轿车与混凝土电杆的碰撞研究

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1、湖南电力第３５卷第４期ＨＵＮＡＮＥＬＥＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲ２０１５年８月ｄｏｉ:１０?３９６９/ｊ?ｉｓｓｎ?１００８￣０１９８?２０１５?０４?０１２轿车与混凝土电杆的碰撞研究Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｉｍｐａｃｔｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃａｒａｎｄｃｏｎｃｒｅｔｅｐｏｌｅ陈芳(长沙电力职业技术学院ꎬ湖南长沙４１０１３１)摘要:依据国内某乘用车及国标ꎬ建立车辆与电杆碰撞有限元模型ꎬ进行汽车正面碰撞及电杆弯曲强度验证ꎮ在此基础上ꎬ进行了３种碰撞速度下轿车冲击对电杆损坏程度的模拟分析ꎮ结果表明３种情况下电杆都因

2、剪切力产生了折断ꎬ但在不同速度下ꎬ电杆损坏程度及断裂点有所不同ꎮ针对此特点ꎬ提供了电杆在冲击下的强度设计参考标准ꎬ提出了电杆在碰撞中抗折损性能的措施ꎮ关键词:混凝土电杆ꎻ电杆折损ꎻ柱碰撞ꎻ有限元方法ꎻ供电可靠性中图分类号:ＴＭ７５３文献标志码:Ａ文章编号:１００８￣０１９８(２０１５)０４￣００４８￣０４目前ꎬ对于在低压输配电线路中使用十分普遍碰撞及混凝土电杆弯曲强度验证ꎮ在此基础上对不的电杆ꎬ大多考虑其在工作状态下的挠度及抗裂性同碰撞速度下电线杆的损坏机理进行仿真分析ꎬ然〔１－５〕能ꎬ而对于冲击载荷下的

3、电杆损伤行为则研究后根据分析结果提出电杆在汽车碰撞中的强度设计得较少ꎮ为了了解电杆在汽车冲击下的断裂情况ꎬ方案及提高电杆抗折断性能具体方法应对电杆折断Ｗａｌｔｅ在１９８６年进行了１１组混凝土电杆台车的碰事故ꎬ从而提高供电可靠性ꎮ〔６－７〕撞实验ꎬ探讨了受冲击时的电杆破坏情况ꎮ实１碰撞模型的建立及验证验结果表明在碰撞中剪切破坏是电杆折损的主要形式ꎬ并提出了增大壁厚和加密碰撞区的螺旋筋数量模型基于有限元前处理软件Ｈｙｐｅｒｗｏｒｋｓ建立ꎬ可以增强电杆的抗剪能力ꎮ碰撞中的轿车来源于国内某乘用车ꎬ整车包括了车汽车

4、与电杆的碰撞位置一般发生在汽车前端和身、底盘、动力总成、电器以及部分内饰等ꎮ该模侧面ꎬ发生在汽车前端的碰撞形式在汽车碰撞安全型使用的材料ꎬ刚度特性等关键参数根据实验测中属于低重叠率碰撞ꎮ国内在对车辆碰撞安全时进得ꎬ仿真中涉及的３个机械假人以及相关配重用集行了相关的研究ꎮ如:Ｈｏｎｇ分析了在正面１００％正中质量单元来模拟ꎮ建立的车辆有限元模型质量为面碰撞、４０％前碰撞及柱碰撞形式下ꎬ汽车的变形１６７０ｋｇꎬ部件数为１７８８个ꎬ单元数１１０９３８５个ꎬ〔８〕及耐撞性特点ꎮ杨济匡及ＡｈｍｅｄＥｌｍａｒａｋｂｉ通

5、过节点数１０６７３９２个ꎮ有限元方法研究了车辆在与树及电杆等柱体碰撞时混凝土电杆基于文献〔１２〕的数据建立ꎬ选〔９－１０〕的车辆变形及乘员损伤情况ꎮ在大部分的柱碰用目前使用较普遍的锥形预应力混凝土电杆ꎬ杆长撞研究中ꎬ研究对象多为汽车的耐撞性及乘员安Ｌ为７ｍꎬ根径为２２３ｍｍꎬ梢径为１３０ｍｍꎬ壁厚全ꎬ相应研究中也将电杆模拟成不变形的刚性为４０ｍｍꎬ纵向配筋为８×Φ６ｍｍꎬΦ３?４ｍｍ螺旋〔１１〕柱ꎮ这不仅与实际碰撞不相符ꎬ也无法得到电筋间隔为１００ｍｍꎮ使用不低于５２５的硅酸盐水泥ꎬ杆在碰撞中的损坏情况ꎮ

6、砂、石为优质中粗砂或１~３ｃｍ花岗岩碎石或卵石文中旨在对混凝土电杆在与汽车前碰撞时的损(水灰配置比例:水０?３９ꎻ水泥１?０ꎻ砂１?３７ꎻ碎坏机理进行数值模拟及分析ꎬ建立汽车与混凝土电石２?８８)ꎮ混凝土强度等级不低于Ｃ５０级ꎬ电杆总杆的有限元碰撞模型ꎬ并分别对轿车模型进行正面重量为２８４ｋｇꎮ模型中电杆采用分离式建模ꎬ混凝收稿日期:２０１５￣０６￣１６?４８?第３５卷第４期陈芳:轿车与混凝土电杆的碰撞研究２０１５年８月土及配筋都采用可变形实体单元建模ꎬ模型中假定混凝土电杆通过其悬臂式挠度实验指标是否达混

7、凝土及配筋之间的位移完全协调而采用共节点连到国家Ｂ级标准来验证其可靠性ꎮ仿真中的设置接ꎮ关于材料本构的选用ꎬ混凝土采用ＬＳ－ＤＹＮＡ根据文献〔１２〕的要求建立ꎬ在距根部１５０ｍｍ及中的损伤塑性模型本构模型对混凝土的力学性能进支持点处放置１５０ｍｍ的硬木制成的Ｕ形垫板支行描述ꎬ其材料特性参数来自文献〔１３－１４〕ꎬ密度２撑ꎬ在距梢端２５０ｍｍ处加载逐步增大的径向载荷３４００ｋｇ/ｍꎬ弹性模量４１ＧＰａꎬ泊松比为０?２ꎬ最大至电杆失效产生ꎬ如图３所示ꎮ压缩屈服应力为３２?８ＭＰａꎬ拉伸破坏应力为３?５ＭＰａꎮ

8、冷拉钢丝配筋采用双线性弹－塑性本构模型模拟ꎬ其弹性模量为２０２ＧＰａꎬ张拉控制应力为１〔６ꎬ１５〕１００ＭＰａꎬ名义抗拉强度为１５７０ＭＰａꎮ模型中材料的失效定义标准为应变ꎬ即当材料达到设定的失效应变值ꎬ则自动删除该单元ꎮ为了验证车模的有效性ꎬ作者将实车的５０ｋｍ/ｈ的正面碰撞实验结果与其仿真结果进行对比ꎬ图３悬臂式挠度实验设置示意图通过比较仿真与试验的整车变形情况及代表车体整图４为悬臂式挠度实验失效前时刻应力云图ꎬ体动态响应