桥墩受车辆撞击研究综述

为促进桥墩防车撞设计的发展,从研究方法、撞击力取值、桥墩防撞设计及损伤评价等方面阐述了车撞桥墩的研究现状,指出现有研究中存在的问题和进一步研究的方向。结果表明,试验法、理论分析和有限元数值模拟等方法各有所长,3种方法相结合与相互验证将是车-桥碰撞研究的发展趋势;便于工程应用的车辆对桥墩的撞击作用计算公式亟需建立;车辆碰撞桥墩事故发生后如何对桥梁结构的损伤程度进行快速合理地评价有待深入探索;能同时减少桥墩及车辆碰撞损伤、占地面积小、防撞效果好的城市桥梁桥墩防车撞设计方法有待进一步研究。     

自相似分层蜂窝结构多碰撞工况耐撞性研究

受马尾植物的启发，本文中提出了一种仿生自相似分层蜂窝结构，基于试验验证的有限元模型，对比分析了这种新型结构与传统蜂窝结构在多角度斜向碰撞工况下的耐撞性能，包括变形模式、应力应变曲线和吸能特性。结果表明：自相似分层蜂窝结构无论在理想正向碰撞工况还是斜向碰撞工况下都具有稳定的变形模式，且在碰撞角度变化时，具有稳定且优异的吸能性能。     

利用蜂窝结构改善汽车耐撞性的仿真研究

在汽车碰撞过程中,汽车前纵梁是主要的吸能装置.通过对方管薄壁结构和蜂窝型多胞结构的耐撞性进行对比分析可知,蜂窝型多胞结构杆件具有较好的吸能特性.将蜂窝型杆件应用于汽车前纵梁上进行碰撞分析.结果显示,蜂窝型多胞结构具有更优越的耐撞性能,且碰撞过程的材料利用率也较高.     

车撞作用下桥墩非线性损伤及加固措施研究

随着跨线桥梁及机动车辆的增加,因车撞而桥毁的事故越来越多。然而,相比桥梁抗震等方面的研究,桥梁车撞研究则开展较少,甚至至今仍然没有全面的规范可依。为此,该文采用非线性接触-碰撞有限元技术,较为真实地模拟车辆碰撞桥墩的过程,研究车撞下桥墩非线性损伤及加固措施。研究结果表明:外包钢管能够有效地提高墩柱的抗撞性能,显著降低车撞下墩柱的损伤。     

钢筋混凝土柱式桥墩抗车撞可靠度分析研究

目前桥梁车撞以确定性指定事件分析居多,鲜有研究探讨车撞下桥墩的失效概率和可靠性,而制约其发展的主要原因是大样本下碰撞分析计算时的效率和精度问题。为此,探讨将简化分析模型与响应面、蒙特卡洛相结合的可靠度分析方法。首先,建立精细化的车辆撞击跨线桥梁模型,讨论了关键的混凝土本构参数取值问题,给出相应的修正方法。通过与全桥模型进行对比,研究不同简化桥梁结构分析模型的合理性,给出合理的简化桥梁结构分析模型,提高了计算效率。将建立的简化分析模型与响应面方法相结合,合理设置试验工况,通过精细化仿真分析建立车撞后桥墩剩余承载能力的响应面公式。采用建立的响应面作为替代模型,通过蒙特卡洛抽样方法对主要变量进行抽样,计算不同参数情况下的撞后剩余承载能力,基于撞后剩余承载能力的损伤指标,给出了不同损伤状态的失效概率和可靠度。研究结果表明：采用规范公式计算桥墩初始承载能力将会低估撞后桥墩损伤及相应的失效概率,偏于不安全;建立的响应面公式预测精度高,可作为车撞桥墩的替代模型,是一套完整、合理的车撞桥墩可靠度分析方法,可为柱式桥墩抗车撞可靠度设计提供参考。     

梯度负泊松比结构填充吸能盒多工况优化设计

汽车碰撞过程中,非理想的斜向碰撞较为普遍。本文中通过对三维负泊松比点阵结构进行多工况耐撞性研究,发现冲击角度对三维负泊松比点阵结构的耐撞性有较大影响,随着冲击角度的增大,吸能量呈下降趋势。将梯度负泊松比点阵结构作为填充材料引入吸能盒设计,以吸能盒外壳厚度与内芯3个厚度梯度值为设计变量,最大综合吸能量、最小轴向峰值力和质量为优化目标,质量和设计变量为约束条件,基于多岛遗传算法进行多工况多目标优化设计。结果表明,在质量和最大峰值力增加不大的条件下,负泊松比结构填充吸能盒的综合吸能量与各冲击角度的耐撞性均得到大幅提升,优化效果显著。     

