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高速公路汽车与护栏碰撞的动力特性研究

刘少源  
【摘要】:高速公路的护栏设置,对公路行车安全及提高运营经济效益有十分重要的作用,随着我国高速公路的发展,汽车与护栏碰撞的研究正逐步在国内展开。汽车与护栏碰撞问题属三维非线性大变形结构动力碰撞问题,是个非常困难的课题,论文从实验和理论两个方面对此进行了分析研究。主要完成以下工作: 1.通过两次大型实车足尺护栏碰撞试验,在27辆实车碰撞的基础上,分析研究了两种形式(圆形和Z形)立柱的护栏结构的力学特性和安全防护性能,比较了两者的差异和优缺点,得到了两种立柱形式护栏结构所能承受的冲击能量比,并界定了两种护栏结构的应用范围。实验结果对深入了解汽车护栏动力碰撞过程,建立护栏结构计算理论提供了坚实的基础。 2.分析研究了在半幅及全幅高速公路上护栏试验及设计应选用的碰撞角,为制定护栏设计及试验规范规程提供了依据。参与建立和完善我国第一套实车碰撞试验设备和相应的试验技术,该套设备的研制对建立适合我国国情的实车碰撞试验技术及相应的试验规程有重要意义。 3.在实车碰撞实验的基础上,提出了汽车护栏碰撞的简化计算方法-柔性梁法。柔性梁模型通过质点(车)在梁-柱结构(横梁为柔性,立柱为刚塑性或弹塑性)上滚动,来模拟车与护栏结构的动力碰撞过程,可求出碰撞过程中车辆的运行轨迹和护栏位移。模型为护栏的研究设计提供了一种简捷的计算方法,有一定的参考和实用价值。 4.通过分析碰撞过程中车辆横向运动及倾覆过程的能量变化,建立了汽车翻滚倾覆模型。利用该模型可求出碰撞过程汽车翻滚倾覆所需的极限位移值。模型适用于不同形式的波形梁护栏,具有一定的普遍性。 5.结合柔性梁法和倾覆模型,分析了车辆在不同碰撞角度、碰撞速度下的碰撞情况,从而得到汽车碰撞角度与汽车极限碰撞速度的关系曲线,进而得到护栏所能承受的极限碰撞能量。分析计算结果对补充试验数据,预测碰撞过程有较大的作用。 6.利用三维有限元碰撞接触算法对汽车与护栏碰撞问题进行了研究。在DYNA3D程序的基础上,修改完成了适用于护栏碰撞的三维碰撞接触分析专用程序和相应的后处理程序。根据汽车与护栏碰撞特点,完成了动力碰撞的全过程分析,并与简化模型和实验结果进行了比较。分析结果表明,利用有限元法可较精确的模拟碰撞过程,弥补了实验和简化计算获取信息量过少及模型过于简单的不足。


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