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向盤中部。車輛發(fā)生碰撞時，安全氣囊展開，使設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雜且要滿足造型設計要求，因此汽車儀表板均是無縫設計。這樣，需要先對設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)格尺寸設定為1mm。網(wǎng)格單元類型選擇與轉向盤外形近似的殼單元。然后，設定網(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，并對求解結果進行分析。分析結果將以圖形的形式表現(xiàn)出來，在安全氣囊蓋和轉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)域就是分析結果中所受應力最高的區(qū)域。利用試驗對上述仿真分析過程進行驗證（圖1），仿真結果與試驗結果具有較高的重合。這樣，可以將上述分析方法應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果（上圖為兩種不同的試驗結果，下圖為相應的仿真結果）

HisakiSugayaetal.SAE 2015-01-1341.

編譯：王祥