Научный архив: статьи

Введение (постановка задачи и актуальность). Подушки безопасности – важнейший элемент пассивной безопасности автомобиля, обеспечивающий защиту водителя и пассажиров при столкновении. Физико-механические параметры как самой подушки безопасности, так и процесса её функционирования составляют коммерческую тайну производителей и, как правило, не публикуются в открытых источниках. В связи с этим совершенствование и последующая верификация математической модели данного процесса представляют собой актуальную научно-практическую задачу.

Цель исследования – совершенствование математической модели процесса функционирования фронтальной водительской подушки безопасности легкового автомобиля, обоснование выбора её физико-механических параметров и кривой газового расхода, а также экспериментальная верификация предлагаемых подходов.

Методология и методы исследования базируются на классических теориях газодинамики и прочности, а также на применении метода корпускулярных частиц для моделирования потока газа внутри мешка подушки безопасности. В соответствии с алгоритмом надувание подушки безопасности происходит под действием потока частиц сферической формы, которые по своей сути являются ансамблями множества реальных молекул газа. Моделирование материала тканевой оболочки реализовано на основе концепции многослойного ортотропного материала, что позволяет учесть деформацию при растяжении в процессе увеличения объёма подушки безопасности.

Результаты и научная новизна. Проведённые работы заключаются в усовершенствовании математической модели процесса функционирования фронтальной водительской подушки безопасности легкового автомобиля, экспериментально-теоретическом подборе кривой газового расхода и определении механических параметров для модели многослойного ортотропного материала ткани мешка.

Практическая значимость. Полученные экспериментальным методом параметры работы подушки безопасности и верифицированная математическая модель на основе натурного эксперимента позволяют в дальнейшем интегрировать её в конечно-элементные модели автомобиля.

Анализ опубликованных современных расчетных исследований бронирования транспортных средств показал, что перспективной является разработка многослойных преград для защиты от баллистического воздействия. Причем чаще всего применяются подходы, основанные на формулировке Лагранжа. Проведено расчетное исследование влияния материала внешней оболочки многослойной защитной структуры, содержащей керамический песок, которая проектируется для бронирования транспортных средств, на проникающую способность ударника. Исследование выполнено на базе рациональных расчетных моделей, разработанных с помощью устоявшихся подходов в пакете LS-DYNA. В результатах отражено влияние структуры промежуточного слоя, количества слоев и свойств материалов в составе защитных структур транспортных средств на проникающую способность ударника при применении изложенного метода моделирования. В работе рассматривается бронебойная пуля 7,62 мм “APM2”, используемая чаще остальных в исследованиях, начальная скорость выстрела соответствовала выстрелу из снайперской винтовки Драгунова. Проанализировано влияние граничных условий на останавливающую способность применяемых образцов. Результаты исследования подкрепляют заявленный в более ранних работах потенциал использования керамики в виде песка в защитных комплектах для применения в транспортных средствах.