薛齐文，王霄腾，何宜谦，郭敏，刘旭东，鄂智佳

（1.大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，大连116024）

（2.大连理工大学 工程力学系，大连116024）

（3.大连交通大学 土木工程学院，大连116028）

（4.北京机械设备研究所，北京100854）

0 引 言

气囊作为膜结构的一种典型代表，具有体积小、重量轻、便于收纳等优点，广泛应用于航空航天［1-2］、汽车工程［3-4］等多个领域，是一种常见的柔性缓冲系统。气囊蒙皮大多完全使用柔性材料，在未充气时可将其折叠收纳进一个较小的空间内，这也是气囊应用最为显著的优势之一。气囊结构具有广阔的应用前景和研究价值。

针对气囊结构，研究手段主要是实验和仿真，但采用实验手段对气囊充气过程展开研究存在诸多不便。对于大尺寸的柱状气囊，采用全尺度实验会耗费大量时间，且实验成本过高；而缩尺实验则无法真实地观察其展开形态与内部体积压强变化过程。数值模拟方法不仅可以减少不确定因素对实验效果的影响，还能缩短研发周期、降低成本，解决实验手段中相对难以处理的问题［5］，应用较多。控制体积法（Control Volume，简称CV）是当前气囊充气展开数值模拟中的一种常用理论方法［6-7］，具有计算效率高的显著优点。何文［8］采用CV法进行气囊仿真，并通过实验验证了算法的有效性；马春生等［9］利用CV法研究5种不同安全气囊的折叠方式，综合多个指标对安全气囊的折叠进行了优化设计；万鑫铭等［10］建立三种折叠方式的安全气囊，通过虚拟实验得出三种气囊各自在冲击力方面的优势；……