安全氣囊氣體發(fā)生器殼體設(shè)計(jì)計(jì)算案例氣體發(fā)生器殼體的功能首先是為了創(chuàng)造適宜的點(diǎn)燃室環(huán)境,以確保產(chǎn)氣藥劑被安全點(diǎn)燃,并按照所預(yù)期的化學(xué)反應(yīng)方法安全的爆炸。殼體工程設(shè)計(jì)一般包括了材質(zhì)的選用、厚度工程設(shè)計(jì),以及排水孔的工程設(shè)計(jì)。在氣體發(fā)生器設(shè)計(jì)時(shí),首先要考慮減少氣體發(fā)生器的質(zhì)量。因此,材料必須采用硬度、質(zhì)量都比較大的材質(zhì),如經(jīng)熱處理的合金鋼材質(zhì)和較高強(qiáng)度的鋁合金等。同時(shí)考慮到金屬材料特性也和周圍環(huán)境的高熱相關(guān),特別在高熱環(huán)境下,高熱對(duì)金屬材料的熱力學(xué)性能危害很大,所以,首先要充分注意到高熱對(duì)氣體發(fā)生器特性的危害。就氣體發(fā)生器發(fā)展歷程來說,氣體發(fā)生器殼產(chǎn)品設(shè)計(jì)由機(jī)械加工部件逐漸發(fā)展到冷擠壓件和溫?cái)D壓部件,現(xiàn)在則主要采用材料拉伸部件以提高質(zhì)量一致性的同時(shí)降低成本。殼的產(chǎn)品設(shè)計(jì)也和氣體發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及各種產(chǎn)氣制劑之間存在著密切地聯(lián)絡(luò),有的燃燒后產(chǎn)生的氣體壓力指數(shù)較低,殼就可以設(shè)計(jì)得稍薄,有的燃燒后產(chǎn)生的氣體壓力指數(shù)較高,則必須把殼的硬度設(shè)定得相當(dāng)高。因此為了降低設(shè)計(jì)成本,在論文中的氣體發(fā)生器設(shè)計(jì)時(shí),要考慮采用材料的抗拉強(qiáng)度,而材料選擇為符合拉伸工藝且價(jià)格也比較低廉的材質(zhì)。經(jīng)查普通低合金鋼的最大抗拉強(qiáng)度如表1.1所示,從表中數(shù)據(jù)可以看出,鋼材牌號(hào)越高,其最大抗拉強(qiáng)度也就越高,但由于牌號(hào)的提高,以及拉伸加工工藝的降低,本論文將采用二十號(hào)以內(nèi)的鋼材(由于含錳的鋼價(jià)格較貴,這里不采用)。如圖1.3所示，設(shè)想廢氣產(chǎn)生器殼體內(nèi)徑為d,則按照廢氣產(chǎn)生器的小型化需要,將廢氣產(chǎn)生器殼內(nèi)徑設(shè)定為60mm,殼厚為D.對(duì)承受內(nèi)壓力的設(shè)備來說,在其內(nèi)壁上會(huì)有一處較大的內(nèi)壓應(yīng)力,同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)切應(yīng)力和周向應(yīng)力。屈則服應(yīng)力和這些應(yīng)力之間的關(guān)系式,可以用如下方式表明:（3-7）式中—最小屈服應(yīng)力，=Y—徑向應(yīng)力，=-p—切向應(yīng)力—軸向應(yīng)力對(duì)于切向應(yīng)力：（3-8）式中：—壁厚；；—內(nèi)直徑；D—外直徑；對(duì)于軸向應(yīng)力：（3-9）式中F一作用力；A—斷面積。將、和代入上式得：（3-10）（3-11）所以,整理得如前所述，本論文氣體發(fā)生器內(nèi)壓設(shè)計(jì)為28MPa左右，此處按28MPa計(jì)算。即P=28MPa。若選用20號(hào)鋼，則Y=400Mpa，P/Y=28/400=0.07,Y=400MPa，查P/Y與對(duì)應(yīng)表，當(dāng)P/Y=0.07時(shí)，=1.0664；當(dāng)P/Y=0.062時(shí),=1.0673；采用插入法得P/Y=0.0626時(shí)，=1.0667；即若選用20號(hào)鋼，至少殼體厚度應(yīng)為，所以，若選用08號(hào)鋼，至少殼體厚度為：，即，所以。為降低氣體發(fā)生器重量,擬采用二十號(hào)鋼為主要材質(zhì)。以下對(duì)在d=3mm時(shí)的情況進(jìn)行了力學(xué)計(jì)算。氣體發(fā)生器殼體的橫向截面積:（3-12）氣體發(fā)生器殼體所承受的最大總拉力是:（3-13）如果使用二十號(hào)鋼，則=410MPa，d=3mm，D=60mm再代入相關(guān)資料而得:F=4101.142.062=159637.6N氣體發(fā)生器內(nèi)面積為:（3-14）氣體發(fā)生器殼體在工作時(shí)受到的總推動(dòng)力是:（3-15）式中d—?dú)怏w發(fā)生器的殼體內(nèi)徑(mm)；D—?dú)んw厚度(mm)；—?dú)んw材料抗拉強(qiáng)度()；F—?dú)んw承受總拉力(N)P—內(nèi)壓()。因此P=4F/πD2=55MPa據(jù)理論分析,在氣體發(fā)生器作用時(shí)可耐受的最大工作內(nèi)壓強(qiáng)約為60MPa,符合55MPa的最大工作內(nèi)壓條件。各種國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)空氣發(fā)生器殼硬度的要求亦有差異,例如AK一LV03國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中〔70〕對(duì)空氣發(fā)生器殼的硬度關(guān)系要求為1.7,而USCAR國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求中對(duì)殼體強(qiáng)度系數(shù)則要求為1.5,故此處按USCAR國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中要求的試驗(yàn)方式對(duì)空氣發(fā)生器殼硬度進(jìn)行了試驗(yàn)研究,而USCAR國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)則按以下方式進(jìn)行了計(jì)算:第一步驟,計(jì)算氣體發(fā)生器外殼的靜壓破壞情況。將空氣發(fā)生器外殼按正常安裝方法進(jìn)行組裝,留一條對(duì)外連接,然后采用液壓的方式試驗(yàn)空氣發(fā)生器外殼的最大破壞強(qiáng)度值p,并計(jì)算多次測(cè)試的平均值萬和標(biāo)準(zhǔn)偏差S.（3-16）（3-17）第二步驟,設(shè)定最佳的預(yù)計(jì)壓力MEOP。先后在-40℃、25℃和85℃時(shí),測(cè)量了氣體發(fā)生器影響下的內(nèi)壓龍按上述的方法的平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)偏差So。（3-18）式中選擇上述MEOP中最大的數(shù)值用于計(jì)算安全系數(shù)。安全系數(shù)式中MEOP—最大預(yù)計(jì)工作壓力;—?dú)んw破裂時(shí),液體靜壓的強(qiáng)平均值;—?dú)んw破裂時(shí),液體內(nèi)部壓強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。所以,氣體發(fā)生器殼體強(qiáng)度設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合型提問,首先應(yīng)該充分考慮對(duì)產(chǎn)氣藥劑的危害,其次還應(yīng)該充分考慮氣體發(fā)生器外殼的聯(lián)接方法以及殼體排吻突設(shè)置。根據(jù)前面的藥物研究部分可以得出,論文中產(chǎn)氣藥物在二十MPa至三十MPa之間都能連續(xù)地平穩(wěn)燃燒,并按所預(yù)期的主化學(xué)反應(yīng)方程式完成。另外在-40℃、+25℃、+8