材料应变率对护栏碰撞仿真结果影响研究.pdf

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1、材料应变率对护栏碰撞仿真结果影响研究孟广成，邰永刚(1．中国路桥工程有限责任公司，北京100011；2．北京道从交通科技有限公司，北京100043)摘要：金属材料在不同的应变率情况下其应力一应变曲线差别较大，而材料性能往往直接决定护栏的防撞能力。通过材料试验获得护栏材料不同应变率下的应力一应变曲线应用到仿真计算模型中，将仿真结果与护栏的实车碰撞试验结果进行对比，结果表明：不考虑应变率影响的护栏碰撞仿真结果与试验差别较大，而考虑应变率影响的仿真结果与试验结果更加接近关键词：应变率；护栏；防撞中图分类号iU491文献标识码：B1概述or(P。Ⅱ，)=[1+(eft)](3

2、)U在材料动态力学性能描述中，应变率是一个重要式中：(P)为与应变率无关的屈服应力，由应力的特征参量，材料的屈服强度、破坏强度、破坏应变应变曲线输入；为有效塑性应变；为有效塑性应等参数以及材料的应力一应变曲线等均与应变率有变率；C和P均为Cower—Symonds模型中参数，一关。在护栏的防撞性能研究中，一般采用先仿真再试般取C=40／s，P=5；。P为有效塑性应变，通过拉伸验或直接仿真的研究方法，而护栏防撞性能评价的一试样得到Q235钢材的真实应力一应变曲线如图1个重要指标就是护栏的最大动态变形量，而金属材料所示。的应变率会对其力学性能产生很大的影响，因此，在护栏的

3、仿真计算研究中必须要考虑材料应变率的影山响，才能保证仿真计算结果的准确性，并节省护栏开发成本，保证公路交通的运营安全。林2材料应变率行为及常用材料模型应变率对材料应力应变关系的影响可用2种形式来表示：图1Q235钢材应变曲线or(，)=。()．厂(，)(1)(，)=tg"(P(，)))(2)3护栏碰撞中的应变率分析式(1)是在准静态应力应变曲线的基础上乘上车辆在与护栏碰撞过程中，应变率主要与车辆的关于应变率的函数，式(2)则是通过与应变率有关碰撞速度有直接关系，根据我国相关规范中的要求，的参数P来影响应力应变曲线的。显然材料应变率的车辆的碰撞速度为60krn／h和80

4、km／h、100km／h3影响是依赖于其准静态应力一应变曲线的。种，而在护栏开发研究过程中，护栏的变形主要与大护栏的防撞性能研究中，一般采用的碰撞软件包型车的碰撞有关，大型车的碰撞速度有60km／h和括PAM—CRASH和LS—DYNA，这2种软件都是基于同一理论开发，以Ls—dyna软件为例，该软件提80km／h2种，本次研究重点针对60km／h的碰撞速度进行分析。实车碰撞时，在螺栓上埋置了应变片，以供了一种应变率相关的基于Cowper—Symond模型的材料模型没，该材料模型中与应变率相关的材料的屈其应变的变化来推算车辆碰撞过程中的应变率数值。服应力为：某大桥护栏

5、碰撞试验(碰撞速度60km／h)时测得锚固螺栓(此螺栓距离立柱底端较近，应变率与立柱作者简介：孟广成(1970一)，男，山东人，高级工程师，从事路桥设计与科研。2012年6期(总第90期)393霪增笑大(言图8)，车辆行驶轨迹也与试验明显不一致，而6。结一论～考虑应变率的仿真结果与实验结果吻合较好(图9)。本文通过单元构件实验及实车碰撞实验方法验证表2实验与仿真主要数据对比了仿真计算中应变率对构件材料性能的影响，并通过护栏整体的碰撞实验与仿真计算结果进行了有无应变率的结果对比，结果表明，在护栏的碰撞仿真计算中，有必要将材料尤其是金属材料的应变率考虑到仿真计算中去，以便

6、得到更准确的仿真计算结果。参考文献：[1]ManjitSingh，D．Sood，R．K．Gupta，R．Kumar，P．C．Gautam，Bh—upinderSewark，A．C．Sharma，andThomsonMathew．DynamicYieldStrengthofMildSteelunderImpactloading．DefenceSciencejoumal，牛1．：2008。Vol58(2)：275—284．[2]陶俊林，陈裕泽，田常津．应变率历史对应力应变曲线的影响．爆炸与冲击，2005，25(1)：80—84．[3]EllwoodS，GriffithsL

7、J，ParryDJ．Materialstestingathighconstant1～strainrates．JornalofPhysicsoftheEarth：ScienceInstrument，1982，15：280—282．[4]武和全，辛勇，饶少华，李长银．材料应变率曲线在汽车碰撞模拟图82种仿真方法护栏变形对比中的应用．机械科学与技术，2009，28(9)：1256—1260．P3P4l自1_～k～～一P9Pll[5]Huyu—quan，Zhaoya—pu．ScaleEffectofPlasticStrainRate．Chi—l5．．—／ne