基于RADIOSS的DAB氣囊建模和對標(biāo)分析

1、基于RADIOSS的DAB氣囊建模和對標(biāo)分析摘要: 本文介紹了基于RADIOSS求解器的DAB(駕駛員側(cè)安全氣囊)有限元模型的建立方法，詳細(xì)講述了安全氣囊參數(shù)，泄氣孔參數(shù)，織物材料和屬性，接觸，參考幾何的詳細(xì)設(shè)置，通過仿真和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比，驗(yàn)證了基于RADIOSS求解器的氣囊建模的有效性，為其他類型氣囊的建模奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞: RADIOSS， DAB安全氣囊，控制體積法，接觸1 概述汽車安全氣囊是一種被動安全保護(hù)裝置，它對防止司乘人員傷亡，減少傷殘有明顯效果，其中，氣囊在展開后的泄氣性能對安全氣囊的安全保護(hù)作用有很大影響，因此，在設(shè)計(jì)初期，氣囊廠商都需要對所使用織物材料的泄氣性以及氣囊上的

2、開孔的泄氣性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和仿真驗(yàn)證，目前常用的主要有跌落塔法，線性沖擊法，擺錘法，本文針對線性沖擊法基于RADIOSS求解器對DAB氣囊進(jìn)行建模和驗(yàn)證。Altair RADIOSS是一個功能強(qiáng)大的有限元求解器，包含顯式和隱式時(shí)間積分求解算法，同時(shí)支持拉格朗日、歐拉和 ALE 算法。采用 RADIOSS 技術(shù)，用戶可以自由地選擇采用動態(tài)、靜態(tài)或瞬態(tài)的方式實(shí)現(xiàn)對大應(yīng)變和大位移等非線性結(jié)構(gòu)、流體、流固耦合問題的仿真求解。本文應(yīng)用了RADIOSS Block格式的顯式時(shí)間積分求解算法。DAB氣囊模型的建模過程基于前處理軟件HyperMesh 和 HyperCrash, 后處理軟件HyperView和Hy

3、perGraph, RADIOSS模板為RADIOSS Block 100.2 有限元模型建立2.1 CAE建模需求線性沖擊模型需要包括安全氣囊有限元模型，氣體發(fā)生器質(zhì)量流和溫度流曲線，方向盤模型，DAB固定支架，線性沖擊塊，本文重點(diǎn)介紹RADIOSS求解器的DAB安全氣囊建模方法，氣囊的幾何處理和折疊方法在此不述,方向盤和線性沖擊塊的有限元模型均使用殼體單元和剛性材料建模。2.2 模型設(shè)置線性沖擊模型根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)置建立，觸發(fā)距離為520mm，沖擊塊初始速度為6.7m/s，其中,觸發(fā)距離指沖擊塊距離方向盤外緣前端的垂直距離，當(dāng)沖擊塊從遠(yuǎn)端移動到該距離時(shí)，DAB氣囊點(diǎn)爆，氣體發(fā)生器產(chǎn)生氣體充入氣袋

4、，氣囊隨之展開。2.3 DAB氣囊建模2.3.1 氣囊定義RADIOSS中的安全氣囊建模采用控制體積法“Monitored Volume”，目前，RADIOSS提供三種氣囊建模方式：第一種：/AIRBAG 經(jīng)典的均勻壓力法建模；第二種：/COMMU 具有交互作用的多腔室均勻壓力法；第三種：/FVMBAG 非均勻壓力的有限體積法；本文采用了第一種的均勻壓力法，該方法通過在控制體積中定義一個封閉的，法線方向指向外的3節(jié)點(diǎn)或4節(jié)點(diǎn)的殼單元組件來定義安全氣囊，該氣囊體積由其單元圍成，且不需要建立氣體發(fā)生器，而是通過質(zhì)量流量和溫度兩個與時(shí)間相關(guān)的函數(shù)參數(shù)來描述從氣體發(fā)生器釋放出來的氣體，從而計(jì)算出流入安

5、全氣囊的氣體總量，均勻壓力法基于兩個假設(shè)：a， 氣囊中的氣體是理想氣體; b， 在氣囊中的溫度和壓力是一致的。均勻壓力法對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型見圖1，公式為：其中，P為均勻的氣囊壓力，V為氣囊體積，m氣囊內(nèi)的氣體質(zhì)量，R氣體常數(shù)，T氣體溫度圖1:均勻壓力法數(shù)學(xué)模型當(dāng)泄氣孔處的壓力差或泄氣時(shí)間閾值滿足時(shí)，泄氣孔開始泄氣.RADIOSS中均壓法定義氣囊的關(guān)鍵字為/MONVOL/AIRBAG,主要包括初始化環(huán)境空氣和定義氣體發(fā)生器的質(zhì)量流和溫度流曲線以及比熱比系數(shù)CPA，CPB，CPC內(nèi)容，在HyperMesh中定義如圖1所示，圖1 安全氣囊定義2.3.2 泄氣孔定義安全氣囊泄氣包括織物泄氣和氣孔泄氣，在/

