Физико-математическое моделирование процесса взаимодействия подушки безопасности легкового автомобиля с антропоморфным манекеном

Аннотация

Рассмотрена физико-математическая модель взаимодействия подушки безопасности и антропоморфного манекена, реализованная методом конечных элементов, на примере кософронтального удара легкового автомобиля согласно требованиям правил пассивной безопасности ООН № 94. В основе разработанной модели лежит система уравнений законов сохранения массы, импульса и энергии. В качестве контактного алгоритма использован штрафной метод. Исследование проведено для трех вариантов взаимодействия автомобиля с препятствием: 1) столкновение с ремнем и подушкой безопасности; 2) столкновение с ремнем, но без подушки безопасности; 3) столкновение без ремня, но с подушкой безопасности. Подушка безопасности моделировалась с учетом особенностей ее размещения в рулевом колесе и процесса раскрытия. Модель ремня безопасности учитывала в упрощенном виде втягивающее и блокирующее устройства. Результаты расчетов показали, что физико-математическая модель процесса взаимодействия подушки безопасности с антропоморфным манекеном на базе метода конечных элементов позволяет дать оценку травмируемости манекена; установка ремня без подушки безопасности и подушки без ремня безопасности может привести к летальному исходу в результате кософронтального удара; наличие в конструкции только подушки безопасности не позволяет удержать манекен от столкновения с внутренними элементами легкового автомобиля; наличие в конструкции подушки и ремня безопасности удовлетворяет основным требованиям правил пассивной безопасности ООН № 94

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Гонсалес Астуа А.В., Гончаров Р.Б., Петюков А.В. Физико-математическое моделирование процесса взаимодействия подушки безопасности легкового автомобиляс антропоморфным манекеном. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2022, № 4 (103), с. 4--21. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2022-4-4-21

Литература

[1] Зузов И.В., Зузов В.Н. Совершенствование конструкции корпуса кузова легкового автомобиля на стадии проектирования для обеспечения требований пассивной безопасности при кософронтальном ударе. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2013, № 1 (90), с. 60--71.

[2] Гончаров Р.Б., Зузов В.Н. Проблемы поиска оптимальных конструктивных параметров бампера автомобиля при ударном воздействии с позиций пассивной безопасности. Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2018, № 3, с. 130--136.

[3] Хусаинов А.Ш., Кузьмин Ю.А. Пассивная безопасность автомобиля. Ульяновск, УлГТУ, 2011.

[4] Hallquist J.O. LS-DYNA theory manual. LSTC, 2006.

[5] Зузов В.Н., Сулегин Д.А. Исследование влияния на энергоемкость основных силовых элементов кузова автомобиля в зоне бокового удара. Вестник ЮУрГУ. Сер. Машиностроение, 2020, т. 20, № 4, с. 20--34.

[6] Сулегин Д.А., Зузов В.Н. Исследование влияния усиливающих элементов двери автомобиля на пассивную безопасность при боковом ударе. Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2021, № 1 (132), с. 86--97. DOI: https://doi.org/10.46960/1816-210X_2021_1_86

[7] Гончаров Р.Б., Зузов В.Н. Проблемы поиска оптимальных решений для обеспечения пассивной безопасности кабин грузовых автомобилей при минимальной массе. Известия МГТУ "МАМИ", 2018, № 4, с. 92--102. DOI: https://doi.org/10.17816/2074-0530-66869

[8] Дюбуа П.Б. Расчет стойкости к ударным нагрузкам с помощью программы LS-DYNA. Матер. учеб. семинара пользователей LS-DYNA. Снежинск, 2002, с. 62.

[9] Орлов Л.Н. Пассивная безопасность и прочность кузовов, кабин, автотранспортных средств. Методы расчета и оценки. Н. Новгород, НГТУ, 2005.

[10] Шабан Б.А., Зузов В.Н. Особенности моделирования каркасных элементов кузовов и кабин автомобилей при исследовании пассивной безопасности. Наука и образование: научное издание, 2012, № 11. DOI: 10.7463/1112.0486675

[11] Шабан Б.А., Зузов В.Н. Особенности построения конечно-элементных моделей кабин для исследования пассивной безопасности при ударе в соответствии с правилами ЕЭК ООН № 29. Наука и образование: научное издание, 2013, № 3. DOI: 10.7463/0313.0542301

[12] Шмелев А.В., Лисовский Э.В., Короткий В.С. Компьютерное моделирование испытаний и исследование кабин грузовых автомобилей по требованиям пассивной безопасности. Актуальные вопросы машиноведения, 2015, № 4, с. 168--173.

[13] Шабан Б.А., Зузов В.Н. Анализ влияния конструктивных факторов кабины на пассивную безопасность грузовых автомобилей при ударе по передним стойкам. Наука и образование: научное издание, 2013, № 11. DOI: 10.7463/1113.0636798

[14] Melvin J., Weber K. Task B final report. UMTRI-85-3. Univ. of Michigan Transportation Research Institute, 1985.

[15] Lobdell T.E., Kroell C.K., Schneider D.C., et al. Impact response of the human thorax. In: King W.F., Mertz H.J. (eds). Human Impact Response: Measurement and Simulation. Boston, MA, Springer, 1973, pp. 201--245. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4757-1502-6_11

[16] Li N. Finite element modeling and simulation of occupant responses in highway crashes. Diss. Dr. Phil. Mech. Eng. Univ. of North Carolina, 2014.

[17] Borrvall T., Ehle C., Stratton T. A fabric material model with stress map functionality in LS-DYNA. 10th European LS-DYNA Conf., 2015. URL: https://www.dynalook.com/conferences/10th-european-ls-dyna-conference/ 11developeriiprepost-mapping/03-borrvall-dynamorenordic-p.pdf (дата обращения: 15.06.2022).

[18] Котиев Г.О., Петюков А.В., Гонсалес Астуа А.В. Экспериментально-теоретический метод исследования особенностей функционирования подушек безопасности автомобиля. Труды НАМИ, 2021, № 2, с. 15--24. DOI: https://doi.org/10.51187/0135-3152-2021-2-15-24

[19] Hirth A., Haufe A., Olovsson L. Airbag simulation with LS-DYNA: past --- present --- future. 6th Europ. LS-DYNA Users’ Conf., 2007. URL: https://www.dynamore.se/en/downloads/papers/keynote/airbag-simulation-with-ls-dyna-past-2013-present/view (дата обращения: 15.06.2022).

[20] Wang J., Teng H. The recent progress and potential applications of CPM particle method in LS-DYNA. LS-DYNA Forum, 2010. URL: https://www.dynamore.de/de/download/papers/forum10/papers/D-III-03.pdf/view (дата обращения: 15.06.2022).

[21] Belytschko T., Lin J., Tsay C.S. Explicit algorithms for nonlinear dynamics of shells. Comput. Methods Appl. Mech. Eng., 1984, vol. 42, iss. 2, pp. 225--251. DOI: https://doi.org/10.1016/0045-7825(84)90026-4

[22] Olovsson L. Corpuscular method for airbag deployment simulations in LS-DYNA. Report R32S-1 IMPETU Safe AB, 2007.

[23] Hallquist J.O., Stillman D.W., Hughes T.J.R., et al. Modeling of airbags using MVMA/DYNA 3D. Final Report. LSTC, 1990.