高速公路双波护栏对客车碰撞的防护性能仿真研究与改进

采用有限元分析方法,基于客车碰撞规范中A级护栏和B级护栏防护性能的要求,建立了两种护栏以及客车的有限元模型.利用LS-DYNA软件进行了客车与护栏碰撞仿真和护栏结构改进分析.根据碰撞条件规范,模拟了客车以60 km/h和40 km/h速度,20.的角度分别与两种护栏碰撞的过程,以计算得出的客车加速度,运动轨迹和护栏的最大动态位移为参数评价了波形梁的防护性能.结果显示客车与两护栏碰撞的加速度均小于20g,客车运行轨迹平稳正常,但B级护栏吸能为47.8kJ,只占客车与护栏碰撞耦合系统中总吸能的41.4％.且A级护栏最大动态变形量为986 mm逼近允许值1 000 mm.这说明两种护栏的防护性能较差,且安全性能亟待提高,故对两护栏分别通过增加吸能结构进行了改进分析.改进后的B级护栏吸能为68.3 kJ,提高了43.3％;改进后的A级护栏最大变形量减小到898 mm,明显改善了绊翻和骑跨现象的风险.     

公路波形梁护栏改造临界高度仿真研究

针对公路加铺罩面导致路侧波形梁护栏防护高度下降引起的波形梁护栏防护等级不足问题,运用HyperMesh和LS-DYNA联合仿真方法,基于加铺罩面导致的护栏高度降低值建立了5种高度的二(B)级波形梁护栏有限元模型,开展了皮卡车、货车分别碰撞护栏的仿真试验。选择车辆侧翻、车辆重心加速度、车辆驶出角度、护栏最大动态变形量4个指标对护栏的防撞性能进行评价。研究结果表明:护栏高度与车辆重心加速度、驶出角度呈负相关关系,与最大动态变形量呈正相关关系。当护栏高度低于标准护栏高度150 mm时,皮卡车与货车均会发生侧翻。因此,车辆重心加速度、驶出角度、车辆侧翻指标能够用于护栏加高的判断指标。综合各指标分析结果,当二(B)级波形梁护栏高度低于标准时,需要进行加高设计。     

护栏端头事故分析与解决方案

为降低车辆碰撞护栏端部事故严重性,通过事故形态分析,提出护栏端头碰撞条件与评价标准,并给出解决方案。结果表明,小型车碰撞护栏端头易造成乘员严重伤害,应采用小型车对护栏端头进行安全评价;卷板式护栏端头通过卷曲波形梁板吸收车辆动能,碰撞方向加速度为12.5 g,可有效防护小型车100 km/h正面碰撞;吸能箱式防撞垫通过结构变形吸收能量,小型车60 km/h正面碰撞加速度最大为10.7 g,侧面碰撞加速度最大为16.1 g。研究成果对护栏端头安全设计和标准完善有指导作用。     

边坡和路缘石对波形梁护栏防护能力的影响

以双层波形梁护栏为基础,组织实车碰撞试验并建立有限元仿真碰撞模型,采用试验结果对仿真模型进行可靠性验证后,对边坡和路缘石对波形梁护栏防护能力的影响进行分析研究。发现双层波形梁护栏变形试验结果和仿真结果一致,最大动态变形量小客车碰撞试验结果和仿真结果分别为740mm和728mm,大客车碰撞试验结果和仿真结果分别为1 469mm和1 420mm,小客车长度、宽度、高度方向重心加速度试验结果分别为13.6g、12.1g和10.3g,仿真结果分别为15.3g、9.8g和9.9g;保证压实度且路基边缘线距离波形梁护栏立柱外沿距离不小于25cm的边坡设置方式对波形梁护栏防护性能影响不大;不设置路缘石、路缘石不突出护栏迎撞面两种设计方式合理,路缘石突出护栏迎撞面会对波形梁护栏防护性能产生较大不利影响。研究结果可有效地指导波形梁护栏实际工程应用,并为相关规范修订提供基础数据。     

中央分隔带护栏开口处事故分析与解决方案

为降低中央分隔带护栏开口处事故严重程度,通过调查分析,提出活动护栏的设计理念,并提出一种新型防撞活动护栏结构。结果表明,活动护栏应具有与中央分隔带护栏同等的防撞能力,端部应与中央分隔带护栏实现无缝连接,且具备防止任意开启的功能;新型防撞活动护栏通过试验验证达到与中央分隔带波形梁护栏同等的160kJ的防撞能力,碰撞后车辆能够恢复正常行驶姿态,护栏动态位移最大为1 093 mm,车体加速度最大为8.1 g,各项指标均满足评价标准要求。研究成果为开发高防护等级活动护栏奠定了基础。     

