數值模擬研究.pdf
汽車安全氣囊展開過程計算機仿真及其接觸搜尋方法_鐘志華.pdf
汽車安全氣囊仿真分析方法的研究.pdf
汽車正面氣囊充氣過程仿真技術.pdf
針對某SUV車型安全氣囊的試驗和仿真改進_劉適.pdf
K文件動畫如下，
展開 二維輪胎充氣有限元仿真 ￥3
本次課程主要講述了以下幾個方面的內容：
輪胎材料屬性的定義；
輪胎截面屬性的定義；
輪輞剛體屬性定義；
接觸對定義；
充氣仿真設置；
仿真inp文件的運行及結果的查看。
下圖為二維輪胎有限元模型：
UE文本編輯器界面：
Abaqus橡膠拉伸模擬：仿真橡膠接頭的充氣和拉伸過程
Abaqus仿真橡膠接頭的充氣和拉伸過程
（1）
背景
實物整體圖如下：
剖面圖：
外面是剛性法蘭，主體是橡膠球體，橡膠球體里面有嵌入的簾布層，簾布層里面有加固環，加固環也是嵌入在橡膠球體里。兩端法蘭和橡膠接頭兩端接觸，固定約束，橡膠球體和法蘭的一角在球體變形較大時接觸。分析在加載過程中該模型的應力和變形情況。
（2）
Step By Step 建模操作圖文演示
1.
創建幾何模型
2.
創建三種材料屬性和截面屬性
3.
裝配
4.
設置兩個靜態分析步
5.
定義接觸屬性、兩個接觸對和兩個約束
6.
設置pressure類型的載荷
固定一端給另外一端施加位移
7.
劃分網格
8.
提交計算查看結果
整體變形云圖
加固環應力云圖
橡膠應力云圖
整體應力剖面圖
文章來源：FILWTBY
展開 氣囊仿真案例？
安全氣囊，側氣簾，緩沖氣囊？
天線仿真與設計 | 新型充氣太空天線將有望提高瞄準性能
FreeFall采用充氣結構，可以裝在小型衛星內，并部署在太空中。此結構提供了一個大型孔徑，與傳統天線系統相比，可以在極低質量與功耗的情況下傳輸或接收海量數據。FreeFall天線本質是一個半透明半金屬化的氣球，可捕獲無線電信號，以實現高效通信。反射器采用球形而非拋物線形，可以實現極低風險的部署，因為球形是大多數充氣物體的自然形狀。由此得到的系統能夠以現有解決方案幾分之一的尺寸和成本提供高速率的數據通信。
充氣太空天線提高其瞄準性能（圖片由FreeFall Aerospace提供）
FreeFall工程師已廣泛運用Ansys HFSS全波電子仿真來分析該系統的性能并進行精細設計，而無需進行成本高且耗時的硬件實驗。
該公司通過Ansys初創公司計劃獲得HFSS，該計劃使初創公司能以較大折扣的價格獲得仿真軟件。Ansys精英渠道合作伙伴Phoenix Analysis and Design Technologies (PADT)指引FreeFall團隊加入Ansys初創公司計劃，建立FreeFall與Ansys的合作伙伴關系。
FreeFall Aerospace聯合創始人、總裁兼首席執行官Doug Stetson表示：“我無法想象，如果沒有Ansys HFSS這樣的工具，我們公司或任何類似的公司如何能夠做到這一點。我想，在過去您可能需要反復構建和測試，但是要構建不同類型的天線，對其進行測試，并調整其物理設計以獲得所需性能，這需要投入大量的時間。我們現在能夠使用HFSS在虛擬環境下完成所有工作，從而節省了大量時間和資金。
展開 彈沖氣囊爆破CAE仿真
模擬條件：
氣囊直徑200mm，氣囊內氣壓0.1MPa（約1個大氣壓），子彈直徑6mm，質量6.4g，鋼質材料。
氣囊材料為縱橫向性質相同的各向異性材料。
由于子彈直徑6mm，質量6.4g，以1200m/s撞擊氣囊，主要造成氣囊的穿孔，和氣囊接觸瞬間造成氣囊破裂，氣體開始泄漏。
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Abaqus在汽車安全氣囊中的仿真應用
仿真中的歐拉網格是一個簡單的網格，用來擴展歐拉材料邊界，提供材料移動和變形的空間。氣囊的充氣裝置由一些近似于流入點的節點來表示。每一個充氣節點所定義的矢量表示了氣體流動的方向。充氣單元節點的速度可以通過求解基于輸入質量流速率，區域和方向向量得到的動量方程得到。氣體進入氣囊的溫度和質量流速率通過與膨脹時間相關的函數定義在節點中。在實驗中，充入的氣體組成是隨時間變化的，但在仿真中，氣體的組成被假定為恒定不變。
一個歐拉單元可以在同一時間包含多種材料。在每一個時間增量，每個材料的歐拉體積分數（EVF）都會計算一遍，而且在EVF的基礎上，確定每個單元的材料面。這些歐拉材料面可以和拉格朗日材料面相互作用，如安全氣囊。歐拉域最初充滿氣體。當開始充氣，氣體填滿整個安全氣囊并讓氣體排出。
