大眾汽車又雙叒叕召回-Abaqus助力汽車安全氣囊仿真分析

 繼9月4日發(fā)出召回約182萬(wàn)輛大眾汽車的消息之后，近日，大眾汽車（中國(guó)）銷售有限公司、一汽-大眾汽車有限公司、上汽大眾汽車有限公司根據(jù)《缺陷汽車產(chǎn)品召回管理?xiàng)l例》的要求，向國(guó)家質(zhì)檢總局備案了召回計(jì)劃，決定自2018年3月12日起，分批陸續(xù)召回

4，860，029輛。也就是說(shuō)，短短10天時(shí)間，大眾在華的兩度召回都在百萬(wàn)級(jí)別以上，其規(guī)模之大，數(shù)量之多，可謂空前，難說(shuō)絕后。

 本次召回范圍內(nèi)部分車輛的駕駛席或副駕駛席正面安全氣囊裝配了高田公司生產(chǎn)的未帶干燥劑的硝酸銨氣體發(fā)生器。在安全氣囊展開(kāi)時(shí)，氣體發(fā)生器可能發(fā)生異常破損，導(dǎo)致碎片飛出，傷及車內(nèi)人員，存在安全隱患。

 有限元分析法在汽車安全仿真設(shè)計(jì)方面應(yīng)用越來(lái)越廣，在汽車安全氣囊方面就可以使用Abaqus進(jìn)行仿真分析，提高汽車安全設(shè)計(jì)。

 Abaqus/Explicit提供了成熟的歐拉—拉格朗日耦合方法（CEL），可以對(duì)汽車安全氣囊中氣體流動(dòng)進(jìn)行仿真?；贑EL的流體分析給我們提供了氣囊在膨脹的各個(gè)階段中形狀和壓力分布更為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

 深圳市有限元科技有限公司是Abaqus軟件的一級(jí)代理商，并代理國(guó)外其他多款cae軟件，有限元科技是以工程仿真軟件開(kāi)發(fā)為核心，集cae咨詢、cae培訓(xùn)、cae軟件研發(fā)與銷售為一體的高科技企業(yè)。公司秉承以最高質(zhì)量的產(chǎn)品和最高質(zhì)量的服務(wù)滿足客戶的各種需求的服務(wù)理念，致力于為客戶提供一站式cae整體解決方案，目前已為全國(guó)超過(guò)500家企業(yè)提供cae分析服務(wù)。如需購(gòu)買(mǎi)軟件或咨詢服務(wù)等請(qǐng)聯(lián)系電話：13632683051，QQ：2039363860/4006046636。

 今天，有限元科技小編就跟大家分享：Abaqus有限元仿真軟件如何提高汽車安全氣囊設(shè)計(jì)。

圖0CEL方法展開(kāi)安全氣囊

 ABAQUS的主要特征和優(yōu)點(diǎn)

 CEL技術(shù)可以對(duì)氣囊中的氣體流動(dòng)建模，也可以分析在膨脹過(guò)程中對(duì)周圍氣體的影響。

 采用強(qiáng)大的和魯棒性好的通用接觸算法，能夠很容易的連接拉格朗日實(shí)體和歐拉網(wǎng)格材料的相互作用。

 廣泛的材料庫(kù)可以模擬氣囊的纖維織物材料和氣體狀態(tài)方程。

 背景

 在采用UPM對(duì)氣囊膨脹仿真的過(guò)程中，壓力會(huì)產(chǎn)生短暫變化，但在每一個(gè)瞬時(shí)，壓力在空間中的分布是均勻的。在氣囊完全膨脹時(shí)UPM中的假設(shè)最有效；因此UPM一般用于仿真IP案例，這時(shí)氣囊處于充分膨脹狀態(tài)。

 在靜態(tài)的OoP m.tyrp.net安全測(cè)試中，在氣囊部分膨脹的時(shí)候，駕駛員與氣囊的相互作用就開(kāi)始發(fā)生了。在膨脹的最初階段，氣囊中存在很大的空間壓力梯度；在氣囊打開(kāi)之前，一些折疊很緊的區(qū)域看不到膨脹的氣體。UPM方法的假設(shè)也就無(wú)法成立，而且在這種情況下，氣囊中氣體的運(yùn)動(dòng)必須要考慮。CEL方法通過(guò)模擬氣囊內(nèi)氣體流動(dòng)，提供了更高的保真度。因此，這種方法可以更真實(shí)的預(yù)測(cè)膨脹過(guò)程并準(zhǔn)確地計(jì)算氣囊內(nèi)部壓力在空間和時(shí)間上的變化，即便在膨脹的初期也能做到。圖1比較了兩種方法預(yù)測(cè)氣囊膨脹16ms時(shí)的形狀。

圖1安全氣囊展開(kāi)（16ms）

 安全氣囊工作組

 在1990年代末，德國(guó)汽車制造商成立了一個(gè)工作組來(lái)評(píng)估和開(kāi)發(fā)一個(gè)用于OoP仿真的通用方法。該工作組用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的60公升的氣囊模型來(lái)評(píng)估不同的仿真方法。在評(píng)估中，用了扁平和褶皺這兩種不同的氣囊。這兩個(gè)相同的氣囊組都被用來(lái)證明Abaqus/Explicit中CEL方法的有效性。測(cè)試裝置由一個(gè)初始與氣囊相接觸的半球形自由懸掛頭組成（圖2）。在膨脹過(guò)程中，氣囊推動(dòng)球頭，我們可以得到加速度和相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)。

