冲压式快速空投缓冲气囊着陆过程仿真研究.pdf

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1、第２期（总第２０１期）机械工程与自动化No．２２０１７年４月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONApr．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１７）０２‐００５９‐０２冲压式快速空投缓冲气囊着陆过程仿真研究许鑫（太原工业学院机械工程系，山西太原０３０００８）摘要：通过三维软件对冲压式快速空投缓冲气囊建立模型，再导入有限元分析软件ANSYS对气囊着陆缓冲过程进行动态仿真分析，得到气囊的应力、应变动态参数。根据应力、应变最大值和出现的区域，为设计制作气囊提供参考。关键词：气囊；缓冲；仿真；ANSYS中图分类

2、号：TP３９１畅７文献标识码：A0引言本文采用三维CAD软件SolidWorks建立缓冲气在现代战争、军事演练、抗震救灾和紧急救护等特囊结构模型。气囊由１６个气室以４×４的矩形阵列方殊环境下，食品、药品甚至军事设备等物资的运输补给式排列，单个气室的外形为长方体，其尺寸为５５０mm×十分关键。自第二次世界大战以来，空投空降作为物５５０mm×４５０mm，壁厚为８mm，每个气室的底面都资输送的传统方式一直被世界各国广泛采用。空投系有一个直径为１４０mm的进气孔，与底面相邻Φ的４个统在开始着陆时就会受到来自地面的强烈反作用力，侧面各有

3、一个直径为１１０mm的排气孔，气室模型如Φ为了使空投物资安全着陆，必须在着陆缓冲过程中采图１所示。气囊每两个相邻气室用通气道连通，因此取保护措施。气囊具有易折叠、质量轻、占地小、成本整个缓冲气囊底面有１６个进气孔，气囊的４个侧面均低等特点，因此气囊缓冲技术已经成为最常用的着陆匀分布着１６个排气孔，缓冲气囊模型如图２所示。缓冲技术之一。为了达到精确空投的目的，以往人们完全依靠户外实验的方法来研究空降过程中缓冲气囊的相关状态及参数。但实验受时间、空间因素影响很大，且实验费用高昂，一般只有军方才有能力开展相关实验。自２０世纪８０年代

4、以来，随着多体系统动力学建模理论的发展和有限元分析技术的应用，可以很方便地在计算机上应用现代数学模拟技术对气囊缓冲过［１－３］程进行仿真和分析。空降系统着陆缓冲过程时间很短，缓冲气囊呈现的变形又是非线性的，基于以上特图１气室模型图２缓冲气囊模型征我们采用适合求解非线性过程的碰撞、爆炸等非线空降系统在下落过程中，捆绑于托盘下的气囊借性动力冲击问题的有限元分析软件ANSYS对缓冲气助装备下落的速度通过进气孔冲压式集气展开。当气［４］囊内气压达到预定值时，进气孔关闭停止集气。当货囊的着陆过程进行仿真分析研究。目前国内外在空降系统中应

5、用的缓冲气囊类型较多，本文以我国自主物着陆受到强烈冲击时，气囊内的气体被急剧压缩，气知识产权的自动充气式空投缓冲气囊为研究对象，用囊内气压瞬时增大，气压大于排气孔预定压力时排气三维软件设计气囊外型，对气囊的着陆缓冲过程进行孔卡扣被顶开，开始排气，直到气囊内气体被排完，气［５－８］动态仿真，分析气囊在缓冲过程中的应力、应变动态参囊不再有反复弹跳，完成着陆缓冲过程。在货物数，为缓冲气囊的设计过程提供更多的数据参考。着陆受冲击的过程中，所有气室均受冲击，整个气囊构1建立气囊模型成了一个缓冲系统实现缓冲功能。太原工业学院青年科学基金资

6、助项目（２０１５LY０１）收稿日期：２０１６‐１０‐２０；修订日期：２０１７‐０１‐２０作者简介：许鑫（１９８０‐），男，黑龙江牡丹江人，讲师，硕士，主要研究包装缓冲防护技术。·６０·机械工程与自动化２０１７年第２期2气囊着陆缓冲过程动态仿真和参数分析导入ANSYS软件进行实体填充并加载。为了与实际缓冲气囊整体结构和各个气室都是对称的，气囊着陆情况相吻合，以加载质量为９０５kg、最大速度为的下底面均匀分布着１６个进气孔，４个侧面均匀分布１４５km／h来设计货物的密度和重力加速度等参数；气着１６个排气孔。依据有限元分析理论的对称

7、原则，我囊内的初始气压为一个标准大气压，气囊材料的泊松们可以用一个尺寸为５５０mm×５５０mm×４５０mm的比为０．５，弹性模量为７０GPa。气囊模型来代替整个气囊。简化的气囊模型下底面有利用ANSYS软件动态仿真得到的空降系统着陆一个直径为１４０mm的Φ进气孔，相邻的某一个侧面上时气囊缓冲过程应力云图见图３，应变云图见图４。由有一个直径为１１０mm的排Φ气孔。为了提高仿真的图３可知，当０．１５９９３３s时，气囊上表面和４条棱受可行性，简化模型结构，假设缓冲气囊整个上表面受冲到的冲击力的最大值为２７１０．８GPa。由图４可知，

8、当击，并将气囊上表面直接接触的托盘和空投物资简化为０．１５９９３３s时气囊的最大形变为０．４６０７３４m。在气固定连接在一起的刚性体，尺寸为８００mm×８００mm×囊开始受冲击后，囊内气体受压，压强变大，达到预定３００mm；气囊压缩为绝热压缩过程，不考虑压缩过程值后会自动顶开