汽车碰撞钢筋混凝土护栏数值模拟探究

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1、汽车碰撞钢筋混凝土护栏数值模拟探究　　摘要：在分析了我国高速公路汽车护栏碰撞事故的基础上，考虑到全尺寸实验需要大量的人力、物力以及不可重复等缺点，本为采用计算机仿真的方法。通过应用有限元分析软件ABAQUS建立汽车实体模型钢筋混凝土护栏弹塑性模型，模拟不同角度，不同速度下的冲击载荷碰撞钢筋混凝土护栏过程的动力响应。着重分析了高速公路钢筋混凝土护栏受撞时的应力作用、损伤区域变化,汽车碰撞时的能量变化。关键词：钢筋混凝土护栏；冲击荷载；计算机仿真；有限元法Abstract:Onthebaseofthecharacteristicanalysisintheprocesswith

2、thecarcrashintoguardrailinourcountry,consideringthatfull-scaletestrequiresalargeamountofmanpowerandresourcesandimpossibletorepeat,numericalmethodisusedinthispaper.ThroughthefiniteelementsoftwareABAQUStoestablishsolidmodelofthecar,andreinforcedconcreteguardrailelastic-plasticmodel,thewhole

3、crashprocessofdifferentanglesandvelocitiesimpactload.Focus6ontheanalysisofthestressfunctionanddamageareaandenergychangewhenthereinforcedconcreteguardrailwashitinhighway.中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：0引言车辆与护栏的碰撞研究是护栏研究中十分重要的课题之一。它们碰撞是一个非常复杂的过程，汽车与公路护栏发生碰撞事故时,通常速度很高,伴随着能量的剧烈变化,可能导致混凝土护栏严重失效及汽车行驶方向失

4、控,因此进行护栏防护性能的研究对防治交通事故、降低人民的生命和财产损失有着非常重要的意义[1]。目前常用的混凝土护栏大致可以分为NJ型、F型、单坡面型、直壁式和可移动护栏[2]。我国使用较多的是NJ型和F型2种混凝土护栏结构.根据我国标准>[3],F型是NJ型的改进形式，适用于中央分隔带宽度较窄，交通量大的路段，一般在快速路及主干路应用。当汽车与护栏相撞时，部分动能可以转化为势能，最大限度保障汽车的安全。护栏的主要设计参数有高度、坡度和埋深等。由于实车碰撞护栏较难实现，国内外的研究机构提出一些有效的力学模型并开发了相应的计算机软件[4-5]，本文选择大型通用软件ABAQU

5、S进行数值模拟,其在非线性分析方面有巨大优势。1.1基本假设6为分析混凝土护栏的冲击力及汽车在平面内的运动形态等，采用以下假定：汽车无动力加速,以一定速度和角度冲向护栏。假设车体在碰撞中为平面运动,忽略汽车的竖向转动和腾空。1.2材料参数钢筋混凝土护栏长32米，分为四段，每段包含四个2m-节护栏。纵筋为HRB335钢筋，箍筋为HPB235钢筋，钢筋采用本构关系为强化的二折线模型，无刚度退化。线第一上升段的斜率，为钢筋的弹性模量，第二上升段为钢筋强化阶段，此时的斜率大致可取为第一段的1/100[6].混凝土为C30混凝土，混凝土本构关系是混凝土结构设计规范所建议的曲线，其应

6、力应变关系可由函数表达式[7]定义。汽车重量为2T，由于在碰撞时只有汽车前部接触护栏，可忽略汽车实际情况的影响，外观尺寸为。由于汽车与护栏碰撞时的容易产生轮胎前部悬空和旋转，为达到较真实的模拟效果，汽车下部切除长0.6m，宽2.5m，高0.5m。分别以60km/h、80km/h、100km/h撞向护栏，角度分别为15°，20°，25°。图1汽车结构计算模型图2钢筋计算模型Fig.1CarstructurecalculationmodelFig.2Steelcalculationmodel1.3有限元模型参数6（1）汽车建模时的数据参数定义：汽车选为实体单元，汽车模型的离散

7、共选用1396个节点和1052个20节点3维立方体单元。考虑汽车重心，分割其为两部分，分别赋予不同密度值，=,。（2）钢筋混凝土护栏中定义：钢筋选用Truss单元，模型离散选用共22136个节点和24376个T3D2单元，并采用Embedded技术进行自由度耦合，每节护栏之间为Tie连接。，=,；=，,=，。混凝土为实体单元，离散为42420个节点和33600个20节点3维立方体单元，=，，。（3）建模时公路定义刚体模型。2计算结果与分析研究过程中汽车速度为60km/h，80km/h，100km/h，碰撞角度分别为15°，20