氣囊排氣
關注創建者：周旋 創建時間：2018-08-17
氣囊排氣的實例教程
5 線性沖擊對標
5.1 總體步驟
氣囊的排氣，通常有兩種類型，分別為開孔排氣和氣囊的多孔表面泄露。在調試模擬氣囊排氣的時候首先從無孔氣囊開始。對于無孔氣囊來說，排氣的渠道就是通過氣囊的多孔材料表面漏氣。對于LS-DYNA模擬，主要是通過調整多孔材料的泄露曲線來調整泄漏量，從而提高模擬的準確性。在LS-DYNA里需要調整*MAT_FABRIC關鍵字的參數來達到控制泄漏量的目的。
接下來進行的是開孔排氣的氣囊的調試。我們要使用之前調整好的無孔氣囊排氣的參數來進行有孔的模擬。這里以排氣孔直徑為20mm5.5mps的氣囊為例。模型中在開孔的位置有一個part，我們需要調整的就是賦予這個part的材料參數來控制泄露量。
在LSPP中測量得到模型中孔的part的面積為330.077mm2。試驗中的排氣孔直徑為20mm，計算得到面積約為314.16mm2，所以為了模擬的準確我們需要通過按比例縮小模型中的孔的尺寸：314.16/330.077=0.95。此處的FLC與FAC的乘積就是這個比例因子的大小，所以這里FLC=0.95；FAC=1。使用調整好的模型進行計算得到的結果與試驗相比十分接近，可以得出我們使用的參數是正確的。
5.2對標結果
此次對標共有6種不同的工況，分為無孔氣囊和不同尺寸的有孔氣囊。經過上述的調整參數后，除了開孔大小的參數不同外，氣囊自身其余所有的參數對于6種不同的工況都是相同的。計算完成后，把得到的運算結果和實驗結果進行比對，如圖5.3.1所示是其中一種工況在加速度，位移，氣囊壓力三方面的對比。
圖5.3.1 某種工況的模擬與實驗結果對比
為了驗證氣囊的泄氣性設置參數的正確性，使用CORA軟件對得到的結果曲線進行比對。最后得到在6種不同的工況中，CORA最差的評分為0.855，平均評分為0.92。
展開 氣囊緩沖系統由八個獨立的氣囊通過支架與車體底裝甲板連接。每個氣囊可分為主氣囊和輔氣囊兩部分，輔氣囊附于主氣囊外側，并通過通氣孔與主氣囊相通。進氣口位于主氣囊底部以實現氣囊在下落時的自落充氣。當氣囊與地面接觸后，進氣口被封閉。排氣口位于輔氣囊側面中部，平時由搭扣貼合，當氣囊內壓超過排氣孔開啟壓力時開啟，用于氣囊壓縮時的泄壓[5]。氣囊緩沖系統采用殼單元進行網格劃分。氣囊各面殼單元的法向均指向氣囊外側，主輔氣囊公共面的殼單元法向由主氣囊指向輔氣囊。
為考慮空投車輛著陸緩沖過程中的接觸碰撞問題，用點面接觸定義氣囊各面之間以及地面與車體、氣囊之間的接觸。接觸采用罰函數法[6]求解，相當于在從節點與被穿透主面之間放置一個法向彈簧，以限制從節點對主面的穿透。假設車體底甲板與氣囊系統上表面是完全固定連接的，即各方向的力和力矩都可以穩定地傳遞。因此，車體與氣囊之間的接觸采用固結接觸模型描述，相互之間無滑動。在該接觸模型中，車體底甲板被定義為主面，氣囊系統上表面為從面。對從面節點施加剛性約束從而使從面節點的位移與主面保持一致。主面節點的加速度及速度通過對從面節點的力和質量進行計算獲得。
3 氣囊參數優化
3.1 優化變量與目標函數
緩沖氣囊在承受載荷時囊內氣體被壓縮產生變形，這種可壓縮性被用來吸收車體的沖擊能量。氣囊緩沖性能與氣囊在載荷作用下的變形有關，主要取決于氣囊的剛度。氣囊的剛度則主要取決于它內部的氣體壓力。在氣囊形狀、結構形式、幾何尺寸以及材料特性不變時，氣體壓力就主要取決于氣囊參數的匹配。研究表明，緩沖氣囊的排氣孔面積和排氣孔開啟壓力是影響氣囊緩沖性能的兩個主要參數。因此本文選取緩沖氣囊的排氣孔面積以及排氣孔開啟壓力作為優化變量進行參數優化。
展開 依托航天器無損著陸技術實驗室創新平臺，科研團隊突破了多氣囊組合緩沖動力學建模與仿真、復雜氣囊結構設計、多層多體氣囊復合工藝、氣囊主動排氣控制等多項關鍵技術。
由于著陸緩沖過程時間極短，科研團隊研制出高靈敏度著陸敏感器等產品，解決了快速響應著陸緩沖控制問題，使著陸緩沖系統能夠精確按照艙體過載實時進行差異式主動排氣控制，以保證系統工作可靠性和返回艙著陸穩定性。
記者了解到，神舟飛船的著陸反推發動機只能一次性使用，而氣囊緩沖系統經過結構檢查后可以重復使用。此外，為實現返回艙垂掛轉換功能，給氣囊著陸緩沖創造條件，科研團隊采用新型材料研制了耐高溫、耐磨損的高強度垂掛吊索，強度達到神舟飛船垂掛吊索的4倍，但重量只有其60%左右。
據介紹，多項大型航天器回收重大技術取得突破，不僅能為載人登月、運載火箭回收以及重型裝備空投等重大任務提供技術基礎，也向后續15噸級載荷無損回收目標邁進了一步。
來源：科技日報
