氣囊彈射加速方法及在機車車輛碰撞測試中的應用研究.pdf

1、隨著機車車輛運行速度的不斷提高，研究高速情況下機車車輛碰撞的動態(tài)特征，對可能發(fā)生的碰撞事故進行預估，最大限度地減少乘員在機車車輛碰撞事故中的傷亡具有重要的意義。因此迫切需要從理論方法、仿真分析和試驗驗證等多方面對機車車輛的碰撞被動安全性進行評估。論文基于提高機車車輛被動安全性為目的，開發(fā)了一種機車車輛碰撞測試系統，重點研究測試系統中機車車輛的彈射裝置。研究主要涉及氣囊展開彈射理論、氣囊展開彈射動力學、氣囊構型及混合彈射、多維氣囊彈射數值

2、仿真研究、氣囊彈射系統在機車車輛碰撞測試中的應用、氣囊彈射實驗等。
　　1.在分析現有機車車輛碰撞實驗方法及實驗系統的基礎上，論文提出通過氣囊定向展開彈射的方法來解決機車車輛碰撞實驗的能量問題，利用氣囊動邊界展開特性改變傳統氣缸壓縮氣體能量釋放的邊界條件，將剛性氣缸對高壓氣體的約束拓展到動態(tài)可變邊界約束。研究了柔性邊界約束的均壓控制模型、流固耦合模型和接觸碰撞模型，在氣囊彈射驅動原理基礎上給出了彈射過程的恒質量、恒氣壓、恒流量三種

3、模型及其控制方程，為氣囊展開彈射在機車車輛碰撞實驗系統中的應用奠定理論基礎。
　　2.研究了氣囊結構特征與驅動能力的關系、多維氣囊驅動的組織形式和氣囊串聯、并聯結構對氣囊彈射性能及引導方式的影響，得到了當彈射物體質量一定時，要達到預定的彈射速度可通過配置不同的氣囊個數或不同的氣囊串、并聯組合。提出了基于氣囊推動的混合彈射加速方法與系統，給出了一級氣囊彈射和二級氣囊、外氣缸混合彈射的能量方程。結果表明:二級混合彈射所獲得的能量較一級

4、氣囊彈射所獲得的能量提升1.5倍以上，系統的彈射特征與容積膨脹因數關聯性大，且容積膨脹因數越大，二級混合彈射的驅動能力越大。
　　3.研究了氣囊彈射加速的階段特征和氣囊次序展開彈射模型的數值解法，建立了單氣囊受壓充氣彈射計算模型、氣囊三維彈射仿真模型，并在此基礎之上結合GF150/298-3氣囊分析其彈射特性。通過算例分析得到氣囊展開彈射過程中的速度、加速度、能量、位移、作用力與反作用力等特征量。結果表明:以氣囊定向展開形成的可變

5、邊界能適應氣體約束壁的自增長作用，實現高壓氣體在約束且不爆破情況下大距離彈射做功，解決了一般氣缸壓縮空氣能量釋放的剛性壁約束產生音爆的問題。在氣囊充氣展開過程中，氣囊端部對物體的推動會產生波動，這種波動在氣囊彈射的不同階段具有差異性，可通過增加氣囊與彈射物的接觸面積或改變環(huán)形折疊氣囊?guī)缀翁卣鬟M行改善，從而提高系統的穩(wěn)定性。被彈射物體能量獲得的大小與諸多因素有關，其中作用距離、氣囊充氣壓力、氣囊推動面積是關鍵。采用環(huán)形折疊氣囊作為彈射元件

6、，折疊數越多其彈射能力及推動持續(xù)時間會更長，所產生的彈射能量上升明顯。
　　4.針對高速、重型機車車輛彈射技術要求，研究了機車車輛彈射碰撞實驗系統的基本原理及組成，建立了其小型實驗系統。結果表明:能量是機車車輛氣囊彈射碰撞實驗系統的重要指標，因而彈射碰撞小型實驗系統完全能夠代表大型系統的原理及其方法。按照GB/T7742.1-2005紡織品織物脹破性能的測試方法，利用MTS實驗系統對氣囊材料進行了受壓實驗，得出氣囊織物所受失效壓力

7、為3MPa，工作壓力可達到2MPa，能用于氣囊彈射實驗。對彈射車體限位與安全釋放裝置進行了分析，提出新型堵閥快開系統解決實車彈射的限位和氣囊彈射的可靠控制問題。通過對氣囊彈射系統的穩(wěn)定性分析，得出:環(huán)形折疊氣囊所形成的一維彈射系統，隨著氣囊級數的增加其端部擺動也隨之增大，可通過控制氣囊長徑比來減少端部擺動量，并提出懸掛導向、支撐導向來增強氣囊推動彈射方向的穩(wěn)定性。分析和提出確保多維氣囊彈射同步性主要方法和途徑。
　　5.研究了氣囊

8、碰撞實驗臺測試系統，將壓力傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、電磁控制器、高速攝影儀、觸發(fā)控制器集成為多路信號測控體系，實現信號采集與控制。通過多元回歸分析和實驗研究得出試驗車輛速度與氣壓、氣囊長度、車輛質量、作用面積的近似函數關系。基于GF150/298-3氣囊和GF580/384-3氣囊對其彈射能力進行了預測分析。根據EN15227標準要求碰撞測試要求，采用4個φ1000×2000規(guī)格氣囊并聯形成推動陣列在2MPa初始壓力下可將60～