高效吸能合金—复合材料桥梁防车撞装置数值模拟研究

来源 :重庆交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gqy2004
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近年来,我国车辆撞击护栏等交通事故频繁发生,若护栏防护能力不足,车辆穿越中分带、冲出路外或坠落桥下时,会造成严重的人员伤亡和财产经济损失,因此,护栏碰撞性能的研究成为一个普遍关注的问题。针对车撞护栏安全,国内外学者展开了一系列相关的理论和试验研究,并提出了多种新型材料和结构的防车撞护栏设施。本文主要针对高效吸能合金-复合材料的新型材料护栏进行深入研究,运用现有的有限元分析软件,将该护栏与传统钢护栏的防撞缓冲性能对比分析,并进一步针对该新型材料护栏装置提出优化方案。本文主要研究内容如下:(1)首先根据防撞护栏设计要求和安全防护标准,研究钢结构、复合材料及吸能合金等不同材料的性能,并调整结构尺寸,初步确定防撞护栏的形式。(2)使用LS-DYNA建立护栏结构和车辆的有限元计算分析模型,模拟车辆撞击高效吸能合金-复合材料护栏和传统钢结构护栏的动力响应过程,主要通过分析车辆在10°、20°和25°角度下分别以60km/h、65km/h、70km/h的速度撞击护栏过程,对比两种护栏的缓冲防护性能差异。计算结果表明,碰撞加速度、撞击力、横梁变形量及护栏总吸能等数值均随撞击速度和撞击角度的增加而增长,该新型合金-复合材料护栏的撞击力较钢护栏显著减小,展现良好的缓冲性能,且车内碰撞加速度明显下降,有效地保护乘员的安全。(3)对车辆以70km/h的速度和20°角度撞击吸能合金-复合材料护栏的过程进一步模拟分析,通过改变护栏横梁壁厚(即复合材料层的厚度)和吸能合金棒材尺寸设置多个工况,基于数值仿真计算研究每种布置形式下护栏的防车撞性能。计算结果表明,当横梁一和横梁二的复合材料层厚度为3mm、横梁三和横梁四的复合材料层厚度为5mm,吸能合金棒材直径为15mm时,该吸能合金-复合材料护栏防护性能较好,结构布置合理,经济性优。
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