展開 乘員約束系統(occupant restraint systems)包括：安全氣囊，安全帶，座椅，方向盤，轉向柱和儀表板等。這些安全部件必須經過嚴格的優化整合，才能夠對駕駛員發揮最有效的保護作用。
乘員約束系統整合是一個非常復雜的優化設計過程。利用CAE仿真模擬，可以大大減少物理試驗的次數，從而降低產品開發成本和周期。
此例子為應用MADYMO軟件進行正面碰撞情況下的約束系統優化整合，用于確定安全氣囊的最佳點火時刻，氣囊容積，排氣孔大小等等參數，對于安全帶系統，則需要確定最佳的預張緊機構觸發時間，安全帶的拉伸率等設計參數。
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展開 我們以德國博世（BOSCH）公司生產的SRS在奧迪轎車上進行的試驗來說明下安全氣囊工作狀態，當汽車以50km／h的速度撞擊前方障礙物時，安全氣囊系統的保護動作過程可分為圖9-5所示的4步。
1） 見圖9-5（a），碰撞約10ms后，SRS達到引爆極限。引爆管引爆產生大量熱能，點燃氣體發生劑疊氮化鈉藥片，使其受熱分解。此時駕駛員尚未因碰撞慣性向前傾。
2） 見圖9-5（b），碰撞約40ms后，安全氣囊完全充氣膨脹，體積變到最大。駕駛員由于碰撞慣性力作用向前撲，此時系在駕駛員身上的安全帶迅速收緊，吸收了部分沖擊能量。
3） 見圖9-5（c），碰撞約60ms后，駕駛員頭部及身體上部快速壓向已膨脹的安全氣囊，人體的沖擊能量被彈性氣囊吸收并擴散。安全氣囊背面的排氣孔在氣體張力和人體壓力的作用下，向外排氣，排氣節流阻尼進一步吸收人體與安全氣囊之問彈性碰撞產生的動能，有效地保護了駕駛員的生命安全。
4） 見圖9-5（d），碰撞約110ms后，大部分氣體已從安全氣囊逸出，氣囊變癟，防止了駕駛員被膨脹的氣囊憋氣窒息。在安全帶作用下，駕駛員上身后傾回到座椅靠背上，汽車前方恢復視野。
碰撞約120ms后，汽車碰撞產生的動能危害完全解除，車速降低直至為零。
汽車安全氣囊系統中常用的碰撞傳感器一般可以分成滾球式碰撞傳感器、滾軸式碰撞傳感器、偏心錘式碰撞傳感器、水銀開關式碰撞傳感器、電阻應變計式碰撞傳感器、壓電效應式碰撞傳感器六大類，下文我們會詳細介紹這六大類碰撞傳感器的工作原理。
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氣囊排氣的最新內容
在駕駛員或乘員頭部、胸部或身體因碰撞時的反沖力向前或向側面沖去時，鼓起的氣囊在駕駛員或乘員的前部或側面車身硬件間成彈性緩沖氣墊，利用氣體本身的阻尼作用或氣囊背面排氣孔排氣節流的阻尼作用，吸收并分散駕駛員和乘員的沖擊能量。
依托航天器無損著陸技術實驗室創新平臺，科研團隊突破了多氣囊組合緩沖動力學建模與仿真、復雜氣囊結構設計、多層多體氣囊復合工藝、氣囊主動排氣控制等多項關鍵技術。
由于著陸緩沖過程時間極短，科研團隊研制出高靈敏度著陸敏感器等產品，解決了快速響應著陸緩沖控制問題，使著陸緩沖系統能夠精確按照艙體過載實時進行差異式主動排氣控制，以保證系統工作可靠性和返回艙著陸穩定性。
5 線性沖擊對標
5.1 總體步驟
氣囊的排氣，通常有兩種類型，分別為開孔排氣和氣囊的多孔表面泄露。在調試模擬氣囊排氣的時候首先從無孔氣囊開始。對于無孔氣囊來說，排氣的渠道就是通過氣囊的多孔材料表面漏氣。對于LS-DYNA模擬，主要是通過調整多孔材料的泄露曲線來調整泄漏量，從而提高模擬的準確性。
研究表明，緩沖氣囊的排氣孔面積和排氣孔開啟壓力是影響氣囊緩沖性能的兩個主要參數。因此本文選取緩沖氣囊的排氣孔面積以及排氣孔開啟壓力作為優化變量進行參數優化。緩沖氣囊參數優化研究旨在通過對緩沖氣囊參數的優化實現氣囊緩沖性能的提升，減小車體在著陸緩沖過程中的沖擊。因此，緩沖氣囊參數的優化目標為使車體的沖擊加速度最大值最小。
腰支撐氣囊控制閥除可以控制氣囊的進排氣外，還能起溢流保護的作用，即當氣囊內壓力超過氣囊的額定壓力時，氣囊控制閥溢流卸壓，保證氣囊的安全使用。?
目前我國新開發出一種新型空氣腰支撐裝置（圖１），該裝置可以按一定的順序和頻率有規律地對頸部、肩部、腰部等氣囊進行充氣、放氣，利用氣囊有規律的癟或脹，實現對腰、肩、頸等部位的擠壓，達到局部按摩的目的，大大提高了舒適性。
此例子為應用MADYMO軟件進行正面碰撞情況下的約束系統優化整合，用于確定安全氣囊的最佳點火時刻，氣囊容積，排氣孔大小等等參數，對于安全帶系統，則需要確定最佳的預張緊機構觸發時間，安全帶的拉伸率等設計參數。
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主要目的：1，研究氣囊的材料及啟爆性能；
2，研究假人頭的材料及其他性能；
3，研究氣囊的充/排氣問題。
以下是動畫，以及幾條氣囊和頭之碰撞研究有關的性質曲線。
