緩沖氣囊的特征內(nèi)壓

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1、18力學(xué)與實踐1998年第20卷緩沖氣囊的特征內(nèi)壓萬志敏王莉謝志民杜星文(哈爾濱工業(yè)大學(xué),哈爾濱150001)摘要通過對緩沖氣囊的剛度特性與初始內(nèi)壓之間關(guān)2實驗方法系的實驗研究,發(fā)現(xiàn)能表明氣囊剛度在工作行程內(nèi)由非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變成穩(wěn)態(tài)的初始內(nèi)壓,將這一有特殊意義的用于該研究的緩沖氣囊分別為矩形和環(huán)形,具體初始內(nèi)壓命名為“特征內(nèi)壓”.本文研究了特征內(nèi)壓的尺寸如表1所示.對應(yīng)的回收物體模型是由鋼板加工意義,特征內(nèi)壓與氣囊的結(jié)構(gòu)、尺寸以及緩沖特性之間而成的圓柱和圓臺形重物.的關(guān)系.表1氣囊尺寸(mm)關(guān)鍵詞氣囊,特征內(nèi)壓,緩沖環(huán)形囊I環(huán)形囊II環(huán)形囊III矩形囊囊

2、高H3202802003001引言外徑D160014001000內(nèi)徑d320280200氣囊是由織物涂膠材料制成的一種可展式充氣結(jié)全長L1500構(gòu).充氣囊在承受載荷時囊內(nèi)氣體被壓縮產(chǎn)生變形,囊寬B600氣囊的這種可壓縮性被用來吸收運動物體的沖擊能量,同時利用排氣裝置排除氣囊內(nèi)的氣體,使吸收的能將氣囊和重物作為一個系統(tǒng)分別進(jìn)行了靜態(tài)和動量及時釋放,由此使用氣囊可以實現(xiàn)緩沖沖擊載荷的態(tài)實驗研究,靜態(tài)實驗主要是研究在靜壓縮載荷作用目的.由于氣囊重量輕,充氣前體積小,容易實現(xiàn)小的下氣囊變形的一般規(guī)律及影響因素,壓縮剛度的表征方法,建立氣囊的剛度特性與初始壓力

3、之間的關(guān)系.減速過載.作為能量衰減系統(tǒng)被廣泛用于航空航天回[1～3][4]動態(tài)實驗以投放實驗為主———即系統(tǒng)的自由落體實收工程,物質(zhì)設(shè)備的空投保護(hù),人員應(yīng)急保護(hù)[5]驗,模擬回收物體的實際著陸過程,分析特征內(nèi)壓與緩等領(lǐng)域中.沖特性之間的關(guān)系.為進(jìn)行實驗研究,自行建立了氣氣囊緩沖的目的是將由于突然碰撞產(chǎn)生的沖擊力囊的靜態(tài)壓縮和動態(tài)投放實驗裝置和測試系統(tǒng).采用限制在容許的范圍內(nèi),防止損傷發(fā)生.因此,氣囊的緩自行研制的可變電阻-電壓變形測量系統(tǒng)解決了氣囊沖特性是設(shè)計和使用者最關(guān)注的問題.由于緩沖特性大變形測量的難題,實現(xiàn)了氣囊靜壓縮變形的全程測與結(jié)構(gòu)在載荷

4、作用下的變形有關(guān),所以它主要取決于量.動態(tài)實驗裝置主要由剛性支架和一套由光控開氣囊的結(jié)構(gòu)剛度.因此在氣囊緩沖技術(shù)中研究氣囊的關(guān)、電磁離合、機(jī)械脫構(gòu)裝置組成的光-電-機(jī)控制系剛度特性,無論是對氣囊的設(shè)計還是使用都是非常重統(tǒng)組成.可實現(xiàn)將重物和氣囊提升至預(yù)定高度然后快要的.氣囊的剛度主要取決于它內(nèi)部的氣體壓力,同速釋放,以實現(xiàn)不同的著陸速度.實驗裝置示意圖如時也與其形狀、結(jié)構(gòu)形式、幾何尺寸、材料特性相關(guān).圖1所示.靜態(tài)測試系統(tǒng)和動態(tài)信號采集和存儲系統(tǒng)以往研究中,氣囊初始內(nèi)壓的選擇主要依靠經(jīng)驗公式框圖分別如圖2、圖3所示.或通過動態(tài)模擬實驗.本文研究了氣囊

5、的剛度特性與初始充氣壓力之間的關(guān)系.由實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),對于某一特定氣囊總是存在一對應(yīng)的初始內(nèi)壓,該內(nèi)壓可以用來表征氣囊的某一特殊剛度特性,將此命名為“特征內(nèi)壓”.本文中,作者通過實驗研究,分析了特征內(nèi)壓與氣囊結(jié)構(gòu)、幾何尺寸以及緩沖特性之間的關(guān)系.實驗證明,選擇特征內(nèi)壓作為氣囊的初始內(nèi)壓可得到較好的緩沖效果.圖1動態(tài)實驗裝置示意圖1997-10-12收到第1稿,1998-05-11收到修改稿.?1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://w

6、ww.cnki.net第6期萬志敏等:緩沖氣囊的特征內(nèi)壓19內(nèi)壓等于或大于某值時它們則是線性的.為建立氣囊剛度與初始內(nèi)壓之間的聯(lián)系,用載荷-位移曲線的切dF線模量表征氣囊剛度.則剛度定義為K=.式中的dxF、x分別為近似平均載荷和近似平均位移.若將位dF移x取為定值,則為定位移剛度k=,我們dxx=x3圖2靜態(tài)測試系統(tǒng)框圖將氣囊的剛度用定位移剛度表示,它反映了在給定變形范圍內(nèi)氣囊的平均受力情況.3.2氣囊的特征內(nèi)壓圖3動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作框圖3由氣囊的剛度定義可得到位移x=5cm時,氣3實驗結(jié)果及分析囊剛度隨初始內(nèi)壓的變化曲線,如圖5所示.3.1氣囊

7、的載荷-位移曲線和氣囊剛度圖4給出了矩形和環(huán)形氣囊在靜壓縮載荷下不同初始內(nèi)壓時的載荷-位移曲線.實驗結(jié)果表明,對應(yīng)不同的初始內(nèi)壓,氣囊的載荷-位移曲線不同.圖5氣囊剛度隨初始內(nèi)壓變化的曲線由圖可見,在不同氣囊的剛度-初始內(nèi)壓曲線上都存在一極值點C,該點C將剛度變化分為兩個階段,在C點左邊氣囊剛度隨初始內(nèi)壓增大而減小,C點右邊則隨初始內(nèi)壓增大而增大.進(jìn)一步分析表明,圖4氣囊在不同初始內(nèi)壓時的載荷-位移曲線C點左邊剛度對應(yīng)于氣囊非線性的載荷-位移關(guān)系,(曲線旁注數(shù)字單位為MPa)而當(dāng)初始內(nèi)壓增加到某一特定值,即曲線上C點對應(yīng)當(dāng)初始內(nèi)壓較低時,曲線偏向位移

8、軸,初始階段斜的初始內(nèi)壓時,載荷-位移關(guān)系變成線性的.顯然,C率較小而后以較高的速率增加.隨內(nèi)壓增加曲線偏向