汽車安全氣囊蓋撕裂線塑性斷裂模擬方法

汽車前排安全氣囊通常折疊置于轉(zhuǎn)向盤中部。車輛發(fā)生碰撞時，安全氣囊展開，使設(shè)定好的安全氣囊蓋撕裂線方向出現(xiàn)塑性斷裂，安全氣囊彈出，保護前排乘員。由于前排乘員安全氣囊的部署較為復(fù)雜且要滿足造型設(shè)計要求，因此汽車儀表板均是無縫設(shè)計。這樣，需要先對設(shè)計的汽車安全氣囊蓋撕裂線進行仿真模擬，這不僅能節(jié)約設(shè)計成本，而且能縮短汽車的研發(fā)時間和減少原型車的制造數(shù)量。介紹了利用有限元軟件模擬汽車安全氣囊蓋撕裂線塑性斷裂的方法。

采用有限元顯示求解軟件LS-DYNA對汽車安全氣囊蓋撕裂線塑性斷裂的過程進行模擬。首先，需要獲得汽車安全氣囊蓋材料的屬性。若安全氣囊蓋撕裂線部分材料不同，還需要確定撕裂線附近材料的屬性。通過靜態(tài)拉伸試驗和動態(tài)拉伸試驗獲得材料屬性，主要是材料的彈性模量和泊松比。同時，由于安全氣囊蓋上的受力是安全氣囊展開造成的，因此需要了解安全氣囊展開時其內(nèi)部的氣體流動。之后，進行安全氣囊蓋及轉(zhuǎn)向盤幾何模型的建立，同時進行網(wǎng)格劃分，并確定網(wǎng)格單元類型。由于網(wǎng)格劃分較細，因此計算精度高，但是計算較為復(fù)雜，計算時間較長。綜合考慮計算精度和計算時間，將網(wǎng)格尺寸設(shè)定為1mm。網(wǎng)格單元類型選擇與轉(zhuǎn)向盤外形近似的殼單元。然后，設(shè)定網(wǎng)格劃分后幾何模型的邊界條件和負荷條件。邊界條件為汽車安全氣囊展開受到的約束；負荷條件則為汽車安全氣囊展開時其內(nèi)部空氣產(chǎn)生的沖擊力。最后，對確定邊界條件和載荷條件的幾何模型進行求解，并對求解結(jié)果進行分析。分析結(jié)果將以圖形的形式表現(xiàn)出來，在安全氣囊蓋和轉(zhuǎn)向盤幾何模型上標識出各部分受力。發(fā)生塑性斷裂的撕裂線區(qū)域就是分析結(jié)果中所受應(yīng)力最高的區(qū)域。利用試驗對上述仿真分析過程進行驗證（圖1），仿真結(jié)果與試驗結(jié)果具有較高的重合。這樣，可以將上述分析方法應(yīng)用于對汽車安全氣囊蓋撕裂線塑性斷裂的分析過程。

圖1　汽車安全氣囊蓋撕裂線的仿真試驗結(jié)果（上圖為兩種不同的試驗結(jié)果，下圖為相應(yīng)的仿真結(jié)果）

HisakiSugayaetal.SAE 2015-01-1341.

編譯：王祥