基于ABAQUS有限元仿真的车辆碰撞护栏动力响应

当前基于车辆碰撞护栏的研究多以单一车型或单一碰撞位置为研究对象,侧重护栏结构或参数优化,较少探寻多车型多碰撞位置条件下护栏所受冲击而产生的动力响应规律。以国内常用的3mm厚波形梁护栏及三种车型(1.5t小型客车、10t中型客车、10t中型货车)为研究对象,基于ABAQUS有限元仿真软件,在三种车型及两个不同撞击点的情况下,分析护栏冲击加速度、护栏横向最大位移、护栏应力等变化动力响应指标。研究结果表明,不同车型撞击下护栏冲击加速度响应具有明显差异,10t车型撞击下护栏所受的最大冲击加速度显著高于1.5t小客车,可通过护栏加速度值判别碰撞事故车辆类型及危险程度;在10t车型不同位置撞击下,护栏的最大横向位移相差50%,最大位移均超过1m,最严重情况达1.35m,针对大型车辆通行率较高路段,护栏至路侧外边缘应留有1m-1.5m安全距离;不同车型碰撞下护栏受损跨数不同,1.5t车型碰撞下护栏应力最大值247Mpa,仅使护栏达到弹性变形阶段,护栏仍具有安全防护能力;10t车型碰撞下护栏应力最大值329Mpa,使碰撞点及前方护栏发生塑性形变,完全丧失防护能力,需及时对碰撞点前后跨数护栏进行完整更换,保证道路护栏处于完整防护能力水平。     

波形梁护栏立柱加高之安全性能仿真研究

针对高速公路罩面后会导致护栏相对路面高度降低,导致其防护和导向能力不足,需要对原护栏进行改造加高的问题;利用显式有限元技术,采用模拟实车碰撞的方法,研究用内套筒对立柱进行加高的护栏改造方案之可行性。该方案不仅满足对车辆进行拦阻和导向的要求,而且施工简单对高速公路的运营影响小,改造成本低,适用于目前状况下我国的高速公路护栏改造。     

加固的A级护栏与客车碰撞的仿真分析

由于道路逐年大中修,导致旧钢筋混凝土护栏的防护性能减弱,针对这一情况,对旧护栏进行合理的改造比安装新护栏更节省资源。主要研究了加固后的A级护栏安全性能,运用ANSYS Workbench软件建立护栏与客车的有限元模型,并根据模拟仿真方案,控制仿真碰撞的参数,以规定的初速度和碰撞角度进行计算机仿真碰撞试验,得到x、y方向大客车加速度10 ms间隔平均值的最大值分别为148.2 m/s~2和206.5 m/s~2、护栏所受应力和变形情况、车辆运行轨迹和客车损坏程度等评价指标。结果表明,加固后的A级护栏结构能够有效地防护行驶车辆。     

城市桥梁新型桥侧混凝土护栏的碰撞分析

以某城区高架桥为例,设计出一种城市桥梁新型桥侧混凝土护栏的最优结构,并采用有限元仿真与碰撞试验相结合的方法对其进行安全防护性能分析。结果表明,新型桥侧混凝土护栏结构能够有效地防护行驶车辆,其中小客车碰撞后,其驶出角度为7°,大客车碰撞后,其驶出角度为1.7°;小客车碰撞后,其重心加速度最大值为17.4g,大客车碰撞后,护栏的最大动态变形小于100mm;混凝土坡面是影响小客车缓冲保护性能的主要因素,混凝土墙体强度是影响大客车防撞性能的主要因素。新型桥侧混凝土护栏的各项指标均满足评价标准,其防撞等级达到SS级,且成功应用于依托工程。     

高速公路中央分隔带组合式护栏方案研究

针对国内某高速中央分隔带护栏升级改造问题,提出了中央隔离带组合式护栏方案,建立了组合式护栏的三维汽车—护栏碰撞仿真模型,并针对不同的护栏立柱间距进行了汽车碰撞仿真模拟研究。结果表明,利用中央隔离带旧护栏改造为组合式护栏满足规范要求,可以有效地降低成本,为高速公路中央分隔带护栏改造提供依据。     

基于LS-DYNA的车辆-护栏碰撞仿真模型

 针对车辆与护栏的实体碰撞试验难度大、经费高、周期长、数据不易获取的情况,基于LS-DYNA 有限元软件,在分析实际碰撞试验的基础上,建立了碰撞车辆仿真模型和护栏仿真模型,优化碰撞过程,最终形成了车辆-护栏碰撞仿真模型;同时,与实际试验数据进行对比,分析了误差形成原因。结果表明,仿真模型试验结果与实车试验结果基本一致,验证了仿真模型的正确性。     

