車用功能性織物預(yù)切口設(shè)計(jì)分析

王蕾，王紅

(延鋒百利得(上海)汽車安全系統(tǒng)有限公司，上海 200235)

車用功能性織物預(yù)切口設(shè)計(jì)分析

王蕾，王紅

(延鋒百利得(上海)汽車安全系統(tǒng)有限公司，上海 200235)

對(duì)汽車內(nèi)飾用功能性織物預(yù)切口設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，針對(duì)預(yù)切口高速動(dòng)態(tài)打開功能建立拉伸試驗(yàn)方法測(cè)量靜態(tài)打開力，依據(jù)滿足動(dòng)態(tài)打開功能要求的關(guān)鍵參數(shù)定義靜態(tài)打開力值，從而定義關(guān)鍵參數(shù)之間的數(shù)學(xué)公式。所獲得的數(shù)學(xué)公式可以減少動(dòng)態(tài)功能驗(yàn)證和優(yōu)化關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)，縮短汽車內(nèi)飾功能性織物預(yù)切口開發(fā)周期。該方法為汽車產(chǎn)品功能性織物有預(yù)切口動(dòng)態(tài)打開功能的設(shè)計(jì)提供參考。

織物；預(yù)切口；動(dòng)態(tài)打開力；靜態(tài)打開力；數(shù)學(xué)公式

0 引言

當(dāng)前，汽車用織物越來越多,車用織物主要分裝飾織物和功能性織物。

對(duì)于車用裝飾織物，主要需滿足舒適美觀、經(jīng)濟(jì)耐用、抗氣候、抗油污、環(huán)保等需求。此類織物一般柔軟、手感好、圖案新穎、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活性強(qiáng)、色牢度穩(wěn)定、美學(xué)性佳,耐磨、耐壓、不起球、尺寸穩(wěn)定,抗氣候、拒油污,對(duì)人體無刺激、無異味、無毒、無害[1]。

對(duì)于車用功能性織物，主要用于安全氣囊囊袋及包裹布、輪胎用紡織品、安全帶織帶等，這類織物通常要求具有強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)、抗紫外線和耐磨等特點(diǎn)。經(jīng)常，功能性汽車用紡織品又要求兼具裝飾性。

在車用功能性織物中，氣囊相關(guān)織物承擔(dān)著車輛碰撞過程中保護(hù)乘員的作用。在應(yīng)用中，為滿足某種特定功能要求，需對(duì)氣囊織物進(jìn)行預(yù)切口，以滿足氣囊高速動(dòng)態(tài)展開過程中織物預(yù)切口能在擬定的時(shí)間內(nèi)斷裂。因氣囊工作過程少于100 ms，而織物的預(yù)切口在更短的時(shí)間一般小于30 ms內(nèi)需完成斷裂。此過程發(fā)生在很短的時(shí)間內(nèi)，一般只能通過高速攝像機(jī)記錄氣囊點(diǎn)火起爆展開過程，通過氣囊展開過程來判定織物預(yù)切口設(shè)計(jì)是否滿足功能要求。而氣囊點(diǎn)火起爆驗(yàn)證費(fèi)用高，且所用零件為破壞性使用。文中所研究的內(nèi)容為：依據(jù)目前氣囊織物預(yù)切口設(shè)計(jì)，找到一種靜態(tài)驗(yàn)證方法替代氣囊點(diǎn)火起爆驗(yàn)證方法，且通過此靜態(tài)驗(yàn)證方法能找到氣囊織物預(yù)切口設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)之間的數(shù)學(xué)公式。

1 建立靜態(tài)驗(yàn)證方法

對(duì)于有預(yù)切口的氣囊織物，織物上切口設(shè)計(jì)一般如圖1所示。

圖1 氣囊織物預(yù)切口的設(shè)計(jì)參數(shù)

在長(zhǎng)度為L(zhǎng)(mm)的織物上，具有n-1個(gè)長(zhǎng)度為X1(mm)的連接點(diǎn)用于連接n個(gè)長(zhǎng)度為X2(mm)的切口，兩端具有兩個(gè)可變的連接點(diǎn)。L

