杨颜志，金先龙，2，张伟伟

(1.上海交通大学 机械与动力工程学院，上海 200240;2.上海交通大学 机械系统与振动国家重点实验室，上海 200240)

气囊结构由于其良好的减震作用，已广泛应用于交通安全、产品防震、航天器登陆与回收等存在较大冲击过载的领域［1-3］。传统的气囊设计多采用物理试验对其进行性能分析，随着计算机技术的发展，仿真技术在气囊设计中的作用越来越大，已成为气囊设计的重要手段［4-5］。

目前，国内外在气囊仿真研究中常用的方法有两种。一种是基于热力学原理的控制体积方法(CV)，该方法比较简便计算需求较少，但无法准确计算气囊变形过程，计算精度只能满足一般的工程需要［6-7］。另一种是基于有限元技术的ALE方法，它可以准确计算不同时刻气囊的变形，同时精确描述充气气体、外部空气与气囊织物表面相互作用。该方法一般用于气囊特性的详细仿真，它具有计算准确的优势，但比较复杂计算需求较大［8］。

本文所研究某型充气床垫是典型的气囊结构，该床垫由新型柔性薄膜材料制成，力学性能复杂。床垫充气物理试验过程中当充气内压达到25 kPa时发生局部爆破，本文仿真的主要目的包括两部分:第一是模拟充气内压25 kPa时床垫爆破过程，在此基础上提出结构改进方案，并作进一步仿真。第二是模拟床垫载人工作状况，通过参数分析方法判断床垫的最佳工作内压。因爆破工况和载人工作工况的复杂性，为准确模拟床垫的变形与受力过程，本文采用多物质ALE方法对其进行详细数值模拟。……