Abaqus/Explicitwww.featech.com.cn通用接觸包含了拉格朗日接觸和歐拉-拉格朗日接觸。后者只存在于充氣氣體和氣囊中。氣囊和外部氣體之間沒有定義接觸。氣體不會因為高的膨脹壓力而重新進入安全氣囊的假設是合理的。
結果和結論
這兩個模型采用的都是5mm的均勻歐拉網格。圖3和圖4給我們展示了應用CEL方法預測，扁平和褶皺安全氣囊的實驗對比。圖5給我們展示了這兩種仿真情況下各自的球頭加速度。對這兩種安全氣囊模型，加速度記錄和氣囊膨脹過程與是實驗結果非常吻合。
圖3平鋪安全氣囊展開：實驗和CEL對比
圖4折疊安全氣囊展開：實驗和CEL對比
從圖5可以明確的看到，UPM方法在膨脹的起始階段所得到的加速度并不是非常理想。CEL仿真中得到的加速度初始峰值和最大峰值更加準確。在這兩個安全氣囊模型中，CEL仿真都能更好的獲取加速度幅值。
展開 汽車安全氣囊展開仿真-粒子法
汽車安全氣囊展開仿真-粒子法
Autoliv采用Dytran? 對新型側簾式氣囊進行仿真
., Sweden
軟件：
Dytran
概要：
Autoliv 是全球最大的汽車安全設備制造商，公司采用 Dytran 開發側簾式氣囊系統，對充氣期間的動態事件進行仿真，例如氣體流量和外殼等剛度的影響。Dytran 為 Autoliv 提供了研究 OOP（錯位）場景的有效工具，使工程師能夠識別并量化眾多設計變量的影響。與傳統的樣機建造及試驗方法相比，該軟件在縮短時間、減少整體開發工作方面實現了實際價值。
在汽車碰撞期間，側簾式氣囊表現出有助于降低彈出及重傷可能性的能力。虛擬產品開發工具（VPD）可幫助工程師研發這些新型氣囊，使工程師能夠更加全面地分析氣囊機理和動態充氣展開 。Autoliv 是全球最大的汽車安全設備制造商，公司采用 MSC.Dytran 研發側簾式氣囊系統，對充氣展開期間的動態事件進行仿真，例如氣體流量和外殼等剛度的影響。
Autoliv 產品分析師 Jesse Crookston 表示：“我經常使用Dytran 對流體流動——氣囊的動態膨脹——及其與氣囊展開之間的相互耦合進行建模。該軟件可以幫助我了解更多關于實物機理的信息并對零部件進行優化。例如，如果該模型某些區域顯示出了高應力，這關聯到一個實驗中，我們就可以在模型中進行測試的許多變化，從而實現設計優化。”
根據美國公路安全保險協會（IIHS）的數據，近 60％ 的側面碰撞死亡是由頭部重傷造成的。Autoliv 開發了可膨脹簾式（IC）氣囊并獲得專利，在出現側面碰撞時，該氣囊從車門上方朝下展開，可保護前后座乘客的頭部。
在眾多的氣囊設計問題中，必須要考慮的一個問題是迅速展開。通常，與汽車或者固定物體的正面碰撞在極短的 100 毫秒內結束；在側面碰撞中，碰撞過程有可能短至 50 毫秒。如果要氣囊發揮作用，就必須在極短的時間內膨脹才能提供有效的約束。
展開 汽車安全氣囊塑料罩蓋點爆仿真材料卡片準確性提升研究
工程上更多的是通過于仿真與實驗對標，獲得一定應變率范圍內的應力- 應變曲線，建立相關的材料卡片。
本文正是基于MAT 24 號材料卡片和GISSMO 失效模型，采用參數優化軟件對實驗得到的應力-應變曲線進行修正，開展了不同溫度下不同加載速率的單軸拉伸實驗對標，獲得MAT 24 號材料卡片的有效應力- 有效塑性應變曲線，并將對標后的材料卡片應用于駕駛員安全氣囊點爆的仿真分析中，和實驗對比獲 得良好的一致性，為聚合物材料的開發提供了一種實用的工程方法。
01
聚合物材料卡片開發
1. 1 拉伸實驗數據
材料拉伸實驗的對象是一種用于乘用車駕駛員安全氣囊罩的共混改性塑料。拉伸實驗樣件采用ISO 8256 標準，其幾何尺寸如圖2所示。實驗工況為三個溫度下（- 30℃、23℃和85℃）的三個加載速率 (10 mm/ms、1 mm/ms 和0.1 mm/ms)。
而與實驗對應的仿真模型采用的實體單元建模，單元平均尺寸為1mm ，試件厚度方向為三層單元, 邊界條件采用與實際實驗一致的設置，一端固定，一端加載隨時間線性變化的位移曲線。
圖2 ISO 8256 Type3試驗樣條
圖3 a,c和e所示的是不同溫度和加載速率下的力-位移曲線，并實驗得到的力-位移曲線，經過式(2)和(3)計算過程可以得到材料的真實應力σT和真實應變εT，如圖3 b,d和f所示。
（2）
（3）
其中，P為實驗得到的軸向拉伸力，A為試件實驗段原始橫截面積，L0為實驗觀測段有效長度，1為實驗得到的拉伸位移。
該材料在屈服點之前粘彈性段存在一定的差異，而屈服點之后材料存在應變硬化的現象，并且在斷裂之前材料沒有出現類似金屬的應力衰減現象。
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