【《安全气囊气体发生器壳体设计计算案例》1700字】

安全气囊气体发生器壳体设计计算案例气体发生器壳体的功能首先是为了创造适宜的点燃室环境,以确保产气药剂被安全点燃,并按照所预期的化学反应方法安全的爆炸。壳体工程设计一般包括了材质的选用、厚度工程设计,以及排水孔的工程设计。在气体发生器设计时,首先要考虑减少气体发生器的质量。因此,材料必须采用硬度、质量都比较大的材质,如经热处理的合金钢材质和较高强度的铝合金等。同时考虑到金属材料特性也和周围环境的高热相关,特别在高热环境下,高热对金属材料的热力学性能危害很大,所以,首先要充分注意到高热对气体发生器特性的危害。就气体发生器发展历程来说,气体发生器壳产品设计由机械加工部件逐渐发展到冷挤压件和温挤压部件,现在则主要采用材料拉伸部件以提高质量一致性的同时降低成本。壳的产品设计也和气体发生器内部结构以及各种产气制剂之间存在着密切地联络,有的燃烧后产生的气体压力指数较低,壳就可以设计得稍薄,有的燃烧后产生的气体压力指数较高,则必须把壳的硬度设定得相当高。因此为了降低设计成本,在论文中的气体发生器设计时,要考虑采用材料的抗拉强度,而材料选择为符合拉伸工艺且价格也比较低廉的材质。经查普通低合金钢的最大抗拉强度如表1.1所示,从表中数据可以看出,钢材牌号越高,其最大抗拉强度也就越高,但由于牌号的提高,以及拉伸加工工艺的降低,本论文将采用二十号以内的钢材(由于含锰的钢价格较贵,这里不采用)。如图1.3所示，设想废气产生器壳体内径为d,则按照废气产生器的小型化需要,将废气产生器壳内径设定为60mm,壳厚为D.对承受内压力的设备来说,在其内壁上会有一处较大的内压应力,同时还会产生较大的内切应力和周向应力。屈则服应力和这些应力之间的关系式,可以用如下方式表明:（3-7）式中—最小屈服应力，=Y—径向应力，=-p—切向应力—轴向应力对于切向应力：（3-8）式中：—壁厚；；—内直径；D—外直径；对于轴向应力：（3-9）式中F一作用力；A—断面积。将、和代入上式得：（3-10）（3-11）所以,整理得如前所述，本论文气体发生器内压设计为28MPa左右，此处按28MPa计算。即P=28MPa。若选用20号钢，则Y=400Mpa，P/Y=28/400=0.07,Y=400MPa，查P/Y与对应表，当P/Y=0.07时，=1.0664；当P/Y=0.062时,=1.0673；采用插入法得P/Y=0.0626时，=1.0667；即若选用20号钢，至少壳体厚度应为，所以，若选用08号钢，至少壳体厚度为：，即，所以。为降低气体发生器重量,拟采用二十号钢为主要材质。以下对在d=3mm时的情况进行了力学计算。气体发生器壳体的横向截面积:（3-12）气体发生器壳体所承受的最大总拉力是:（3-13）如果使用二十号钢，则=410MPa，d=3mm，D=60mm再代入相关资料而得:F=4101.142.062=159637.6N气体发生器内面积为:（3-14）气体发生器壳体在工作时受到的总推动力是:（3-15）式中d—气体发生器的壳体内径(mm)；D—壳体厚度(mm)；—壳体材料抗拉强度()；F—壳体承受总拉力(N)P—内压()。因此P=4F/πD²=55MPa据理论分析,在气体发生器作用时可耐受的最大工作内压强约为60MPa,符合55MPa的最大工作内压条件。各种国家标准中对空气发生器壳硬度的要求亦有差异,例如AK一LV03国家标准中〔70〕对空气发生器壳的硬度关系要求为1.7,而USCAR国家标准要求中对壳体强度系数则要求为1.5,故此处按USCAR国家标准中要求的试验方式对空气发生器壳硬度进行了试验研究,而USCAR国家标准则按以下方式进行了计算:第一步骤,计算气体发生器外壳的静压破坏情况。将空气发生器外壳按正常安装方法进行组装,留一条对外连接,然后采用液压的方式试验空气发生器外壳的最大破坏强度值p,并计算多次测试的平均值万和标准偏差S.（3-16）（3-17）第二步骤,设定最佳的预计压力MEOP。先后在-40℃、25℃和85℃时,测量了气体发生器影响下的内压龙按上述的方法的平均数和标准偏差So。（3-18）式中选择上述MEOP中最大的数值用于计算安全系数。安全系数式中MEOP—最大预计工作压力;—壳体破裂时,液体静压的强平均值;—壳体破裂时,液体内部压强的标准偏差。所以,气体发生器壳体强度设计是一项综合型提问,首先应该充分考虑对产气药剂的危害,其次还应该充分考虑气体发生器外壳的联接方法以及壳体排吻突设置。根据前面的药物研究部分可以得出,论文中产气药物在二十MPa至三十MPa之间都能连续地平稳燃烧,并按所预期的主化学反应方程式完成。另外在-40℃、+25℃、+8