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基于离位儿童工况下的顶置式安全气囊的仿真与优化
| 论文题名： | 基于离位儿童工况下的顶置式安全气囊的仿真与优化 |
| 关键词： | 离位儿童;汽车安全气囊;参数优化设计;乘员保护;计算流体力学 |
| 摘要： | 目前，汽车上使用的约束系统多数都是基于正常体位的成年人开发运用的，而忽略了其对较小体位的儿童所造成的伤害，安全气囊在高速展开过程中会造成离位儿童头骨、颈椎、胸骨等处的伤害。由于离位乘员位姿的随机性和复杂性，在离位乘员的保护研究中需要进行大量的试验，为了降低研究成本、提高研究效率，需要通过仿真与试验相结合的方法进行研究。但由于离位仿真研究需要建立精确的气囊模型来模拟气囊的真实展开形态，因而需要对气囊模型进行正确的折叠来获得准确的参考网格、准确地模拟气囊的整个展开过程，这些都是目前离位仿真研究中的技术难点。 文章对国内外离位儿童的研究方法进行阐述，通过美国与欧洲不同安全法规体系的对比，选用美国FMVSS208法规作为研究乘员侧3岁儿童头部、胸部靠近安全气囊离位位置的儿童离位仿真的依据。通过对MADYMO软件的多刚体系统与有限元模型的介绍，采用MADYMO的Folder模块对气囊进行折叠，并用初始举证法建立基于计算流体力学算法的气囊模型。在此基础上，建立了3岁儿童假人的OOP(Out of Position)模型，并通过气囊罩盖撕裂过程的分析，将静态仿真试验与静态气囊起爆试验进行对比，验证了该多刚体-有限元混合模型的准确性。其次，通过分析实车对标情况，给出假人伤害指数，为参数优化后的气囊对乘员保护效果提供了依据。 选取对气囊体积缩放系数S、气囊织布泄气性系数C、气囊织布密度ρ、气囊起爆角度θ四个参数进行优化，采用仿真数据的正交试验设计的方法确定最终优化参数值。结果表明:通过增大气囊X、Y向的缩放比例系数、增大织布泄气性系数都能对3岁儿童胸部靠近仪表板、头部靠近仪表板两个状态的假人降低头部、胸部、颈部伤害;但对于胸部靠近仪表板的儿童假人，减小起爆角有利于降低伤害，而对于头部靠近仪表板的儿童假人，增加气囊起爆角反而更有利于降低伤害。 对于3岁儿童胸部靠近仪表板的位置状态，优化后的损伤标准I3值比优化前提高了21.1％;对于3岁儿童头部靠近仪表板的位置状态，优化后的损伤标准I3值比优化前提高了25.7％。基于对儿童假人头部、颈部、胸部的损伤分析，其头部伤害指标HIC15、颈部轴向拉升力Fz、胸部压缩量D及胸部累积3ms合成加速度a3ms均在FMVSS208法规上限之内，由此可见，优化后的安全气囊，可以有效减少对3岁儿童的损伤，充分发挥对离位儿童的保护作用。通过对比改进前、后气囊对正常位姿的成人乘员伤害，可以看出，改进后的安全气囊不仅对离位儿童起到了保护作用，而且有效降低了成人正常位姿的颈部、胸部伤害，对离位研究有开发应用价值。 |
| 作者： | 朱玲琳 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 李红;张绍卫 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 扬州大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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