基于LS-DYNA及PRIMER的侧气囊折叠方法

    0 引言

    在汽车被动安全约束系统中，安全气囊起到了至关重要的作用。安全气囊的展开为车内乘员提供了保护，同时也可能给非正常坐姿的乘员带来严重的伤害。所以应用有限元对气囊展开过程的研究有着十分重要的意义。

    通常情况下，气囊的参数（点火时刻、泄气孔面积等)是按照假人正常坐姿匹配整车碰撞脉冲而设置的一组最佳参数，按照气囊正常展开后与假人进行接触设定，而为了研究气囊完全展开前对离位成员造成的伤害，必须要保证有限元气囊从开始展开到后期都尽量与试验一致，所以有限元气囊模型必须按照实际的折叠工艺进行折叠，同时要避免折叠过程中产生的穿透，以防止在展开计算的过程中，气囊为了克服穿透而损失能量，导致气囊刚度减弱，而影响展开形状及假人与气囊接触而产生的伤害值。

    现行情况下，气囊模型简化比较严重，气囊中的气体发生器也被简化忽略，甚至气囊折叠也被简化而设置为平铺的模型，原因是气囊折叠比较复杂，采用HYPERMESH难以复原真实网格情况，或者采用计算得到折叠网格，但穿透严重，难以有效利用。故本文以RIMER软件及LS-DYNA为例进行侧气囊的折叠。

    1 模型的前处理

    根据实际的气囊2D情况，将网格划分在相应的PART里包括螺栓固定孔，泄气孔也需要单独建立一个PART，因为要进行气囊折叠，故需要事先将折叠线的位置给处理出来，便于以后的折叠。如图中，将单层的气囊复制为二层，沿表面方向偏置0.3mm，将缝线处的节点合并。检查气囊原始模型外表面为封闭体。

    图1 气囊折叠前处理

    2 气囊模型的初步折叠

    实际的折叠气囊方式有几种(Z形、TUCK折叠、卷绕折叠等）的组合，在有限元的折叠过程中应保证单元和节点的ID号码不变，将上一步前处理的网格导入到PRIMER软件中，进行折叠。初步的折叠如下图所示：

    3 发生器的位置匹配

    折叠后的气囊需要将发生器适配到初步折叠的气囊之中，此时可以利用DYNA软件中的灵活边界条件及参数众多的接触卡片，将发生器移动到气囊之中。可以如图进行设置，将发生器复制为2个，建立两个接触，移动发生器分别与气囊的上下表面接触，最终形状见图2所示。

    图2 发生器适配前后气囊

    4 将气囊压缩进气囊盒