波形梁护栏加高改造方案研究

针对公路罩面导致的路侧波形梁护栏防护高度不足,研究并提出了基于内套管节点加高法的波形梁护栏加高改造方案,该方案可实现护栏随路面升高调节高度。采取HyperMesh和LS-DYNA联合仿真的方式开展了皮卡车、货车的有限元仿真试验对该种加高方案的可行性进行验证。通过对车辆重心加速度、车辆重心速度、车辆驶出角度、护栏最大动态变形量4个指标对护栏的防撞性能进行评价。通过各指标的分析结果以及对加高方案的阻挡功能、缓冲功能、导向功能、吸能作用的综合评价,证明了经过内套管节点加高法改造后的护栏满足B级波形梁护栏标准,适用于我国现行公路旧有波形梁护栏改造。     

汽车与护栏碰撞研究方法浅谈

文章对当前高速公路应用较广的刚性护栏、柔性护栏和波形护栏的型式和特点进行了说明,介绍了汽车与防撞护栏碰撞研究的3种方法,对比分析了各种方法的优缺点,并以轿车与波形护栏碰撞为例,详细介绍了MADYMO在碰撞仿真研究的应用。     

汽车铝制防撞梁碰撞性能优化分析

深入开展车辆与护栏碰撞的安全研究,对提高我国交通安全具有重要现实意义。文章阐述了国内外学者对车辆与护栏碰撞的研究,利用ANSYS以及LS-DYNA软件建立车辆和护栏模型,通过碰撞模拟和计算,研究车辆防撞梁单元车速因素对防撞梁碰撞性能的影响,对防撞梁碰撞性能进行优化分析。     

基于RADIOSS的客车与波形护栏碰撞仿真分析

针对目前公路侧广泛使用的波形护栏,建立护栏和客车的CAD模型,通过有限元前处理软件HyperMesh划分客车-护栏网格,建立完整的客车-护栏碰撞模型;使用动力学分析软件RADIOSS进行仿真计算,得出客车与波形护栏碰撞的主要参数,分析得到客车与波形护栏碰撞时的运行轨迹、碰撞能量和碰撞加速度,据此分析客车与护栏碰撞的安全性,并提出护栏改进建议。     

高速公路中央分隔带波形梁护栏高度的研究

以波形梁护栏静载缩比试验和冲击试验为基础,考虑护栏在碰撞时波形梁的全梁弯曲塑性变形是主要变形,其车辆的碰撞能主要由波形梁护栏的弯曲塑性变形能吸收,结合实际护栏和截面特性,建立了波形梁护栏和车辆计算模型;根据动能定理,以能量守恒为基础,考虑汽车碰撞护栏达到极限状态时,其动能全部转换为其他形式的能量,结合护栏的主要变形,建立高速公路中央分隔带波形梁护栏高度计算模型;采用调查咨询分析的方法,以大货车为主要车型,初始碰撞角度为20°,运行速度的80%作为碰撞速度,从而确定了波形梁护栏高度计算模型中的有关参数。研究结果表明,适合中国高速公路中间带波形梁护栏的高度宜为87.6 cm,可有效地防止大型车跃出和小型车钻撞护栏等恶性交通事故的发生。     

汽车与波形梁护栏碰撞的仿真研究

对标准的路基压实土中圆形护栏立柱与土基的相互作用进行了模拟,在此基础上,基于非线性有限元软件LS-DYNA建立了波形梁护栏的有限元模型。在相同的碰撞条件下,对混凝土基础中和土基中护栏的碰撞安全性进行了仿真研究。结果表明,车与土基中护栏碰撞时对乘员造成的伤害值小于车与混凝土基础中护栏碰撞所造成的伤害值。     

一种适用小半径路段的多功能型中央分隔带护栏开发

针对传统护栏在小半径曲线段安装困难以及防护能力不足的现状,研发了一种在小半径曲线路段安装方便的新型多功能型中央分隔带护栏。基于现行规范要求,建立了相应的显式有限元碰撞仿真模型,利用有限元分析软件进行了车辆与所研发多功能型护栏的非线性碰撞仿真计算,结果表明该结构护栏满足四级(SB级,防护能量≥280kJ)碰撞能量的防撞等级要求,各项碰撞安全性能指标均符合现行标准要求。在小半径曲线路段与应用于中央分隔带的传统波形梁和混凝土护栏进行了仿真对比分析,其在导向、缓冲、吸能功能上优于传统波形梁护栏和混凝土护栏。     

