基于LS—DYNA的某汽車乘客安全氣囊支架焊接強度的分析

劉光健　劉家員　黃賢丞

摘 要：以某汽車乘客安全氣囊（PAB）支架為研究對象，通過有限元軟件Hypermesh對三維模型進行網(wǎng)格劃分、施加約束等前處理，建立有限元模型，并以LS-DYNA為求解器對安全氣囊支架與殼體焊接強度進行有限元分析，檢驗結(jié)果滿足設(shè)計要求，為其結(jié)構(gòu)設(shè)計、優(yōu)化等提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：安全氣囊支架；有限元分析；Hypermesh；LS-DYNA

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.212

1 前言

支架是PAB至關(guān)重要的一部分，起到了連接氣囊盒體與儀表板管梁，支撐整個安全區(qū)囊模塊的作用[1]。氣囊在爆破的時候?qū)χЪ墚a(chǎn)生反作用力，若支架與氣囊集氣盒體焊接不合格，會使得支架與盒體間發(fā)生變形或斷裂，為確保安全氣囊的有效工作性能，對其進行有限元仿真分析。Hypermesh軟件與多種CAD和CAE軟件有良好的接口并具有高效的網(wǎng)格劃分功能[2]。本文利用有限元軟件Hypermesh的前后處理，對安全氣囊支架與殼體焊接強度進行有限元分析。

2 有限元模型的建立

支架是整個PAB模塊承重的關(guān)鍵部位[3]，在簡化模型時，只保留管梁支架、氣囊支架、集氣盒體及發(fā)生器，去掉管梁及螺栓等。在建立有限元模型時，均保留其原結(jié)構(gòu)形狀[4]。將簡化模型通過STP格式導(dǎo)入到Hypermesh有限元前處理軟件中[4]，進行抽取中面、幾何清理，采用殼單元進行網(wǎng)格劃分，單元尺寸為2mm。建立有限元模型，支架有限元模型共有21102個殼單元，21544個節(jié)點.

3 模型約束及材料的定義

在LS-DYNA軟件中，考慮多應(yīng)變率的影響，主要材料采用MAT24，剛體采用MAT20，根據(jù)BOM選擇不同牌號并賦予屬性，實際中管梁支架被管梁約束，管梁支架通過螺栓與氣囊支架相互約束，氣囊支架與集氣盒體采用點焊鏈接，點焊采用MAT100 HEXA[5]，焊點直徑為6mm。材料的屬性見表1。

經(jīng)實驗測得PAB模塊（集氣盒本體）在點爆后10ms安裝在集氣盒下端測力傳感器測得的支座反作用力隨時間變化的曲線作為模型力的輸入。受力點選取為4個螺栓附近處的64個節(jié)點上。將建好的模型提交LS-DYNA進行運算。

4 計算結(jié)果和分析

將LS-DYNA的計算結(jié)果導(dǎo)入到HyperView查看支架在收到反沖力時的應(yīng)力應(yīng)變云圖如圖1，2，3，4所示。

如圖所示：在加載力達到峰值時，PAB集氣盒焊點處與支腳容易發(fā)生應(yīng)力集中，大小為419.6MPa。超過材料屈服極限396MPa，產(chǎn)生塑性變形，集氣盒體與支腳最大塑性應(yīng)變13.22 %，小于材料斷裂極限應(yīng)變33%。

焊點最大軸向力最大不超過1.28KN小于最大軸向承載力5.5KN；焊點最大剪切力最大不超過0.93KN小于最大剪切承載力5.5KN，焊點未失效，所以支腳處無斷裂風(fēng)險。

5 結(jié)論

通過對支架與集氣盒焊點強度的有限元仿真分析，獲得支架最大應(yīng)力約為419.6MPa，雖然產(chǎn)生塑性變形，未超過材料的斷裂極限，所以支腳處無斷裂風(fēng)險。焊點的最大軸向力和最大剪切力都小于其承載力，所以支架焊接強度滿足設(shè)計要求。使用有限元法簡化了為驗證支架強度的實驗次數(shù)，大大節(jié)約了實驗成本。

參考文獻：

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[3]孟強，鄭松林，吳振.某汽車乘客安全氣囊支架的隨機振動強度分析與優(yōu)化設(shè)計[J].機械設(shè)計與研究，2016，32（01）：155-158.

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[5]胡遠志，曾必強，謝書港.基于LS-DYNA和HyperWorks的汽車安全仿真與分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

作者簡介：劉光健（1991-），男，碩士研究生，研究方向：車輛CAD＼CAM＼CAE技術(shù).