基于AIS数据的桥梁防船撞结构冲击响应分析

针对目前桥梁船撞影响参数不明确的情况,提出利用AIS数据获得桥区实际通航船舶信息,以此为基础进行桥梁抗撞分析及防船撞装置设计。以武汉长江二桥为例,基于AIS数据获得船舶的重量、偏航角、航速等信息,最终确定抗撞分析采用5000 t级船舶作为代表船型,取上行、下行最大偏航角分别为22°、8°,航速取平均航速(上行1.91 m/s、下行3.28 m/s)。在此基础上,采用显式有限元法对该桥主墩受船舶撞击的动态过程进行数值模拟,将获得的船舶撞击力与规范的计算结果进行对比,发现船舶正向撞击桥墩的碰撞力高出桥墩抗撞力的18.85%。根据桥梁防撞需求和船舶撞击力情况,设计了X形夹层结构防船撞装置,分析该装置的抗撞性,结果表明,该装置具有良好的吸能效果,可减少30%以上的船撞力,且能有效减小船舶损伤。     

乌龙江大桥船撞力及复合材料防撞系统研究

围绕福州乌龙江大桥,通过船-桥碰撞数值模拟,重点研究了船—桥碰撞的接触时间,拟合出接触时间的经验公式,根据冲量定理给出船舶撞击力的推荐值,并与各国规范进行了对比分析;研制了新型纤维增强复合材料防撞系统,实现了相关桥梁防船撞工程应用,结果表明:复合材料防撞系统具有大变形能力与良好的缓冲吸能效果,从而有效保护桥墩结构安全,减轻船舶受损程度,具较高的技术经济优势。     

一种侧撞试验台的方案设计

侧撞试验台是一种新近出现的成本较低、研究车辆在侧面碰撞中车门侧面结构耐撞性及侧面内饰和侧面安全气囊对乘员保护作用的部件试验台。本文研究了实车侧面碰撞中车门的速度特征以及乘员的伤害情况,并在此基础上提出了一套结构简单、成本较低、可以实现的侧撞试验台方案,对台车进行了结构设计,最后在动力学和运动学上验证了该方案的可行性。     

货车后下部防钻撞保护装置的研究

介绍了一种装于货车后下部的防钻撞保护装置.借助实车碰撞试验和LS-DYNA有限元仿真,分析了这种后防护装置的吸能保护机理,并探讨了结构特性参数对钻撞的影响.仿真和实车碰撞试验结果都表明货车后下部防护装置虽然结构简单,但对于轿车乘员可起到很好的保护作用.     

新型点阵夹层防撞梁与负泊松比吸能盒复合总成开发与吸能性能

为高效解决车身结构抗撞性和轻量化同步实现的难题，以乘用车前防撞梁与吸能盒为例，将点阵夹层结构与负泊松比结构用于其设计，并考察新型复合总成的吸能性能。以传统高强钢方案作为对标基准，获取待开发总成的性能设计依据。基于高强钢总成40%重合率碰撞试验，完成有限元模型的精度验证，进而获得全宽碰撞的结构响应特征及吸能参考数值，用于指导新型总成的开发。通过数值模拟算例，分析新型复合总成对冲击输入能量的适应性及吸能量对负泊松比吸能盒壁厚的敏感性，从而提出增加吸能盒封板与防撞梁支撑的改进方案。改进后的点阵夹层防撞梁具有更佳的承载刚度与载荷传递能力，总成变形模式愈加合理；改进前、改进方案1与改进方案2的总成吸能量分别占输入总能量的11.5%、68.2%与92.76%，高于高强钢方案的64.09%；改进方案2较高强钢方案减重32.9%。复合前防撞总成的台车试验与仿真结果对比显示：输入能量、碰撞初速度、总成吸能量、平均压溃量、平均碰撞力与回弹速度等指标的偏差绝对值均小于5%。结果表明：采用点阵夹层结构与负泊松比结构后，新型复合总成的吸能性能与轻量化水平均优于高强钢方案，2类结构适合于车辆承载与吸能结构，复合总成的设计方法与开发流程适用于相关新型结构的开发。     

汽车侧面碰撞试验用吸能材料研究

随着我国汽车安全性研究的不断发展和国内汽车碰撞试验水平的提高,有关汽车侧面碰撞安全性的法规也开始准备颁布实施。本文根据欧洲侧撞法规ECER95,对汽车侧面碰撞用吸能材料进行了大量的研究工作。通过对标准铝蜂窝和多种吸能材料力学特性的研究,建立用于汽车侧面碰撞模拟计算的移动可变形壁障(MDB)的模型,并通过模型验证自行开发的侧撞吸能结构的动态特性。     

FCZ轮辐式桥墩防撞安全装置数值分析及性能评价

提出了一种新型柔性吸能防撞产品——FCZ轮辐式桥墩防撞安全装置,采用大型通用有限元软件Ls-Dyna,对设置FCZ装置后的桥墩,进行了汽车碰撞仿真建模和数值分析,并分别从构件级别和"车-桥墩碰撞系统",对防撞装置和桥墩进行了保护能力评价。由于桥墩受到车辆高速撞击的安全隐患巨大,专门就桥墩未设置保护措施进行了碰撞计算,与设置FCZ装置后的碰撞结果做了对比分析,验证了该装置的良好技术性能。     