护拦防护重型车辆撞击的能力

应用LS-DYNA软件,研究了护拦防护重型车辆撞击的能力,得出了目前护拦存在严重安全问题的结论,为护拦设计技术的发展指明了方向:①在汽车撞击标准混凝土护栏的过程中,汽车与护栏之间的接触可能仅表现在汽车前轮在混凝土护栏坡面的爬行,汽车车体与混凝土护栏之间也许并不存在接触,即混凝土护栏的高度对预防汽车的侧翻基本不起作用,只有当侧翻已经发生后,汽车车体撞击到混凝土护栏上时,混凝土护栏的高度才对已经发生翻车的车辆的继续翻滚有抑制作用;②半刚性护栏防御重型车辆侧翻的能力远优于标准混凝土护栏,但目前半刚性护栏在重型车辆的重力作用下,被失控重型车辆压溃的可能性很大,表现出护栏的完整性不足;③要彻底解决失控重型车辆的安全性问题,有必要进一步完善护拦设计规范,并发展新的护栏防撞机理.     

岳阳洞庭湖二桥钢护栏优化设计

为获得满足碰撞等级为HA级的桥梁钢护栏,对立柱初始构型进行了尺寸优化设计。首先,根据最新护栏安全性能评价标准,建立1.5t小车、25t客车、40t货车以及55t鞍车与护栏碰撞有限元模型;然后,参考护栏评价标准确定正交试验评价指标,并对护栏立柱各参数进行了单因素试验分析,确定截面各因素优化设计试验范围和水平数;再选用L16(45)正交实验表安排仿真试验,分别对仿真数据结果进行极差分析和方差分析,获得了最优立柱截面尺寸;最后,用4种车型对优化后护栏结构进行了仿真验证。研究结果表明,优化后护栏结构的防撞等级达到HA级,安全性能满足评价标准的要求。     

收费站车辆安全防护体系设计与实验研究

针对收费站频发车辆撞击收费亭伤人和撞击水泥岛头侧翻造成严重交通事故的现实,提出了缓冲护栏和单波梁防撞垫等新型安全设施的设计理念,并将单波梁防撞垫、水泥岛头、缓冲护栏和防撞柱合理布局组成了收费站交通安全防护体系.经过实车碰撞实验,验证了产品的可靠性和设计的可行性.     

Am级中央分隔带柔性护栏耐撞性拓扑优化设计

为了设计出一套满足Am级防撞等级的新型中央分隔带柔性护栏,根据国内现有的评价标准,首先基于动态显式有限元方法建立并验证汽车-护栏有限元模型;然后结合元胞自动机的拓扑优化方法以立柱为设计域进行了不同工况下的拓扑优化分析,并提取了"叶片型"立柱拓扑构型;再运用正交试验方法对影响护栏性能的4个设计变量进行研究,获得中央分隔带柔性护栏立柱的最佳尺寸参数;最后对其进行验证分析。分析结果表明,3种法规规定的车型与护栏碰撞过程中,护栏的最大横向偏移量均小于评价标准规定的1000mm,车体的最大加速度均小于评价标准规定的20g,满足了碰撞安全性能评价标准要求,故得到的"叶片型"截面立柱能够实现Am级防护能力。     

一种新型装配式桥梁人-车隔离防撞护栏

近年来,由于失控机动车坠桥事故频发,对人民生命财产安全带来了一系列重大损失。基于此,迫切需要切实采取可行的措施来提高桥梁防撞护栏的防护性能,从而有效控制该类事故的发生风险和降低其后果。为此,本文首次提出了一种新型桥梁人车隔离防撞护栏,采用倒U形的截面形式并将锚固座与混凝土路缘石连接成为整体。通过精细化有限元模型对新型防撞护栏的力学性能进行了探讨。研究结果表明：在标准碰撞荷载作用下,两类护栏均满足规范要求,且新型护栏最大变形值仅为传统护栏的52%,达到最大位移值时,新型护栏的极限承载力相较于传统护栏提升了约58%,此时螺栓应力与变形分别为传统护栏的48%与70%,证明新型护栏在充分发挥圬工自重对车辆冲击的抑制作用和锚固螺栓的抗剪性能的同时,倒U形截面可大幅增加护栏的横向刚度,相比于传统护栏防撞性能有明显提升。此外,装配式的设计可有效减小施工和维护成本,为大量桥梁防撞护栏的设计和施工提供了新的解决方案。     

刚性护栏及半刚性护栏与车辆碰撞的安全性模拟分析

为了明确刚性护栏与半刚性护栏的安全性能及适用性,基于动态显示有限元法建立了车辆碰撞护栏模型,对我国高速公路常用的刚性护栏和半刚性护栏的安全性进行了模拟分析,计算了不同质量的车辆与护栏碰撞时的护栏变形、车辆质心加速度及车辆轨迹.模拟结果表明,刚性护栏具有抗冲击性强的优势,但驾乘人员所承受的冲击力较大,且车辆导向性较差;半刚性护栏具有较好的车辆导向性,对驾乘人员也有一定的保护作用,但抗大型车辆的冲击性能较差.建议在选择护栏时,应当根据这2种护栏各自的优缺点,结合路段的地形、交通组成情况进行选用.此外,为了提高护栏的安全性能,需增加半刚性护栏的波形板厚度,而对于刚性护栏,需要在其表面上安装一层弹性材料.     

