波形梁半刚性护栏与汽车碰撞的仿真分析及其结构优化

针对高速公路广泛使用的波形梁半刚性护栏建立“护栏—汽车”碰撞体系耦合动力学有限元模型,研究护栏立柱对汽车绊阻效应的形成过程,提出解除护栏立柱对汽车绊阻效应的一种有效方法。     

新型柔性护栏矩形截面立柱优化

为找到新型柔性护栏碰撞安全性最好的护栏立柱截面,据中国新出台的评价标准,通过建立车辆、护栏有限元仿真模型,对新型柔性护栏碰撞安全性进行综合分析。基于UG建模、VPG前处理软件、LS-DYNA仿真软件,对所建"汽车-护栏"模型从车辆驶出驶离点后的运动轨迹、车体加速度等方面分析车辆撞击新型柔性护栏的碰撞安全性。并通过多轮数值正交试验设计的方法获得了护栏截面优化设计分析的最优截面,通过长沙理工大学大型结构碰撞试验室实车碰撞试验验证护栏对车辆的导向性。结果表明:仿真计算所得车辆碰撞后运行轨迹、车体加速度等护栏安全评价指标与试验结果一致,满足新法规评定标准要求。     

高等级单波梁钢护栏创新设计与试验

为设计一种缓冲性能好，经济、安全和景观三方面统一的桥梁护栏，以解决国内外桥梁钢护栏碰撞缓冲吸能效果不佳、造价高、存在绊阻现象等问题，文章提出了一种新型组合式缓冲立柱与单波钢管横梁相结合的高等级单波梁钢护栏设计结构，其中，立柱采用“8”字型立柱并列组合结构，横梁采用单块单波梁与圆形钢管形成盾牌形横梁。在SA级碰撞条件下，对大客车和小客车的驶出角度、驶出速度、立柱变形最大位移、车体加速度、车辆运行轨迹等指标进行了CAE分析与实车碰撞试验。试验结果表明：该护栏缓冲能力明显、导向功能好、防护功能强，满足高速公路护栏安全性能评价标准，该高等级单波梁钢护栏设计方案具有良好的可行性。     

基于加速度指标的波形梁护栏缓冲功能风险分析研究

为研究波形梁护栏加速度风险指标的影响因素和机理,采用实车足尺碰撞试验和计算机仿真分析方法,研究了护栏防护能量、护栏板尺寸以及立柱等因素对车辆加速度的影响,结果表明:护栏碰撞加速度与护栏结构的整体防护能量成非单调关系;加速度随波形梁板的截面模量增大先减小后变大,存在最优的护栏板的截面模量;护栏方柱由于棱角突出,相较于圆柱对车辆的加速度影响更大;可通过缩短立柱间距的方法,而降低车辆的加速度,降低安全行车风险。     

声屏障防撞安全技术仿真分析

针对现有公路声屏障结构存在的对碰撞车辆产生严重绊阻的安全问题,采用理论分析、计算机仿真等技术手段对失控车辆碰撞声屏障的形态特点、绊阻原因等进行了深入分析,找出了影响声屏障防护安全的关键因素,并研究提出了一种集安全防护、隔(吸)音降噪和景观于一体的多功能新型声屏障结构,这种新型声屏障结构与混凝土护栏的组合系统,最大能够对SA级(400kJ)碰撞条件进行有效防护,消除了现状声屏障结构存在的固有安全风险,大大提升了公路行车安全水平。     

碰撞后快速脱离的新型指示牌立柱设计探讨

汽车与公路指示牌立柱的碰撞是极其危险的交通事故。本文分析了汽车与公路指示牌立柱碰撞事故中车辆受损的原因,提出了碰撞后快速脱离的新型指示牌立柱,并利用有限元方法对汽车碰撞指示牌立柱进行仿真模拟试验,根据研究结果证明结构合理正确,能够在碰撞中减少车辆和乘员的的损伤程度。     

车辆与弯道混凝土护栏碰撞的动态数值模拟及试验

对车辆与弯道混凝土护栏碰撞动态数值模拟结果和实车足尺碰撞试验结果进行对比分析，从车辆行驶轨迹、乘员冲击加速度以及车辆损伤形态3个方面，验证了动态数值模拟的准确性，并分析了弯道混凝土护栏曲线半径对乘员碰撞过程中所承受冲击加速度的影响；得到乘员风险的最不利护栏半径。结果表明：有限元仿真是进行汽车护栏碰撞研究的有效方法；弯道处护栏的形式对碰撞时乘员的安全有很大影响。     

组合式护栏设计优化及安全性能评价

该文采用计算机仿真分析方法,对某组合式护栏进行安全性能评价。原设计护栏由于上部钢结构为"强柱弱梁"形式,且横梁迎撞面距离立柱迎撞侧的间距较小,横梁在碰撞力方向刚度弱,从而导致大客车碰撞护栏后在立柱处发生绊阻,不满足安全性能评价标准要求。优化后护栏在减少材料用量的同时,有效地提高了防护能力,其防撞等级可达到SS级(520 kJ),安全性能满足评价标准要求。     