在實(shí)際氣囊點(diǎn)爆工作時(shí)，織物上的切口會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)從中間連接點(diǎn)往兩邊斷裂，實(shí)現(xiàn)其功能。現(xiàn)研究采用靜態(tài)拉伸使切口斷裂來進(jìn)行切口設(shè)計(jì)參數(shù)研究。后續(xù)會(huì)通過實(shí)際點(diǎn)爆來驗(yàn)證參數(shù)設(shè)計(jì)是否滿足功能要求。

如圖2所示為擬采用的靜態(tài)拉伸試驗(yàn)方法，拉伸速度為305 mm/min,拉伸固定夾兩端之間的距離為145 mm，且與切口對(duì)稱分布，兩個(gè)固定夾中心正對(duì)L中心。

圖2 氣囊織物預(yù)切口拉伸試驗(yàn)方法

對(duì)于圖1 中所示氣囊織物預(yù)切口設(shè)計(jì)，較常見的參數(shù)設(shè)計(jì)為L(zhǎng)為145 mm、5個(gè)26 mm的切口、4個(gè)2.5 mm的連接段。采用圖2所示方法進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，測(cè)量5次所獲得的最大載荷平均值為496 N。

同時(shí)該切口設(shè)計(jì)在氣囊裝配過程驗(yàn)證中能正常裝配而不在裝配過程中就出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，該切口設(shè)計(jì)在點(diǎn)爆功能驗(yàn)證中能正常打開，符合氣囊設(shè)計(jì)相關(guān)要求。

2 切口參數(shù)設(shè)計(jì)與靜態(tài)拉伸打開力關(guān)系研究

在建立的靜態(tài)拉伸方法基礎(chǔ)上，對(duì)氣囊織物預(yù)切口設(shè)計(jì)中主要設(shè)計(jì)參數(shù)切口長(zhǎng)度及數(shù)量、連接段長(zhǎng)度及數(shù)量與靜態(tài)拉伸斷裂時(shí)的打開力之間的關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析。

對(duì)于圖1中L=145 mm的氣囊織物，調(diào)整連接段X1從1.5

至5 mm，數(shù)量從2至4，對(duì)應(yīng)的切口長(zhǎng)度從26到44 mm，對(duì)每種設(shè)計(jì)進(jìn)行3次靜態(tài)拉伸測(cè)試，將獲得的最大載荷取平均值，結(jié)果如表1所示。

表1 連接段和切口不同設(shè)計(jì)時(shí)的靜態(tài)拉伸打開力值

根據(jù)表1結(jié)果進(jìn)行線性回歸分析,如圖3所示。

圖3 線性回歸分析

獲得線性回歸方程為：

Y=410.40+89.72X1-7.23X2

3 切口參數(shù)設(shè)計(jì)與靜態(tài)拉伸打開力數(shù)學(xué)關(guān)系的應(yīng)用研究

依據(jù)切口參數(shù)設(shè)計(jì)與靜態(tài)拉伸打開力的數(shù)學(xué)關(guān)系，靜態(tài)打開力值與X1和X2的長(zhǎng)度有關(guān)，且呈線性關(guān)系。當(dāng)一定長(zhǎng)度織物的X1與X2確立時(shí),n值也確立。

在應(yīng)用過程中可根據(jù)

Y≤496 N

Y=410.40+89.72X1-7.23X2

L

進(jìn)行X1和X2的設(shè)計(jì)選擇。

在設(shè)計(jì)氣囊織物切口時(shí)，當(dāng)連接段的理論值為1.5 mm時(shí)，靜態(tài)打開力不大于496 N，理論上即滿足動(dòng)態(tài)打開功能要求。

但當(dāng)連接段理論值設(shè)計(jì)得小于1.5 mm，實(shí)際工藝采用激光切割對(duì)面料的損耗約0.5 mm，工藝過程的偏差導(dǎo)致連接點(diǎn)可能會(huì)小于1.0 mm，在工廠進(jìn)行零件裝配時(shí)，過小的連接段在裝配過程中若受力有一定的斷裂風(fēng)險(xiǎn),故不建議選擇小于1.5 mm的連接段設(shè)計(jì)。

