基于数值仿真的波形护栏防阻块优化设计.pdf

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1、第33卷第5期大连交通大学学报Vo1．33No．52012年10月J0URNALOFDALIANJIA0T0NGUNIVERSITY0ct．2012文章编号：1673—9590(2012)05—0058—05基于数值仿真的波形护栏防阻块优化设计吴中，施金金(河海大学土木与交通学院，江苏南京210098)采摘要：对防阻块的碰撞性能进行了力学分析，找出了改善防阻块吸能效果及防绊阻能力的主要因素，提出将六边形防阻块优化为十边形防阻块的设计方案．使用LS—DYNA在不同撞击程度下，对防阻块进行碰撞分析，发现优化防阻块的碰撞性能有较大提升．通过实车碰撞数值实验得出，由于优化防阻块抗变形能力得到

2、提升，因而减小了立柱对车辆前轮的绊阻效应，增强了整体护栏结构的吸能导向作用．关键词：波形护栏；防阻块；吸能效果；防绊阻能力；LS—DYNA仿真文献标识码：A0引言1防阻块力学分析防阻块是公路波形护栏板与立柱之间的承力车辆与护栏碰撞时，六边形防阻块如图1(a)部件，目前广泛采用六边形形式．汽车与护栏发生受压发生弹塑性变形时，其吸能主要依靠其六个碰撞时，防阻块通过自身变形来吸收能量，降低车圆角产生的塑性变形．对于厚度为，材料屈服强辆及乘员损伤．实验研究表明防阻块吸收能量为度为6的试件，由塑性力学，在各圆角处单位高度护栏结构总吸收能量的15％～25％，是护栏结横截面所能承受的塑性极限弯矩为

3、，．构中重要的吸能部件；防阻块使波形梁从立柱上M=6S=(1)s悬置出来，减小立柱对车辆前轮的绊阻效应；防阻块连接相邻护栏板，将撞击力分配到更多组合结则防阻块塑性变形能为：构上，增加了护栏的抗撞击能力．E=∑(2)随着我国高速公路的快速发展，越来越多的式中，5为塑性区对中性轴的静矩；，J为防阻块高道路车速达到了100～120km／h，与护栏发生碰度；为各圆角受压弯曲角度．根据式(1)、(2)，撞的事故也时有发生，撞击能量也随行车速度提在同等变形条件下，增加参与变形的圆角数可提高成指数规律增大．现有六边形防阻块在实际应升防阻块的吸能效果．用中，并不能很好地应对快车和重车引起的碰撞防阻块

4、抵抗变形的能力由其自身结构的刚度事故，由于抗变形能力不足防阻块被快速压缩，导决定，可将防阻块视为介于护栏板与立柱之间的致其防绊阻能力不佳，易诱发车辆甩尾翻转造成弹簧，弹簧弹性系数为：二次事故，防阻块吸能效果也进一步提升．c：㈩通过对防阻块碰撞性能的力学分析，可以找出提升防阻块吸能效果及防绊阻能力的优化方式中，S为材料切向模量；r为弹簧丝直径；n为弹案，使用LS—DYNA对优化防阻块的碰撞性能做仿簧有效圈数；尺为弹簧直径．真分析，并建立护栏与车辆碰撞的数值仿真模型，六边形防阻块在受撞过程中其变形部位可分检验优化防阻块对护栏系统碰撞性能的作用．为上、中、下三部分图1(a)，将其有效圈数计

5、为3圈．根据式(3)，增加防阻块有效圈数可降低其弹米收稿日期：2012-03—08作者简介：吴中(1964一)，男，教授，博士，主要从事交通规划与安全的研究E—mail：402114215@qq．con1．第5期吴中，等：基于数值仿真的波形护栏防阻块优化设计59性系数，弹性系数减小则防阻块抗变形能力增强．有可靠性807O邑60氲504O暑302O斗}了1O(a)原防阻块(b)优化防阻块0时间／s图1防阻块优化设计(a)加速度随时间变化曲线由上述分析，增加防阻块变形圆角个数及有效圈数可改善其碰撞性能，并考虑不增加材料，将il1l{{IIjl—T—●、1IjII『Ill六边形防阻块左右两

6、个凸角按角两边中点改为凹’k『ifIll}、ljJi；}『。{}；J『I}l}『I、k；{I}角如图1(b)．优化防阻块为十边形，其变形角个；{jIIIIijlIJI、+jliiIIII；数由原来的6个增加为10个，有效圈数由原来3佰ljl；—'l；l}III}lr『10『IIIJ圈增加为5圈，从理论分析，其碰撞性能可明显得】{JljI；1f{一0102030405060708090100到改善．时间／s(b)速度随时间变化曲线2数值仿真参数选择及可靠性分析按照文献[1]对一跨护栏做的缩比(缩比比例为1：3．75)冲击实验，在HyperMesh中建立对应的有限元模型，将数值仿真结果与

7、实验结果对比，检验数值仿真参数的可靠性．蠖冲击块采用六面体刚性单元，配重15．67kg，冲击速度4．3m，冲击时问100ms；护栏部件采用时间／s(c)位移随时间变化曲线Hughes-Liu单点积分壳单元，各部件间采用刚性连接，护栏所用钢材为普通碳素结构钢Q235，按图2仿真结果与实验结果对比照碳素结构钢(GB／T700—2006)的标准其屈服3防阻块碰撞仿真分析点不应小于235MPa，取材料参数如下：容度为7．86et／mm；弹模为2．07e”MPa；泊