方形与圆形钢管梁半刚性护栏防撞性能对比分析

根据几何等效原理,分别建立了方形和圆形钢管梁半刚性护栏,采用显式非线性有限元分析方法,模拟了汽车碰撞两种钢管梁半刚性护栏的动态响应,对比研究了碰撞过程中两种护栏的最大应力、横向位移和护栏系统及其各部件的吸能特性。结果表明,两种护栏形式都有较好的防护作用,方形钢管梁半刚性护栏的最大位移和最大Mises应力较圆形钢管梁半刚性护栏小,但其变形吸能效果明显比圆形钢管梁半刚性护栏的吸能效果差。     

多信息融合的交通事故数值再现方法

综合利用轨迹优化、有限元理论及多刚体方法对某起典型三车碰撞事故案例进行数值再现.以车辆停止位置为目标函数,车身接触位置为约束条件模拟计算出事故发生过程.利用多刚体动力学方法计算出车内乘员头部加速度,以此进行人体损伤分析.利用有限元方法模拟车辆撞击护栏的过程,通过护栏变形数值模拟结果与真实事故中的变形量相比较,验证车辆撞击速度的可靠性.通过案例分析认为综合利用事故中遗留下的刹车印迹、车身或其他物体变形、人体损伤等多种信息,可以对碰撞事故进行精确分析,同时各信息之间可以相互制约和验证,从而为事故鉴定提供理论依据和数值参考.     

城市桥梁新型铝合金防撞护栏安全性

为满足城市景观的需要,同时适应可持续发展趋势,采用新型铝合金防撞护栏替代传统型钢护栏,为了保证其具有良好的安全性能,需对其力学性能进行评价分析。以某实际工程为背景,提出了一种新型铝合金防撞护栏方案,通过理论分析与数值模拟相结合的方法对其在汽车碰撞作用下螺栓连接处的承载能力、栏杆及立柱的安全性能进行了综合分析。结果表明:对初步提出的铝合金护栏方案,可适当增大螺栓直径及法兰盘厚度,以保证其具有良好的安全性能;当车辆发生撞击时,改进后的护栏所承受的碰撞冲击力及变形均符合规范要求,因而可以应用到实际工程中。研究成果可为同类铝合金护栏的推广应用提供技术支持。     

地基中护栏立柱的有限元模型

描述了安装在地基里的护栏立柱实用的有限元模型。立柱一地基相互作用由一列非线性未耦合的弹簧建模。由非线性显示有限元程序LS-DYNA3D分析，通过用弹性摆撞击埋在地基里的立柱测试结果进行比较，结果表明．立柱一地基模型是有效的、切实可行的．并可应用在护栏模型里。     

冲击荷载下半刚性护栏的非线性有限元分析

利用LS－DYNA有限元软件建立了半刚性护栏在冲击荷载作用下的有限元模型，并将护栏受到冲击时的能量吸收情况以及加载头的速度和加速度随时间变化的有限元分析结果与实验结果进行了对比。分析表明，有限元方法是研究护栏力学性能的有效手段，本研究为进一步研究护栏体系在冲击荷载作用下的能量吸收特性及护栏体系的结构优化设计奠定了基础。     

失控车辆撞击下避险车道末端挡墙的动力响应与损伤特征分析

研究失控车辆撞击下避险车道末端挡墙的动力响应与损伤特征可以为避险车道末端挡墙的应用和完善提供理论依据。首先基于LS-DYNA 软件建立了车辆-钢筋混凝土挡墙有限元模型,并且通过已有的落锤冲击钢筋混凝土梁试验的结果,对建立的有限元模型进行验证。然后采用正交试验方法对钢筋混凝土挡墙的参数进行了设计。最后进行车辆撞击钢筋混凝土挡墙的非线性有限元仿真,研究车辆的速度、撞击位置、撞击角度以及车辆前保险杠的刚度对钢筋混凝土挡墙的动力响应和损伤特征的影响。结果表明：车辆的速度、撞击角度、保险杠的刚度对于挡墙的动力学响应以及损伤程度均有显著影响,随着车速、撞击角度和保险杠刚度的增加,挡墙的损伤逐渐加剧;挡墙的损伤区域主要分为撞击区域和墙角区域,其中撞击区域的损伤较为严重,破坏形式为冲剪破坏,墙角区域的损伤较轻,破坏形式为剪切破坏。