梁韫，靳云飞，韩啸
锦州锦恒汽车安全系统有限公司锦州
公民意识教育
摘要：本文介绍了基于PAM 软件下运用Pam-safe模块对CAB（驾驶员侧安全气囊）有限元模型的建立方法，详细讲述了安全气囊参数，泄气参数，织物材料和属性的详细设置与折叠，通过仿真和实验数据的对比，验证了基于Pam-crash 求解器的气囊建模的有效性，为其他类型气囊的建模奠定了基础。 关键词: PAM软件，Pam-safe模块，CAB 安全气囊，气囊参数设置
1 概述
汽车安全气囊在乘员防护系统中使用越来越普遍，尤其是帘式气囊在强烈的侧面碰撞中所起的保护作用将直接影响到乘员的伤害。实际应用中气囊的安装位置、点火时刻等因素对其作用的发挥至关重要。其中，气囊在展开后的泄气性能对安全气囊的安全保护作用很大，因此，在设计初期，气囊厂商都需要对所使用织物材料的泄气性以及气囊上的排气孔的泄气性能进行实验和仿真验证，目前常用的主要有跌落塔法，线性冲击法，摆锤法。本文针对跌落塔法利用Pam-crash软件下Pam-safe模块对CAB气囊进行建模和验证分析。
开博尔k530i
PAM 软件中的Pam-safe模块为气囊展开模拟提供了一个很好的研究平台。Pam-safe专门配备了多层非线性纤维编织物气囊材料模型，用户可以很轻松地定义各个类型的气囊，包括单气室、多气室气囊，主、副气囊，侧部气囊等。各个气室独立定义，充分考虑进气节流、充气泄漏，有效保证了模拟的精确性。气体发生器是安全气囊装置中必不可少的装备，Pam-safe中内置种类齐全的气体发生器模型供选择使用，发生器的喷孔个数、流通截面、空气流量、初始温度等性质参数简单易设。CAB气囊模型的建模过程基于前处理软件HyperMesh 和PAM软件的mesh模块、Pam-safe 模块、Pam-crash模块、后处理模块Viewer。
2 有限元模型建立
2.1 CAE 建模需求
跌落塔模型包括安全气囊有限元模型，气体发生器质量流和温度流曲线，跌落头型物有限元模型，CAB 固定支架。本文重点介绍PAM-crash 求解器的CAB 安全气囊建模方法。
2.2 模型设置
跌落塔模型根据物理实验设置建立（如图1），触发距离为236mm，跌落头型物初始速度为4.3m/s，当跌落头型物从远端移动到触发距离时，CAB 气囊点爆，气体发生器产生气体充
入气袋，气囊随之展开。
图 1 跌落塔模型
2.3 CAB 气囊建模
冷雾2.3.1 气囊折叠
在PAM软件中值得指出的是，PAM-safe模块中SIM-folder对话框对气囊的折叠不再是一件难事。SIM-folder提供一系列的折叠类型，用户可以通过自定义所需要的类型和工序来实现气袋的真实折叠装配过程，整个折叠过程清晰直观。也可自动生成网格并优化，而且初始矩阵（Initial Metric）也可自动生成，不但节省了大量繁杂重复的人力劳动，而且保证了展开后气囊形状的高度精确，同时还考虑到了展开过程中的应力累积，使气囊充气展开过程的模拟更加接近实际。
山西商务旅行社
首先，运用PAM软件中前处理模块mesh对CAD气囊进行网格划分，并对网格进行检查保证气腔的封闭性，划分好的网格文件（如图2），然后导出*.pc文件生成metric文件，作为
se567
图 2 气囊网格
气囊参考文件。参考文件是气囊展开过程中必不可少的部分，气囊在折叠的过程中会产生较大的网格变形，参考文件能使折叠后的气囊展开时恢复到折叠之前的原有尺寸和大小。因此，参考文件记录了气囊在折叠之前的网格节点的相对位置，建模过程中，参考几何的节点编号要和折叠后的节点编号完全一致。