高速公路护栏特性指标的风险分级技术研究

为了可直观定量的对护栏设置合理性进行评估,基于风险评估理论,结合对公路护栏的碰撞仿真分析,重点对护栏的车辆重心处加速度、护栏等级、护栏最大横向动态位移外延值W及车辆最大动态外倾当量值VIn 4个指标的风险分级方法进行研究,有利于护栏的优化设置。     

高速公路汽车与护栏碰撞的简化计算方法——柔性梁法

本文在实车碰撞实验的基础上，提出了汽车与护栏碰撞的简化计算方法－柔性梁法。该方法通过质点（车）在梁－柱结构（横梁为柔性，立柱为刚塑性或弹塑性）上滚动，来模拟汽车与护栏的动力碰撞过程，可得到车辆碰撞过程的运动轨迹及护栏位移。     

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。     

高速公路中央分隔带易开型防撞活动护栏碰撞仿真

针对目前国内高速公路中央分隔带开口处活动护栏所存在的安全隐患,提出了一种中央分隔带活动护栏型式,并建立了新型活动护栏的有限元模型。基于HYPERMESH与LS-DYNA软件平台,以HYPERMESH进行前处理,LS-DYNA作为求解器,采用1.5 t皮卡车和10 t货车的有限元模型,分别以侧向碰撞角度20°、速度100 km/h和碰撞角度20°、速度60 km/h为碰撞条件进行了汽车-护栏碰撞仿真。仿真结果表明,该活动护栏满足160 kJ碰撞能量的Am级防撞要求;三向加速度均不大于规定值20 g,最大动态横向位移均小于规定值1.5 m。此新型高速公路中央分隔带活动护栏可以有效地阻挡车辆,并且对车辆具有导向性,使车辆回到正确的行驶方向,在保障乘员安全同时还能减少对车辆的损坏。     

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。     

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。     

公路护栏抗弯刚度对小客车碰撞运动形态的研究

为对小型客车与公路护栏碰撞后发生横转现象成因进行理论解释,提出预防和减少小型客车横转道路交通事故形态的应对措施,基于车辆所受到力偶矩方向特性,分析了车辆碰撞护栏后的不同运动形态,得到车辆发生横转的满足条件;以车辆碰撞护栏的单自由度模型为基础,运用简支梁的挠曲线方程,推导出了小客车发生横转运动时的数学模型。数学模型表明,导致小型客车发生横转的因素除与车型相关,还与车辆碰撞前的行驶速度、碰撞驶入角度及护栏梁体抗弯刚度等因素有关。结果表明:通过提高公路护栏的抗弯刚度,可以预防小型客车碰撞护栏横转运动,有效提高驾乘人员的安全系数。     

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。     

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。     

基于轿车撞击的跨线桥中墩波形护栏改进方案分析

中央分隔带内桥墩受到失控车辆撞击不仅威胁跨线桥梁结构安全,还会造成巨大生命和财产损失,对跨线桥中墩处防护措施开展研究十分迫切。文中通过分析跨线桥中墩处护栏防撞目的和控制指标,提出利用护栏立柱加密、增设护栏梁板及两种措施结合的3种改进方案,通过建立护栏-车辆有限元模型开展碰撞仿真分析。结果表明,增设护栏梁板既能增大护栏刚度、减小护栏变形,还能增大车头及车身与梁板的撞击和摩擦接触面,对防护效果有适量改善;立柱加密在达到增大护栏刚度、减小护栏变形效果的同时增加了车辆侧翻和乘员受伤的危险;将立柱加密和增设梁板相结合,既能大幅减小护栏最大横向变形,又具有较好的耗能能力,在满足护栏阻挡、缓冲、导向功能的前提下,是针对小轿车撞击跨线桥中墩防护的合理方案。     

护栏成本效益分析方法研究

研究建立了包括车辆碰撞护栏事故数预测、车辆碰撞护栏后速度计算、单次碰撞损失计算、年总碰撞损失计算、护栏成本计算的护栏成本效益分析方法。车辆碰撞护栏事故数预测考虑年平均日交通量、是否双向分离、纵坡、平曲线、危险物与行车道边缘线的距离等因素。单次碰撞损失计算时,通过车辆碰撞能量与护栏设计防护能量的差值体现不同防护等级护栏的防护比例以及车辆碰撞护栏后速度,对应不同的碰撞严重性指数,得出不同护栏设置方案对事故损失的影响。以某路侧为1∶1.5填方边坡高度6m的二级公路为例,进行不同护栏设置方案的成本效益对比分析,以确定最优护栏设置方案,验证了方法的实用性和可行性。     

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.