某型气囊展开过程数值模拟及试验研究

论文摘要

作为一种集缓冲、助浮、救生等多种功能一体的设备,气囊具有不充气时体积小、重量轻、运输方便、低成本、可靠性高等优点,在各个行业中应用越来越广泛,气囊技术也得到不断发展,成为了现在救生技术研究的热点之一。本文分析了气囊展开的控制方程,详细讨论了气囊展开过程数值模拟中的接触非线性问题、罚函数法和控制体积法的原理。同时利用LS-DYNA中的Airbag模块,对某型气囊进行了合理简化,建立了折叠后的气囊有限元模型,成功模拟了其充气展开过程,并研究了不同充气流量对气囊展开过程的影响,得到了气囊压力、温度等重要参数随着时间的变化规律。另一方面,为了论证气囊展开数值模拟过程的准确性,进行了试验研究。设计制作了该型简化气囊,并借助于气体流量控制台,使其在不同充气速率下充气展开,并通过数据采集器记录了气囊压力变化过程,与数值模拟结果进行对比分析。同时,提出了气囊展开最大安全体积和最大安全压力的概念,对气囊工程设计有一定的指导意义。研究结果显示:1.本文建立的气囊展开模型是可行的;2.在气囊展开过程中,气囊展开速度随着充气速度的变大而加快,但二者不是简单的线性关系;3.充气速度过大不利用气囊展开的稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 图、表清单
• 注释表
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的意义及背景
• 1.1.1 汽车安全气囊
• 1.1.2 航天器着陆缓冲气囊
• 1.1.3 水下助浮气囊
• 1.1.4 航天用空间充气气展开结构
• 1.2 气囊在国内外的研究现状
• 1.3 论文的工作重点
• 第二章 气囊展开过程数值模拟理论研究
• 2.1 有限元法求解气囊充气展开问题
• 2.1.1 物质运动描述
• 2.1.2 应力与应变
• 2.1.3 控制方程的建立
• 2.1.4 边界条件
• 2.1.5 有限元离散
• 2.2 气囊充气展开中接触问题
• 2.2.1 Kinematic Constraint Method
• 2.2.2 Distributed Parameter Method
• 2.2.3 Penalty Method
• 2.3 ANSYS/LS-DYNA 软件介绍
• 2.4 小结
• 第三章 气囊展开过程的数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 问题描述以及控制方程的建立
• 3.3 气囊充气展开数值模拟过程
• 3.3.1 数值模拟流程
• 3.3.2 有限元模型的建立
• 3.3.3 气囊展开数值模拟及过程演示
• 3.4 数值模拟结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 气囊展开过程试验研究
• 4.1 试验装置
• 4.2 试验步骤
• 4.3 数据整理及分析
• 4.3.1 气囊压力的对比分析
• 4.3.2 气囊温度分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文