基于LS—DYNA的某汽车乘客安全气囊支架焊接强度的分析

2016-12-23刘光健刘家员黄贤丞

山东工业技术 2016年23期

刘光健　刘家员　黄贤丞

摘要：以某汽车乘客安全气囊（PAB）支架为研究对象，通过有限元软件Hypermesh对三维模型进行网格划分、施加约束等前处理，建立有限元模型，并以LS-DYNA为求解器对安全气囊支架与壳体焊接强度进行有限元分析，检验结果满足设计要求，为其结构设计、优化等提供理论依据。

关键词：安全气囊支架；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至关重要的一部分，起到了连接气囊盒体与仪表板管梁，支撑整个安全区囊模块的作用[1]。气囊在爆破的时候对支架产生反作用力，若支架与气囊集气盒体焊接不合格，会使得支架与盒体间发生变形或断裂，为确保安全气囊的有效工作性能，对其进行有限元仿真分析。Hypermesh软件与多种CAD和CAE软件有良好的接口并具有高效的网格划分功能[2]。本文利用有限元软件Hypermesh的前后处理，对安全气囊支架与壳体焊接强度进行有限元分析。

2 有限元模型的建立

支架是整个PAB模块承重的关键部位[3]，在简化模型时，只保留管梁支架、气囊支架、集气盒体及发生器，去掉管梁及螺栓等。在建立有限元模型时，均保留其原结构形状[4]。将简化模型通过STP格式导入到Hypermesh有限元前处理软件中[4]，进行抽取中面、几何清理，采用壳单元进行网格划分，单元尺寸为2mm。建立有限元模型，支架有限元模型共有21102个壳单元，21544个节点.

3 模型约束及材料的定义

在LS-DYNA软件中，考虑多应变率的影响，主要材料采用MAT24，刚体采用MAT20，根据BOM选择不同牌号并赋予属性，实际中管梁支架被管梁约束，管梁支架通过螺栓与气囊支架相互约束，气囊支架与集气盒体采用点焊链接，点焊采用MAT100 HEXA[5]，焊点直径为6mm。材料的属性见表1。

经实验测得PAB模块（集气盒本体）在点爆后10ms安装在集气盒下端测力传感器测得的支座反作用力随时间变化的曲线作为模型力的输入。受力点选取为4个螺栓附近处的64个节点上。将建好的模型提交LS-DYNA进行运算。

4 计算结果和分析

将LS-DYNA的计算结果导入到HyperView查看支架在收到反冲力时的应力应变云图如图1，2，3，4所示。

如图所示：在加载力达到峰值时，PAB集气盒焊点处与支脚容易发生应力集中，大小为419.6MPa。超过材料屈服极限396MPa，产生塑性变形，集气盒体与支脚最大塑性应变13.22 %，小于材料断裂极限应变33%。

焊点最大轴向力最大不超过1.28KN小于最大轴向承载力5.5KN；焊点最大剪切力最大不超过0.93KN小于最大剪切承载力5.5KN，焊点未失效，所以支脚处无断裂风险。

5 结论

通过对支架与集气盒焊点强度的有限元仿真分析，获得支架最大应力约为419.6MPa，虽然产生塑性变形，未超过材料的断裂极限，所以支脚处无断裂风险。焊点的最大轴向力和最大剪切力都小于其承载力，所以支架焊接强度满足设计要求。使用有限元法简化了为验证支架强度的实验次数，大大节约了实验成本。

参考文献：

[1]李洪昌，李耀明，唐中等.基于EDEM的振动筛分数值模拟与分析[J].农业工程学报，2011，27（05）：117-121.

[2]于开平，周传月，谭惠丰等.Hypermesh从入门到精通[M].北京：科学出版社，2005.