基于颗粒法的安全气囊仿真及应用分析

基于颗粒法理论对压力容器试验和气囊静态离位摆锤试验进行模拟,验证了颗粒法模拟气囊展开过程的有效性.将颗粒法应用于乘员约束系统中气囊的展开模拟,建立正面碰撞台车有限元模型.通过假人头部响应的仿真与试验对比分析,进一步表明颗粒法能够用于气囊展开过程的准确模拟,为乘员约束系统开发与仿真等工程应用提供可借鉴的方法.     

内置式儿童安全座椅侧面碰撞安全性研究

建立了一款置于汽车后排中间位置的内置式儿童安全座椅模型,采用MADYMO与LS-DYNA耦合的方法进行仿真计算,并对该模型进行滑车试验验证.首先对无扶手、面式扶手、杆式扶手以及面式扶手及侧翼相结合的4种不同类型的座椅进行侧面碰撞仿真试验,其次对扶手高度不同的座椅模型进行侧面碰撞仿真试验,最后对仿真结果进行对比分析.结果表明,扶手能限制儿童乘员从座垫滑落而有效避免安全带约束儿童颈部造成的窒息死亡,侧翼能有效保护儿童乘员的颈部和胸部,侧翼和扶手组合式儿童安全座椅模型保护效果最好;扶手高度适中的座椅能对儿童乘员提供最好的保护.     

汽车安全气囊展开过程的仿真算法

对气袋织物的各向异性材料模型进行研究,将织物的拉伸和剪切仿真与试验结果对比,以验证材料模型的准确性.分别采用控制体积法(Control Volume,CV)与近年来新开发的粒子法(Corpuscular Method,CPM),对平铺与折叠气囊展开进行数值模拟,并对比气囊展开形态和压力结果对比.结果表明,CV方法只适用于IP(In-Position)乘员与气囊作用的仿真模拟,而CPM方法可模拟出气囊展开初期的高速气流运动,且计算效率较高,适用于OOP(Out-of-Position)乘员与气囊的相互作用仿真.     

基于正交试验的座椅靠背气囊对乘员保护的优化

在汽车正面碰撞事故中,对于后排乘员的保护尤为重要.为了减小正碰时后排乘员的损伤,使用LS-PREPOST软件建立了后排乘员约束系统和前排座椅简化模型,以50百分位HybridⅢ男性假人代替后排乘员,仿真分析驾驶员座椅靠背气囊对后排乘员的保护效果.在初始建立的简化模型基础上,对各因素进行灵敏度分析,选定气囊放置角度、前排座椅靠背倾角和气囊泄气孔面积作为进一步优化的因素;为分析不同工况下乘员的损伤,选取各因素的水平并采用正交试验优化,以加权伤害准则WIC(weighted injury criterion)作为评估标准,使用极差法推出最优方案.对比分析优化前后的假人损伤数据可知,头部损伤指标HIC(head injury criteria)下降21.15％,WIC下降20.39％,证明靠背气囊对后排乘员的安全保护效果显著.     

校车主动式安全气囊控制参数分析

为弥补校车现有乘员约束系统的不足,利用经台车试验验证的MADYMO校车乘员约束系统模型,建立主动式安全气囊的仿真模型。根据气囊的工作原理,分析拉带长度、排气孔面积、气体质量流率、气囊安装位置等气囊参数对6岁儿童乘员伤害值的影响。仿真结果表明:有气囊保护时乘员头颈损伤值降低,但胸部保护效果不明显。排气孔面积变化最大可使6岁儿童乘员综合评价指标WICS(Weighted Injury Criteria for School)降低21.3%,气囊安装位置变化可使WICS最大降低11.5%。上部、中部、下部拉带可使WICS最大降低值分别为2.52%、2.23%和1.58%,气体质量流率可使WICS最大降低2.23%。由于气囊安装位置与排气孔面积对乘员的影响最为显著,气囊参数的调整可明显改善6岁儿童乘员伤害值,实现校车对6岁儿童更好的保护。     