同時(shí)，根據(jù)前面的描述，針對(duì)較常規(guī)的氣囊織物切口設(shè)計(jì)，496 N為已知的可接受的靜態(tài)拉伸斷裂打開力值。在設(shè)計(jì)氣囊織物時(shí)，依據(jù)表1，對(duì)靜態(tài)拉伸斷裂時(shí)打開力超過496 N的13號(hào)、15號(hào)和18號(hào)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)物的氣囊點(diǎn)爆動(dòng)態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證，均能正常撕裂打開。但在驗(yàn)證15號(hào)時(shí)，撕裂的時(shí)間比其他的長(zhǎng)得較明顯，不建議采用該設(shè)計(jì)。

另一方面，在滿足打開力的同時(shí)可以有多個(gè)設(shè)計(jì)選擇，根據(jù)成本最優(yōu)原則，可以選擇連接段較少的設(shè)計(jì)，以減少激光切割所用時(shí)間。

如表1中17號(hào)設(shè)計(jì)，2個(gè)4.5 mm的連接段、3個(gè)44 mm的切口與5個(gè)26 mm的切口、4個(gè)2.5 mm的連接段相對(duì)，前者靜態(tài)打開力488 N小于后者496 N，滿足動(dòng)態(tài)功能要求。同時(shí)對(duì)比激光切割工時(shí)，一般單層會(huì)排布80個(gè)左右的樣件(每次切割15層)，大型切割機(jī)切割一次的時(shí)間為25～40 min，每套節(jié)省時(shí)間：1.38 s/個(gè)。

(1)切割單個(gè)樣件的時(shí)間節(jié)省率：

式中：t1為切割單個(gè)樣件的節(jié)省時(shí)間；t2為原來單個(gè)樣件的切割時(shí)間。

(2)按單層排布80個(gè)樣件計(jì)算，故每床節(jié)省切割時(shí)間為：1.38 s/個(gè)×80個(gè)/床=110.4 s/床。

(3)按年預(yù)測(cè)量10萬個(gè)計(jì)算，節(jié)省切割時(shí)間為：1.38 s/個(gè)×100 000個(gè)/年=138 000 s/年=38.33 h/年。

如上，通過切口參數(shù)設(shè)計(jì)與靜態(tài)拉伸打開力數(shù)學(xué)關(guān)系，根據(jù)氣囊裝配要求和氣囊動(dòng)態(tài)展開要求可以選擇成本最優(yōu)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)。

4 結(jié)論

提出了氣囊織物切口設(shè)計(jì)靜態(tài)拉伸斷裂打開力的測(cè)試方法，同時(shí)建立了氣囊織物切口設(shè)計(jì)的重要參數(shù)即連接點(diǎn)長(zhǎng)度和切口長(zhǎng)度與靜態(tài)拉伸斷裂打開力之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。

提出一種采用靜態(tài)打開力的測(cè)試方法替代動(dòng)態(tài)驗(yàn)證的思路，將動(dòng)態(tài)展開要求轉(zhuǎn)化為靜態(tài)的量化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，分析轉(zhuǎn)化后的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求與產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)之間的關(guān)系。通過建立的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的數(shù)學(xué)公式，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的精度，減少了產(chǎn)品開發(fā)的周期，并節(jié)約了工藝耗時(shí)。

[1]周鳳飛,柴雅凌.車用紡織品的發(fā)展(一)[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2002,20(6)：15-17.

DesignAnalysisofFabricPre-cutforAutomotiveInteriorTrim

WANG Lei, WANG Hong

(Yanfeng Key(Shanghai) Automotive Safety System Co., Ltd.,Shanghai 200235,China)

Static opening fore was used to analyze the dynamic opening force for fabric with pre-cut in automotive interior trim. According to the function of dynamic opening force, the static opening force was measured, and based on this static opening force, the linear relation of key design parameters was calculated. Using the built mathematics formulae, the dynamic opening force test is reduced and the key design parameters can be optimized, the design time and component developing cost can be reduced.

Fabric; Pre-cut; Dynamic opening force; Static opening force; Mathematical formula

2017-03-31

王蕾(1978—)，學(xué)士，中級(jí)職稱，研究方向?yàn)槠嚤粍?dòng)安全。E-mail:lwang@yfkey.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.08.015

U465.9

B

1674-1986(2017)08-062-03