柔性充氣結(jié)構(gòu)止裂方法研究

肖鵬 李新

【摘 要】論文針對多種止裂結(jié)構(gòu)采用有限元法進行仿真分析，評估各種形式的止裂帶對氣囊應力的影響以及不同應力擴散方式的優(yōu)劣。

【Abstract】 In this paper， finite element method （FEM） is used to simulate and analyze many kinds of crack arrest structures. The effects of various types of crack arrest zones on the stress of airbag and the advantages and disadvantages of different stress diffusion modes are evaluated.

【關鍵詞】止裂帶;應力集中;應力擴散

【Keywords】 anti-fissure zone; stress concentration; stress diffusion

【中圖分類號】O35? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）06-0165-02

1 不同形式的止裂帶對氣囊應力的影響分析

氣囊采用3500LV材料，在氣囊上膠接不同形式的止裂帶，針對經(jīng)常采用的長條形止裂帶，建立不同材料、裁剪方向、厚度、寬度、長度的止裂帶模型（10種不同止裂帶形式，1種無止裂帶形式）進行有限元仿真分析。止裂帶分析模型參數(shù)見表1。

應力分析結(jié)果見表2。

根據(jù)表2分析可知，在相同載荷作用下，止裂帶結(jié)構(gòu)會增加附近囊體的應力水平，最大可使應力增加1.5倍，即止裂帶結(jié)構(gòu)會使整個球體的強度降低。只有當止裂帶材料的彈性模量遠低于氣囊材料的彈性模量時，在不考慮加工引起褶皺的情況下，在相同載荷下，防撕裂結(jié)構(gòu)處的最大應力與無止裂帶時的應力相近。

2 各種形式的端頭應力擴散方式的對比分析

通過第2節(jié)的分析可知，止裂帶的兩端會產(chǎn)生較為嚴重的應力集中，為了減小應力集中，要在止裂帶的端頭設計補強襯布，進行應力擴散。

根據(jù)止裂帶端頭加強襯布形狀不同分為圓形加強襯布、半圓形加強襯布、水滴形加強襯布。分別針對典型尺寸的加強襯布進行細節(jié)設計與有限元分析。

常見的條形防撕裂端頭加強結(jié)構(gòu)形式見圖1。

三種條形防撕裂端頭加強結(jié)構(gòu)有限元分析，在止裂帶一端施加1%的強制位移，有限元仿真結(jié)果如圖2所示。

從圖2的對比可以看出，各種端頭加強結(jié)構(gòu)對應力的擴散均有一定的效果，圓形加強使應力從70.3MPa降低到59MPa，水滴形加強使應力從70.3MPa降低到57.9MPa，半圓形加強使應力從70.3MPa降低到56.5MPa，從應力水平降低情況可以看出水滴形加強的應力擴散效果最好，不同加強結(jié)構(gòu)有限元分析對比見表3。

由于三種方案中加強結(jié)構(gòu)對應力水平的降低處于同一水平，不存在較大的差別。

3 結(jié)論

通過以上分析，可以得到如下結(jié)論：

①為了防止柔性充氣結(jié)構(gòu)的大范圍開裂布置止裂帶會帶來止裂帶端頭的應力集中，止裂帶的材料的彈性模量越低導致的應力集中程度越小，反之越大。

②止裂帶端部設計加強襯布進行應力擴散是一種有效減小應力集中的方式，圓形、半圓形、水滴形加強襯布的應力擴散效果相當。