基于LS—DYNA的某汽車乘客安全氣囊支架焊接強度的分析

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，檢驗結果滿足設計要求，為其結構設計、優化等提供理論依據。

關鍵詞：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，支撐整個安全區囊模塊的作用[1]。氣囊在爆破的時候對支架產生反作用力，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，均保留其原結構形狀[4]。將簡化模型通過STP格式導入到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個節點.

3 模型約束及材料的定義

在LS-DYNA軟件中，考慮多應變率的影響，主要材料采用MAT24，剛體采用MAT20，根據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個節點上。將建好的模型提交LS-DYNA進行運算。

4 計算結果和分析

將LS-DYNA的計算結果導入到HyperView查看支架在收到反沖力時的應力應變云圖如圖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生應力集中，大小為419.6MPa。超過材料屈服極限396MPa，產生塑性變形，集氣盒體與支腳最大塑性應變13.22 %，小于材料斷裂極限應變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險。

5 結論

通過對支架與集氣盒焊點強度的有限元仿真分析，獲得支架最大應力約為419.6MPa，雖然產生塑性變形，未超過材料的斷裂極限，所以支腳處無斷裂風險。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計要求。使用有限元法簡化了為驗證支架強度的實驗次數，大大節約了實驗成本。

參考文獻：

[1]李洪昌，李耀明，唐中等.基于EDEM的振動篩分數值模擬與分析[J].農業工程學報，2011，27（05）：117-121.

[2]于開平，周傳月，譚惠豐等.Hypermesh從入門到精通[M].北京：科學出版社，2005.

[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化設計[J].機械設計與研究，2016，32（01）：155-158.

[4]孔振海，王良模，榮如松等.基于HyperWorks的某輕型汽車前橋有限元分析及疲勞壽命預測[J].機械設計與制造，2013（02）：97-100.

[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.