基于流固耦合方法的氣囊展開數(shù)值模擬研究.pdf

1、氣囊被廣泛地應(yīng)用在軍事、航空、船舶、汽車和其他的領(lǐng)域。由于氣囊易變形而吸能被應(yīng)用于戰(zhàn)車、大型貴重儀器或物資的空投，船舶上排下水；其浮力效應(yīng)被人們應(yīng)用于飛機(jī)水上迫降、沉船打撈，等等。對(duì)氣囊的研究多基于實(shí)物實(shí)驗(yàn)，但實(shí)物實(shí)驗(yàn)投資大，周期長(zhǎng)，結(jié)果數(shù)據(jù)不全面。隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的快速發(fā)展，可以利用數(shù)值模擬技術(shù)來對(duì)氣囊展開進(jìn)行模擬分析，數(shù)值模擬以其代價(jià)低周期短可重復(fù)性高的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。目前，對(duì)氣囊展開的數(shù)值研究主要采用基于熱力學(xué)理

2、論的CV(Control Volume)方法，該方法雖然計(jì)算速度快，也可以得到很好的結(jié)果，但并不能準(zhǔn)確模擬氣囊的展開過程特別是氣囊展開的初始階段，因此可以采用考慮高速氣體與氣囊織物相互作用的流固耦合ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian)方法。 提起氣囊，人們更為熟悉的是汽車用氣囊，因此本文借助于汽車用氣囊，利用顯式有限元軟件LS-DYNA對(duì)氣囊展開的流固耦合ALE方法進(jìn)行了研究和數(shù)值模擬。文中首先

3、給出了一種折疊氣囊的規(guī)則網(wǎng)格的劃分方法，介紹了復(fù)雜三維形狀氣囊的有限元模型的建立過程，為了驗(yàn)證供給氣囊展開所需氣體的氣體發(fā)生器的質(zhì)量流動(dòng)率的可靠性和正確性，分別用CV和ALE方法進(jìn)行Tanktest計(jì)算，計(jì)算結(jié)果顯示ALE方法得到的容箱內(nèi)的壓力與實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全符合，這也初步驗(yàn)證了ALE方法的正確性。隨后分別對(duì)展平汽車用氣囊和折疊汽車用氣囊用ALE方法充氣展開，得到氣囊中某位置的壓力時(shí)程與實(shí)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相符。 最后將汽車用氣囊展開