6、MONVOL/AIRBAG關(guān)鍵字中定義，通過指定泄氣孔的壓力和時(shí)間曲線，氣孔面積和時(shí)間曲線的方式來定義泄氣性能，本文通過兩種方式定義泄氣性，織物泄氣通過輸入有效的泄氣總面積和泄氣開始時(shí)間來定義，氣孔則指定氣孔對應(yīng)的part，在HyperMesh中定義如圖2所示，圖2 泄氣孔及參數(shù)定義Avent選項(xiàng)輸入織物總的有效泄氣面積，Svent處指定泄氣孔對應(yīng)組件；Iport,IportP，IporA用于控制泄氣性與時(shí)間，氣囊內(nèi)壓力，氣囊展開的面積的關(guān)系。2.3.3 材料和屬性定義RADIOSS 提供兩種織物材料模型，MAT19線彈性材料和MAT58非線性彈性材料，本文采用MAT19線彈性材料模型建模，其

7、中，R_E和ZEROSTRESS選項(xiàng)的設(shè)置對氣囊展開形狀影響明顯，建議R_E設(shè)置為1%，另外，/MAT/FABRI材料必須對應(yīng)/PROP/SH_ORTH屬性。圖3：織物材料和屬性定義ZEROSTRESS=1用于指定該織物材料在展開前消除初始應(yīng)力；SH_ORTH屬性中N為單元在厚度方向的積分點(diǎn)個數(shù)，對織物類薄膜單元N= 1。2.3.4 接觸定義氣囊自接觸以及氣囊與周圍組件間的接觸均使用type7類型，type7是RADIOSS中一種通用接觸類型，對大部分接觸均適用，對于氣囊自接觸和氣囊與其它組件的接觸，為防止穿透的產(chǎn)生，建議INACTI設(shè)置為5。圖4 接觸定義2.3.5 參考幾何參考幾何是氣囊展

8、開過程中必不可少的部分，氣囊在折疊的過程中會產(chǎn)生較大的網(wǎng)格變形，參考幾何能使折疊后的氣囊展開時(shí)恢復(fù)到折疊之前的原有尺寸和大小，因此，參考幾何記錄了氣囊在折疊之前的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的相對位置，建模過程中，參考幾何的節(jié)點(diǎn)編號要和折疊后的節(jié)點(diǎn)編號完全一致。RADIOSS中，參考幾何通過/XREF或者/REFSTA關(guān)鍵字來引用，兩者的主要區(qū)別是/XREF根據(jù)氣囊織物的不同組件單獨(dú)引用，/REFSTA則將氣囊作為整體引用，引用參考幾何后，需要將 /MAT/LAW19織物材料的zero stress標(biāo)志設(shè)置為1，以便氣囊展開時(shí)能消除初始應(yīng)力。2.3.6 ENGINE文件RADIOSS包括START和ENGINE文

9、件，其中ENGINE文件以_0001.rad結(jié)尾，用于控制計(jì)算時(shí)間步長，計(jì)算結(jié)束時(shí)間，動畫輸出，節(jié)點(diǎn)位移，單元應(yīng)力應(yīng)變輸出等內(nèi)容，示例如下：DAB_linear_impact_0001.radENGINE文件需與start文件同名，僅后綴不同/TITLE 仿真所用的標(biāo)題/VERS/100 仿真適用的RADIOSS版本/DT/INTER/CST接觸時(shí)間步長的控制/DT/NODA/CST節(jié)點(diǎn)時(shí)間步長的控制/ANIM/DT 動畫輸出時(shí)間間隔/RUN/DAB_linear_impact/1計(jì)算結(jié)束時(shí)間控制/ANIM/ELEM/EPSP單元有效應(yīng)變輸出/ANIM/ELEM/VONM單元VONMISS應(yīng)力

10、輸出/PARITH/ON多核并行運(yùn)算控制 3 結(jié)果分析將建立的模型文件提交到RADIOSS模塊中計(jì)算后，打開HyperView和HypeGraph讀取A01動畫文件和沖擊塊的加速度曲線，MediaView讀取AVI格式的實(shí)驗(yàn)錄像,可對仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析。3.1 運(yùn)動對比對比結(jié)果表明，仿真氣囊的展開過程和實(shí)驗(yàn)?zāi)芎芎玫奈呛稀?.2 曲線對比本節(jié)主要對比實(shí)驗(yàn)和仿真中的沖擊塊加速度，速度，位移和能量的曲線，通過沖擊塊的曲線對比，可驗(yàn)證氣囊的泄氣性設(shè)置參數(shù)的正確性。對比結(jié)果表明，仿真與實(shí)驗(yàn)?zāi)芎芎玫奈呛希鶋悍饽医７椒ǐ@得了氣囊織物和開孔的泄氣性參數(shù)。4 結(jié)論本文基于RADIOSS 求解器，應(yīng)用Hy

11、perMesh和HyperCrash作為前處理，對DAB氣囊線性沖擊模型進(jìn)行了建模和仿真對標(biāo)分析，計(jì)算結(jié)果表明,RADIOSS求解器具有先進(jìn)的求解算法和計(jì)算穩(wěn)定性，為后期整車碰撞分析假人的傷害預(yù)測提供了可靠的輸入。安全氣囊的均勻壓力法建模會導(dǎo)致氣囊展開初期的形狀與實(shí)驗(yàn)有差別，在建模過程中，在特定部件上應(yīng)用噴氣效應(yīng)設(shè)置，或者用多腔室法建模，可使氣囊的展開更符合預(yù)期。5 參考文獻(xiàn)1 RADIOSS_10.0_Reference_GuideDriver Air Bag Modeling and CorrectionBased on RADIOSSZhang San Shen WeichaoAbstract: Based on the RADIOSS solver, this article researched the FEA model building method of the DAB. Details airbag parameters, deflation hole parameters, textile material and property, contact, reference geometrical detailed Settings. Based on the RADIOSS solver verified the validity