微型客车耐撞性的改进方法及应用

针对某微型客车进行了耐撞分析，找出其不满足我国正面碰撞乘员被动安全性法规要求的原因，并对提高其车身结构被动安全性的方法进行了研究。通过建立相应的力学目标和利用计算机模拟分析手段，提出既对原车身结构改动小，又能有效提高被动安全性的结构改进措施，对该车改进后的结构进行了正面碰撞计算机模拟和实车实验，模拟结果和实验结果吻合良好。     

汽车正撞吸能部件改进的计算机仿真

本文为了改进某一整车的前碰撞性能，应用计算机仿真技术对该车的前碰吸能部件进行了碰撞仿真改进研究。由改进前后的整车有限元模型碰撞仿真计算结果与改进前后的实车碰撞试验结果的对比表明，部件的碰撞仿真设计是确保设计车辆具有良好碰撞性能的一种重要的方法和手段。     

仙人掌仿生结构的耐撞性研究

车辆碰撞时冲击产生的能量主要通过自身的吸能盒、前保险杠、门槛梁和底盘梁进行消散,为提高车辆的安全性,需设计具有良好能量吸收特性的金属管件。文中采用具有良好力学性能的巨型仙人掌进行仿生设计,通过有限元模拟分析具有不同折角数的金属仿生薄壁管的耐撞性,并与方管进行对比。结果表明,金属仿生薄壁管的吸能特性优于方管,最大高出46.1%,且随着金属仿生薄壁管折角数量的增加,耐撞性呈现先增加后下降的趋势;在质量相等的条件下,各金属仿生薄壁管的峰值力PCF近似相等;六角仿生薄壁管具有出色的综合耐撞性,可用于车辆的吸能部件。     

基于两种正面碰撞的轿车耐撞性能仿真与改进研究

以某轿车为研究对象,建立了整车有限元模型,基于GB 11551—2003《乘用车正面碰撞的乘员保护》和欧洲正面碰撞法规ECE R94.01进行碰撞数值仿真,针对原车在两种正面碰撞中耐撞性能的不足,提出对主要吸能件进行结构改进与材料替换的方案。仿真计算结果表明,在整车质量仅增加3.05kg的情况下,改进方案使整车在正面100%重叠刚性壁障碰撞中加速度峰值降低了6.1g,在偏置40%重叠可变形壁障碰撞中乘员舱侵入量有明显减小。     

基于LS-DYNA的车-桥墩碰撞及可靠度研究

桥墩受到车辆碰撞后会产生不同程度的损伤,因此研究车-桥墩碰撞后的受力特性和可靠度具有很好的现实意义。首先以某连续梁桥为背景,建立了车-桥墩碰撞有限元模型,其中撞击车辆为常用卡车,材料为钢材,采用弹塑性本构关系。桥墩为双柱式墩,通过典型工况研究了桥墩遭受车辆撞击后墩柱体的剪应力、主应力等的发展规律和时间历程。然后采用一系列车-桥墩碰撞作用,拟合出车撞力计算公式,通过与其他文献及多国规范比较,表明了拟合公式的正确性。再将拟合公式代入模型,考虑某些参数为随机变量,分析了车辆与桥墩碰撞后的结构体系可靠度。结构体系由3个双柱式桥墩组成,其中任何一个双柱式墩破坏意味着整个结构破坏。双柱桥墩中两个墩柱视为串联体系,即一个墩柱失效则双柱墩失效。最后研究了各随机变量对单墩抗剪性能可靠性指标的敏感性。研究结果表明:桥墩在横桥向或顺桥向车撞力作用下均更容易发生剪切破坏,而桥墩墩底易发生弯曲破坏,墩底关键截面内力满足正态分布;混凝土强度对墩柱抗剪承载力可靠性指标的影响最大,在桥梁施工以及管理过程中需要重点关注结构混凝土强度变化。     

桥梁防船撞波纹钢夹层吸能结构耐撞性研究

为了确定桥梁防船撞波纹钢夹层结构的合理布置方式和结构参数,根据某长江大桥桥墩防撞需求设计波纹钢夹层结构,采用LS-DYNA软件建立夹层结构和船艏的有限元模型,模拟船艏撞击夹层结构的过程,分析不同波纹板布置方向、波纹板厚度和面板厚度下夹层结构的耐撞性指标和撞击力。结果表明:波纹板竖直布置比水平布置具备更好的吸能效果;波纹板厚度对耐撞性指标的影响不大;耐撞性指标随面板厚度的增大先增大后减小,厚度为7mm时耐撞性指标最大;波纹钢夹层结构对船舶撞击力的削减达到60%以上;波纹钢夹层结构对撞击能量不敏感,具备较好的稳健性和吸能效果。     

内高压碰撞吸能盒的耐撞性能开发

以某A级车前碰撞吸能盒为研究对象,通过仿真优化、总成试验、台车试验、整车试验的耐撞性能开发流程,实现内高压吸能盒的耐撞性能开发和验证。在保证结构更改对耐撞性能、约束系统性能影响尽可能小的前提下,进行了吸能盒等安全部件的性能开发。结果表明,与原有冲焊结构相比,内高压结构的变形一致性更高,质量降低3%,成本降低4.2%,RCAR工况下总成吸能增加26.7%,具有较好的综合性能优势。