圖2安全氣囊有限元模型：平鋪和折疊

 有限元分析方法

 采用離散化拉格朗日氣囊薄膜單元。紡織物材料的模型是各向異性和非線性的，也體現(xiàn)了獨(dú)立加載和卸載中紡織材料在填補(bǔ)、扭曲和剪切這三個(gè)方向任一方向的力學(xué)響應(yīng)。在傳統(tǒng)的拉格朗日分析中，節(jié)點(diǎn)在材料中固定，單元隨著材料的變形而變形。拉格朗日單元通常100%被賦予材料，所以材料邊界和單元邊界是一致的。相反的是，歐拉分析節(jié)點(diǎn)在空間中固定，材料通過(guò)不變形的單元流動(dòng)。歐拉單元并不一定全都被賦予材料；有些單元一部分或者完全是沒(méi)有有材料的。仿真中的歐拉網(wǎng)格是一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)格，用來(lái)擴(kuò)展歐拉材料邊界，提供材料移動(dòng)和變形的空間。氣囊的充氣裝置由一些近似于流入點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)來(lái)表示。每一個(gè)充氣節(jié)點(diǎn)所定義的矢量表示了氣體流動(dòng)的方向。充氣單元節(jié)點(diǎn)的速度可以通過(guò)求解基于輸入質(zhì)量流速率，區(qū)域和方向向量得到的動(dòng)量方程得到。氣體進(jìn)入氣囊的溫度和質(zhì)量流速率通過(guò)與膨脹時(shí)間相關(guān)的函數(shù)定義在節(jié)點(diǎn)中。在實(shí)驗(yàn)中，充入的氣體組成是隨時(shí)間變化的，但在仿真中，氣體的組成被假定為恒定不變。

 一個(gè)歐拉單元可以在同一時(shí)間包含多種材料。在每一個(gè)時(shí)間增量，每個(gè)材料的歐拉體積分?jǐn)?shù)（EVF）都會(huì)計(jì)算一遍，而且在EVF的基礎(chǔ)上，確定每個(gè)單元的材料面。這些歐拉材料面可以和拉格朗日材料面相互作用，如安全氣囊。歐拉域最初充滿氣體。當(dāng)開(kāi)始充氣，氣體填滿整個(gè)安全氣囊并讓氣體排出。Abaqus/Explicit m.tyrp.net通用接觸包含了拉格朗日接觸和歐拉-拉格朗日接觸。后者只存在于充氣氣體和氣囊中。氣囊和外部氣體之間沒(méi)有定義接觸。氣體不會(huì)因?yàn)楦叩呐蛎泬毫Χ匦逻M(jìn)入安全氣囊的假設(shè)是合理的。

 結(jié)果和結(jié)論

 這兩個(gè)模型采用的都是5mm的均勻歐拉網(wǎng)格。圖3和圖4給我們展示了應(yīng)用CEL方法預(yù)測(cè)，扁平和褶皺安全氣囊的實(shí)驗(yàn)對(duì)比。圖5給我們展示了這兩種仿真情況下各自的球頭加速度。對(duì)這兩種安全氣囊模型，加速度記錄和氣囊膨脹過(guò)程與是實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常吻合。

圖3平鋪安全氣囊展開(kāi)：實(shí)驗(yàn)和CEL對(duì)比

圖4折疊安全氣囊展開(kāi)：實(shí)驗(yàn)和CEL對(duì)比

 從圖5可以明確的看到，UPM方法在膨脹的起始階段所得到的加速度并不是非常理想。CEL仿真中得到的加速度初始峰值和最大峰值更加準(zhǔn)確。在這兩個(gè)安全氣囊模型中，CEL仿真都能更好的獲取加速度幅值。

圖5加速度對(duì)比：平鋪氣囊（左）和折疊氣囊（右）

 上述實(shí)驗(yàn)和CEL仿真的對(duì)比表明，即便在安全氣囊膨脹早期，Abaqus/Explicit也能夠得到非常準(zhǔn)確的結(jié)果，因此，該方法可以成功的應(yīng)用于OoP加載案例。

 今年以來(lái)，國(guó)家質(zhì)檢總局又多次約談了包括大眾汽車（中國(guó)）銷售有限公司、一汽-大眾汽車有限公司和上汽大眾汽車有限公司在內(nèi)的整車生產(chǎn)者，要求其盡快采取有效措施保障消費(fèi)者的行車安全。受調(diào)查影響，上述3個(gè)生產(chǎn)者決定采取召回措施，消除安全隱患。

 如此頻繁而且數(shù)量巨大的召回，對(duì)消費(fèi)者產(chǎn)生的心理壓力是顯而易見(jiàn)的。再加上這些年因?yàn)樗衮v斷軸門(mén)等事件產(chǎn)生的負(fù)面影響，大眾汽車在中國(guó)的日子日益艱難。別看眼下的銷量還不錯(cuò)，但人們對(duì)它的失望也與日俱增。

 在競(jìng)爭(zhēng)激烈的國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)，廠家們好比逆水行舟不進(jìn)則退。大眾，該醒醒了。采用有限元仿真分析法來(lái)提高產(chǎn)品安全性將是未來(lái)的趨勢(shì)，把握機(jī)遇才能創(chuàng)造未來(lái)！

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