织布材料动态透气性试验与仿真对比研究

安全气囊是汽车乘员保护约束系统的一个重要组成模块,其在碰撞展开过程中的刚度变化直接影响人体的伤害。气囊刚度变化与织布材料的透气性的关系,通过对一种气囊织布材料的动态透气性及双轴拉伸和剪切力学性能进行研究测试,并将实验数据转换为LSDYNA程序输入。结合织布力学性能建立了基于粒子法的动态透气性仿真模型,通过试验压力和织布膨胀高度对比验证了材料的力学性能和透气性,为气囊的数值开发及对标工作奠定了基础。     

爆炸环境下车辆地板加速度对乘员小腿损伤的影响

通过给地板施加不同的加速度作为边界条件的方法,研究了加速度上升斜率、峰值、持续时间与小腿损伤之间的关系。首先建立了整车有限元模型;并通过整车爆炸试验验证了模型的准确性。然后验证了利用简化模型研究乘员小腿损伤的可行性;并探究了可以精确仿真小腿损伤的最简边界条件。最后通过改变加速度参数研究了加速度对小腿损伤的影响。结果表明,最简边界条件为至少获得乘员脚部和座椅安装点的加速度值;加速度的持续时间和峰值对乘员小腿损伤的影响较大。对整车爆炸试验操作与设计防护车辆底部结构有一定的指导意义。     

基于独立碰撞工况的儿童约束系统参数优化

为实现获得专利的集成式儿童安全座椅在碰撞事故中对乘员的最佳保护,以6岁儿童乘员为研究对象,采用经验证的约束系统模型,在正碰、侧碰和追尾等3种汽车碰撞工况下,分别结合拉丁超立方、正交、均匀试验设计方案和多项式响应面代理模型的方法,对座椅高度和座垫深度等设计参数进行碰撞仿真分析和优化设计.仿真试验结果表明,优化后约束系统儿童乘员损伤值在3种独立的碰撞工况下均有显著下降.     

帘式安全气囊有限元建模及侧碰撞系统仿真

为了获得汽车安全气囊仿真技术的精确度和可行性,建立了帘式气囊仿真模型,集成了侧碰撞系统模型。采用拓扑映射原理进行模型节点坐标转换,从而实现了帘式气囊有限元卷折网格的自动生成和帘式气囊在任意管状结构内的卷折成型;使用MADYMO软件提供的均压法以及Dyna欧拉法、粒子法,依据卷折模型,对气囊展开过程的模拟结果进行了检验;通过将帘式气囊模型、假人模型、车身侧面接触结构面进行集成,建立了带安全气囊的侧碰撞分析模型。通过3种类型侧碰撞工况的计算和试验对比,表明所建侧碰撞仿真模型能够真实地反映人体损伤情况。所建模型下的帘式安全气囊能够很好地保护乘员安全,可以有效地应用于汽车前期开发。     

汽车坐盆安全气囊对假人伤害的仿真及优化

针对汽车前碰撞过程中假人胸部压缩量超标这一难点,开发了一种安装在座椅坐盆处的全新坐盆安全气囊。通过理论探索坐盆气囊在碰撞过程中的作用原理,证明了坐盆气囊可以有效抑制假人X向运动,达到了减少假人胸部压缩量的目的。借用计算机辅助工程(CAE)中MADYMO软件建立了坐盆气囊模型,通过零部件和子系统的试验验证了该模型的精度。在某款运动型多功能车(SUV)车型上建立了整车约束系统模型且与试验进行了对标验证;在验证后的系统模型中通过增加坐盆气囊的CAE模块作为优化的基础模型,对坐盆气囊的安装位置、角度以及点爆时间进行了灵敏度分析和试验设计(DOE)优化,以探寻最佳的优化方案。经台车试验和限力式预紧安全带对比分析表明,坐盆安全气囊可以降低假人胸部14.79%的压缩量,有效抑制了人体骨盆纵向位移。该结果可为保护假人胸部研究提供参考。     

