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.

Рассмотрена задача определения равновесных кривых“инженерное напряжение-инженерная деформация“ для эластомеров при их динамическом нагружении в процессе ударного взаимодействия с недеформируемой стенкой. Для построения этой кривой необходимо определить параметры деформирования кинетических элементов с учетом их твердости и скорости при динамическом нагружении, но методики оценки этих параметров не существует. На основе более чем 80 экспериментов по обстрелу недеформируемой стенки резиновым кинетическим элементом, предложена методика расчетно-экспериментальной оценки параметров деформирования резиновых ударников разной твердости в диапазоне скоростей 10-120 м/с, характерных для поражающих элементов специальных средств нелетального кинетического действия. После проверки численной методики на сходимость решения проведено моделирование процесса взаимодействия резинового ударника с недеформируемой стенкой с использованием упрощенной модели резины. Осуществлен подбор равновесных кривых“инженерное напряжение-инженерная деформация“ на основе экспериментально определенных параметров для ударников твердостью 55А и 80А по Шору сеточным и бессеточным методом с целью дальнейшего использования в численном моделировании ударного взаимодействия кинетических элементов с конечно-элементными моделями антропоморфных манекенов.