高速公路与铁路并行路段防撞挡墙设计研究

针对高速公路与铁路并行路段，既有高速公路通行的大型车辆会对铁路路基存在潜在安全隐患的问题，通过在高速公路路肩处设置波形护栏和混凝土挡墙，以防止车辆对铁路路基造成破坏。结合实际情况，建立了车辆-挡墙碰撞模型，通过分析挡墙的极限受力，确定了最大安全撞击力，再由碰撞力计算公式反求得到车辆的初始碰撞限速和车辆限重。计算结果表明:对通过高速公路毗邻铁路路基段载重货车及大型客车进行适当限速和限重，并设置SS级波形护栏及混凝土防撞挡墙,可以起到保护铁路路基安全的作用。     

波形梁钢护栏防阻块型式的研究

通过有限元仿真模拟方法研究了多种型式波形梁护栏防阻块的防撞性能,比较分析提出了一种对车辆具有良好导向性和防绊阻功能,并能有效减少乘员风险的护栏防阻块型式。     

土基中波形梁护栏立柱的有限元模型研究

论述了土基在车与波形梁护栏碰撞过程中起着重要的作用,波形梁护栏立柱与土基的相互作用缺乏有效的建模方法,建立土基的实体模型将导致单元规模的增大和求解时间的延长。在对土壤材料模型输出的压缩变形特性和屈服特性进行了测试的基础上,使用非线性有限元软件LS-DYNA对波形梁护栏圆形立柱与土基的相互作用进行了模拟,探讨了使用非线性梁单元来正确模拟车与波形梁护栏碰撞过程中立柱与土基的相互作用,土基与立柱的相互作用力可简化为:垂直于波形横梁板的分力(X方向);平行于波形横梁板的分力(Y方向),为研究车与波形梁护栏碰撞过程中土基对护栏安全性能的影响提供了一种有效的方法。     

半刚性三波护栏与客车碰撞的仿真分析

针对高速公路广泛使用的半刚性波形护栏建立“汽车-护栏”有限元模型,分析模拟BHI型防阻块三波护栏与客车的碰撞过程,并从护栏结构的完整性、乘员风险指标和车辆轨迹三个方面研究三波护栏对客车的防御能力。结果表明,BHI型三波护栏对客车有良好的防御与导向能力,充分发挥了护栏的作用。整个仿真过程与实际情况基本相符。应用有限元法进行护栏与车辆碰撞仿真模拟不仅具有重复性强的优点,还可以提供试验所无法得到的结果。     

防撞护栏最大动态变形量敏感性分析

碰撞参数在试验组织中会产生误差,为了解护栏最大动态变形量对碰撞参数的敏感程度,建立了车辆碰撞某金属梁柱式护栏有限元仿真模型,模型中考虑了碰撞过程中路基对护栏的影响,采用平均敏感度系数作为护栏敏感度的评判标准。结果表明,撞击速度是影响防撞护栏最大动态变形量的最敏感因素,该研究成果对制定碰撞试验误差范围具有指导意义。     

新型中央分隔带波形梁护栏研究

简要回顾了高速公路护栏研究现状。通过优化中央分隔带波形梁护栏的各结构构件和分析护栏整体性能 ,提出一种新型中央分隔带波形梁护栏。本文主要采用的技术方法为理论分析、模型试验、有限元动态数值模拟、实车碰撞试验。最后对需要进一步开展的护栏研究工作进行了展望     

双层双波护栏的安全性能隐患分析

在对2006年以前修建的高速公路进行大修改造和改扩建过程中,本着节约资源,减少浪费的原则,很多研究机构和设计人员对原有波形梁护栏进行再利用升级改造为双层双波护栏,使其防撞等级达到新规范中的A级。但是当双层双波护栏的整体高度下降时势必会对其安全防护性能造成影响,本文通过计算机仿真模拟的方法建立护栏-车辆模型,逐渐降低护栏高度来进行仿真模拟碰撞从而获取防撞等级为A级的双层双波护栏的临界高度,最终通过实车碰撞试验验证分析结论,确定双层双波护栏的下限高度值。     

纯电动城市客车动力电池安全防护碰撞仿真分析与改进

根据纯电动客车动力电池被动安全防护性能的要求,对一12 m纯电动城市客车进行侧面碰撞仿真分析,分析其电池舱防撞梁的变形情况,并进行改进。