基于CFD的气囊展开模拟及其压力分析

应用MADYMO软件的Gas Flow流体计算方法建立PAB模型,通过气囊静态展开试验以及刚性块冲击试验验证模型的准确性。在此模型基础上,得出气囊不同部位压力并与试验结果进行比较,分析气囊内部压力的特点;改变气囊参数,分析各个参数对气囊内部压力变化的影响。结果表明,基于CFD的气囊仿真模型能准确反应气囊内部真实压力;气囊的质量流、织布渗透性和排气孔大小对气囊内部压力均有影响。     

汽车防护气袋有效性研究

介绍与汽车防护气袋有效性有关的计算机模型参数，并用以分析气袋设计是否可以根据一些参数来进行调整，以适应更广泛的碰撞情况．     

气袋折叠建模中的几何误差分析与修正

为提高安全气袋模拟计算中折叠建模的精度,对气袋折叠建模中常用的3种折叠方式的几何误差进行了计算分析,并提出了相应的修正方法。结合一个实际气袋模型的计算结果,验证了修正方法的有效性。进行几何误差修正后的气袋模型能够更精确地模拟气袋的展开过程,可以对气袋参数的优化设计及气袋对乘员的防护作用研究提供更可靠的分析结果。该文的修正方法也可应用于气袋自动建模。     

基于ALE算法的汽车侧面气帘展开仿真

为了模拟气帘的充气展开过程,采用LS-DYNA软件建立了某汽车气帘基于流固耦合ALE算法的仿真模型,给出了主要参数的设置及耦合实现方法。通过静态起爆试验和落锤试验对仿真模型进行了验证。结果表明：气帘是在充气口位置先展开,然后逐步充满整个气帘,气帘展开的形状与静态起爆试验结果基本一致;落锤加速度试验峰值与仿真峰值误差约为9%,证明了所建立的ALE模型可以用来有效模拟气帘的展开过程。     

Airbag Mapped Mesh Auto-Flattening Method

Current software cannot easily model an airbag to be flattened without wrinkles. This paper improves the modeling efficiency using the initial metric method to design a mapped mesh auto-flattening algorithm. The element geometric transformation matrix was obtained using the theory of computer graphics. The algorithm proved to be practical for modeling a passenger-side airbag model. The efficiency and precision of modeling airbags are greatly improved by this method.     

汽车侧面碰撞中头胸部安全气囊的优化研究

为减少汽车侧面碰撞中驾驶员胸腹部的综合伤害,并保证头部HIC值满足C-NCAP的法规要求,采用有限元分析模型、逐步回归代理模型和序列优化方法对头胸部气囊进行了优化设计.以验证过的汽车有限元模型为基础,建立了一个L型头胸部气囊的有限元仿真模型.模拟了侧面安全气囊在侧碰撞条件下的响应过程,优化分析了气囊设计参数,从而进一步提高了该车的综合安全性能,进而对其优化解的可靠性进行了评估.研究结果表明:安全气囊材料泄气参数为0.040 8,气囊体积约为10.32 L,起爆时间为10 ms为最优,得到侧面碰撞的综合伤害评估值下降了16%,且保证了头部HIC值满足法规要求.     

软着陆气囊参数可行域分析及优化设计研究

为建立系统的缓冲气囊设计方法,首先基于能量守恒方程,建立缓冲气囊的解析分析模型,并通过试验及有限元仿真进行了验证;在此基础上,建立了基于解析模型的缓冲气囊设计参数可行域的初步确定方法;并在可行域中选择合理设计初值,将缓冲气囊的解析求解器与遗传算法相结合,开展了缓冲气囊的优化设计方法研究.研究分析表明,通过确定气囊设计参数的可行域,可快速得到合理的设计初值,随后通过对设计初值进行优化,耗费较短的时间即可完成气囊缓冲系统各个设计参数的联动设计,提高气囊的缓冲效率,整套设计方法合理快捷,对工程实际具有较高的参考价值.     

安全气囊织物动态透气性的数值模拟

将安全气囊织物视为多孔薄膜,基于Porous Jump模型对其动态透气性进行非稳态数值模拟,得到了测试管道中的流场分布情况,并最终得到安全气囊织物动态透气量.利用自行设计的安全气囊织物动态透气装置对其动态透气的数值模拟结果进行验证,结果表明数值模拟结果与实验结果吻合.