波形梁护栏受侧而碰撞过程中的能量转换分析

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1、第28卷第6期西安工业大学学报Vo1．28NO．62008年12月JournalofXi’anTechnologicalUniversityDec．2008文章编号：1673—9965(2008)06—585—04波形梁护栏受侧而碰撞过程中的能量转换分析刘百来，李祝龙。，史永高，党胜玻。，张国杰(1．西安工业大学建筑工程系，西安710032；2．中交第一公路勘察设计研究院，西安7100753．西安重型机械研究所，西安710032；4．承德市公路丁程管理处，承德067600)摘要：波形梁护栏在受侧面碰撞时吸收碰撞能量的能力是衡量其安全性能的一项重要指标，为减小此碰撞事故造成的灾害

2、损失程度，需对波形梁护栏在受侧面碰撞时的吸能能力进行研究分析．采用LS—DYNA动力学分析方法，对波形梁护栏在受侧面碰撞过程中的能量转换进行了对比分析，得出四种工况下碰撞能量的变化曲线，结果表明现有波形梁护栏的吸能能力尚有一定的提升空间，为进一步优化设计提供参考．关键词：波形梁护栏；侧面碰撞；有限元仿真；能量转换中图号：TB115／TB124文献标志码：A波形梁护栏受侧面碰撞是一个典型的动力学因其变形大而剧烈且应变率影响明显，采用随动塑问题，在碰撞时，护栏变形较大，相互碰撞过程在很性(PlasticHardening)模型；而对于远离碰撞区域短时间内完成，很难用一般的静力学方法

3、进行分处，因其变形相对较小且应变率影响不明显，采用析．目前研究护拦的主要方法有：足尺模型试验、缩各向同性线弹性(LinearIsotropic)模型．整体模尺模型试验、计算机仿真研究等．足尺模型试验方型长度(沿道路前进方向)尺寸为20m，宽度(垂直法耗资很大，缩尺模型试验需解决动力模拟相似性于道路前进方向)尺寸取8m，高度为4m，四周施加对称约束，底面施加位移约束．模型总共划分为问题，而利用计算机能方便地进行多次重复仿真试41150个单元，共有47582个节点．验，可针对各种参数的变化计算出相应结果，是一种行之有效的方法．它可以模拟不同车型、不同初1．1单元类型及单元算法始条件

4、的碰撞全过程，并能提供碰撞过程细节，还计算模型采用的单元类型为SHEIL163壳单可节省大量经费[1-2]．文献[3]中采用简化模型进元和Solid164体单元．SHELL163是4节点显式行了波形梁护栏受侧面碰撞的仿真模拟计算分析，结构薄壳单元，该单元提供了12种算法l4，程序表明了应用计算机仿真研究该类问题的可行性，文默认的是Belytschko—Tsay单元算法，它是最快速中在简化模型l3一的基础上将各组件模型进行了细的显式动力学壳单元，基于Mindlin—Reissner假化并采用LS—DYNA动力学分析方法就波形梁护设，包括了横向剪切力，但它不能精确地处理翘曲，栏受侧

5、面碰撞过程中的能量转换进一步分析研究．不能在粗网格模型中使用．Solid164单元是8节点三维实体单元，该单元在默认情况下采用单点积1有限元模型．分算法(Const．Stress)，若选用全积分单元算法为了更有效地进行波形梁护栏受侧面碰撞的(FullInt)，尽管计算时间会成倍增加，但可避免在动力学分析，须对有限元计算模型进行合理地选计算过程中出现沙漏问题．取，选取原则为：在保障计算精度的前提下，尽量采为了有效地控制波形梁护栏受侧面碰撞有限用简化计算模型．对于碰撞区或离碰撞区较近处，元模拟计算过程中出现的沙漏问题，除了严格控制*收稿日期：2008—0623作者简介：刘百来(19

6、67一)，男，西安一I：业大学讲师，主要研究方向为道路力学数值分析．E～mail：liubailai@126．corn．586西安_r业大学学报第28卷网格划分以及在总体上进行相关控制外，必须对模表1波形梁护栏体系材料参数型各部分单元的算法进行合理地选取．依碰撞过Tab．1MaterialparametersofW—beamguardrailsystem程中各部位的变形情况可选择合适的单元算法．材料参数随动塑性模型各向同性线弹性模型护栏车辆护栏车辆地面对于无翘曲，变形小的壳单元区域采用Belytschko弹性模量，Pa2×10“2．07×10”2×10—Tsay单元算法；对于大

7、变形，需严格控制沙漏的泊松比O．27O．3O．27壳单元区域采用全积分Belytsehko—Tsay单元算密度(／m)786575807865法；对于体单元，为了避免沙漏、解决大变形及有翘屈服应力／Pa2×102×10曲问题，采用全积分FullInt体单元算法．剪切模量／Pa7．63×1O08×1O。1．2材料模型及材料参数失效应变0．750．75C4040采用合理的材料模型是数值模拟能够取得成P00功的必要条件，它直接影响着数值模拟的精度和可1．3实常数的选取靠性．LS_DYNA中提供了4