汽车安全气囊盖撕裂线塑性断裂模拟方法

汽车安全气囊盖撕裂线塑性断裂模拟方法

汽车前排安全气囊通常折叠置于转向盘中部。车辆发生碰撞时，安全气囊展开，使设定好的安全气囊盖撕裂线方向出现塑性断裂，安全气囊弹出，保护前排乘员。由于前排乘员安全气囊的部署较为复杂且要满足造型设计要求，因此汽车仪表板均是无缝设计。这样，需要先对设计的汽车安全气囊盖撕裂线进行仿真模拟，这不仅能节约设计成本，而且能缩短汽车的研发时间和减少原型车的制造数量。介绍了利用有限元软件模拟汽车安全气囊盖撕裂线塑性断裂的方法。

采用有限元显示求解软件LS-DYNA对汽车安全气囊盖撕裂线塑性断裂的过程进行模拟。首先，需要获得汽车安全气囊盖材料的属性。若安全气囊盖撕裂线部分材料不同，还需要确定撕裂线附近材料的属性。通过静态拉伸试验和动态拉伸试验获得材料属性，主要是材料的弹性模量和泊松比。同时，由于安全气囊盖上的受力是安全气囊展开造成的，因此需要了解安全气囊展开时其内部的气体流动。之后，进行安全气囊盖及转向盘几何模型的建立，同时进行网格划分，并确定网格单元类型。由于网格划分较细，因此计算精度高，但是计算较为复杂，计算时间较长。综合考虑计算精度和计算时间，将网格尺寸设定为1mm。网格单元类型选择与转向盘外形近似的壳单元。然后，设定网格划分后几何模型的边界条件和负荷条件。边界条件为汽车安全气囊展开受到的约束；负荷条件则为汽车安全气囊展开时其内部空气产生的冲击力。最后，对确定边界条件和载荷条件的几何模型进行求解，并对求解结果进行分析。分析结果将以图形的形式表现出来，在安全气囊盖和转向盘几何模型上标识出各部分受力。发生塑性断裂的撕裂线区域就是分析结果中所受应力最高的区域。利用试验对上述仿真分析过程进行验证（图1），仿真结果与试验结果具有较高的重合。这样，可以将上述分析方法应用于对汽车安全气囊盖撕裂线塑性断裂的分析过程。

图1　汽车安全气囊盖撕裂线的仿真试验结果（上图为两种不同的试验结果，下图为相应的仿真结果）

HisakiSugayaetal.SAE 2015-01-1341.

编译：王祥