网格划分完成后，提取出来对气囊进行折叠。从mesh模块中出来直接转换到safe模块，利用SIM-folder中的工具对气囊折叠（如图3）。此对话框提供了PAM-safe模块中所有折叠工具及工具参数的设置和一些帮助例子。本文中的气囊主要采用一次折叠，然后卷折的折叠方法（如图4）。
图 3 SIM-folder对话框
图 4 折叠后气囊
气囊折叠好以后就可以进行对标工作。但是，CAB气囊与其它气囊不同的是，CAB在车体上的定位是比较难的。SIM-folder中提供了house工具，用户可以很轻松的完成CAB在车体上的复杂定位。并且SIM-folder中的工具也可以根据用户自行定义，为用户进行二次开发提供了可能。如图5根据车体自行定义的house工具完成CAB在车体上的定位。自行定义的house工具可以直接采用车体上的气囊3D模型作为house工具的基础模型。
图 5 气囊在车体上的定位
2.3.2 气囊定义
关于气囊展开模拟，多数有限元分析软件采用了UP （Uniformity Pressure ）算法。随着模拟技术的不断发展，PAM-SAFE 基于UP 算法在安全气囊方面引入了FPM （Finite Point
Method ）功能来模拟充入气囊的气体，充分考虑了气体发生器的喷射角度及空气流动的实际影响，可以解决以往只能将气囊压力设为表面均匀所带来的失真，使得模拟向实际更进一步。本文主要介绍了UP 算法的气囊设置，通过PAM-crash 模块中的参数设置定义一个封闭的，法线方向指向外的3 节点的壳单元组件来定义安全气囊，该气囊体积由其单元围成，通过质量流和温度两个与时间相关的函数参数来描述从气体发生器释放出来的气体，从而计算出流入安全气囊的气体总量。均匀压力法基于两个假设：
A 气囊中的气体是理想气体；
B 在气囊中的温度和压力是一致的。
均匀压力法对应的数学模型见图6，公式为：PV=mRT
其中，P 为均匀的气囊压力，V 为气囊体积，m 气囊内的气体质量,R 为气体常数，T 为气体温度。
图 6 均匀压力法数学模型
CAB 气囊模型
车体模型
PAM软件中对均匀压法对气囊定义主要在crash PAM模块中完成（如图7），卡片-safety 主要完成气囊泄气参数设置、FPM参数设置、气体发生器气体量的设置及多气室气囊气墙的设置。
图 7 气囊设置卡片
图 8 失效设置卡片
卡片-Auxiliaries主要是对气囊中传感器、局部坐标、气囊中所用函数、失效的设置（如图8）。安全气囊在折叠完成后都有一张包片包装气囊模块，气囊包片上有软化的撕裂线或是缝纫线，在气囊起爆初
始气囊冲开包片展开。气囊可以通过失效设置模拟气囊从包片中冲出。气体发生器的质量流重力场的加载等函数均在此卡片中设置（如图9）。
中国国民党图 9 函数设置对话框
2.3.2气囊泄气定义
安全气囊泄气包括织物泄气和气孔泄气，在PAM-crash中是在safe卡片通过leakage设置（如图10）。
图 10 泄气孔设置卡片
在safe中泄气孔可以通过单元或是节点来定义。泄气孔的泄气性能可以通过压力和泄气面积曲线定义，也可以通过气孔面积方式来定义。织物泄气性能直接通过leakage对话框来定义。
2.3.3 材料和属性定义
PAM-crash提供丰富的材料本构模型，可以根据需要选用材料。气囊织物材料一般选用Material Type 150和Material Type 151两种织物材料模型。本文气囊模型采用MAT151非线性弹性材料模型建模。设
置卡片（如图11）。
图 11 织物材料和属性定义
2.3.4 接触定义
PAM-crash中提供多种接触模型来模拟不同形式的接触（比如，点面接触、面面接触、边面接触、自接触等等）。接触检查分成两步，一步全局检查，一步接近检测。全局检查检查
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议