吸能梁式公路可导向防撞垫开发研究

针对目前市场上公路防撞垫价格较高的现状,依据薄壁管梁的吸能原理,设计了一种缓冲吸能梁,通过计算机仿真分析研究,确定了单个吸能梁的吸能能力.吸能梁与支撑架组装成防撞垫,该防撞垫具有可导向功能,并且可根据需要调整吸能梁的组数以满足不同的车辆碰撞速度要求,最大程度地保障车内乘员安全,该防撞垫与国内外其他同类产品相比,其性价比优势明显.     

路侧安全设施设计——美国加州路侧安全实践的启示

3．3．4防撞垫防撞垫设置的目的就是防护路侧或出口三角带的护栏端头或者混凝土桥梁墩台等障碍物,减低事故车辆的事故严重性,并正确重新导向。依据其工作特性大致可分为两种类型,即压缩型和惯量传递型。压缩型通过防撞垫本身的变形或破碎吸收能量。比如RE- ACT350,ADIEM350,和Quardguard等专利产品。这种类型的防撞垫必需刚性支座来工作。惯量传递型,即通过将碰撞车的惯量传递给其它物质以消能,比如砂桶。这种类型的防撞垫不需刚性支座来工作。     

新型防撞垫安全性能仿真与试验

为降低公路交通分流处车辆碰撞护栏端部事故的严重性,结合对防撞垫缓冲吸能原理的分析,设计出一种新型防撞垫结构,通过有限元仿真模拟和实车碰撞试验进行防撞垫安全性能分析与评价。结果表明:设计的防撞垫结构能够防护1.5t的小客车以60km/h速度正面碰撞,碰撞后车辆安全停止,停车位置满足导向驶出框要求,防撞垫的变形形态符合设计预想的缓冲吸能机理,乘员碰撞速度、乘员碰撞后加速度以及假人测试结果均满足乘员风险指标要求,试验结果和仿真结果具有较好的一致性,部分量化指标的误差在10%以内。研究结果为设计人员提供了一种可供选择的防撞垫结构,应用后必将提高公路交通分流处的安全防护水平。     

带加劲肋的圆端形夹层板桥墩防撞套箱受力分析

带圆端头的桥墩是常见的桥墩形式之一,为探讨该种圆端形桥墩在采用夹层板防撞套箱时内部设置不同形式和数量加劲肋对防撞性能的影响,采用数值计算法,通过静力等效的荷载作用方式,对分别设置不同数量的水平加劲肋和竖向加劲肋的夹层板防撞箱内、外层钢板在最不利正撞时的应力和变形进行了对比分析。结果表明:设置水平加劲肋和竖向加劲肋均能有效减小防撞箱撞击点处夹层板的应力,但对内、外层钢板的应力减小程度不相同,对同一位置不同方向的应力减小程度也不相同;设置竖向加劲肋能有效减小防撞套箱撞击点处夹层板外层钢板的竖向和横向(水平向)应力,但对内层钢板只有效减小竖向应力;水平加劲肋只有效减小防撞套箱撞击点处夹层板外层钢板的竖向应力和内层钢板的横向应力,其他应力不明显;竖向加劲肋对撞击点处夹层板外层钢板的两个方向应力减少程度大于水平加劲肋的减少程度,而对内层钢板而言,水平加劲肋对撞击点处横向应力的减少程度大于竖向应力的减少程度;设置过多数量的水平加劲肋或竖向加劲肋对改善防撞箱受力和变形不明显,反而增加自重及成本,但由于现实中碰撞点是随机的,必须设置一定密度的加劲肋,特别是竖向加劲肋,而水平加劲肋不宜多设。     

桥墩采用新型复合材料防撞设施技术研究

该文围绕广深沿江高速深圳段大桥三围涌、虾山涌2 000t级通航孔桥墩,通过设置新型自浮式复合材料防撞系统保护桥墩结构安全,主要论述其结构设计、安装工艺与防撞效果数值模拟;三围涌通航孔防撞设施为直径2m的D200型圆形截面复合材料防撞系统,虾山涌通航孔防撞设施为2个直径1m的圆形截面防撞圈通过夹板固定形成2 D100型复合材料防撞系统。该复合材料防撞设施具有耐海水腐蚀、免维护、缓冲吸能、能同时保护船与桥的优点。     

铝合金汽车前防撞梁焊接过程的数值仿真与顺序优化

基于非线性弹塑性有限元方法,对6061-T6铝合金薄壁结构的汽车前防撞梁双脉冲MIG焊接过程温度场和应力应变场进行模拟分析。为提高模拟精度,采用双椭球热源模型描述移动的MIG焊接热源,并运用生死单元技术模拟焊丝的填充过程。结果表明,防撞梁焊后残余应力主要集中在吸能盒和横梁的焊缝附近,其最大值为273MPa,焊接变形主要表现为横梁两端吸能盒间距增加约2.05mm。通过4种不同焊接顺序下防撞梁焊后残余应力分布和变形的对比分析,发现先依次焊接两个吸能盒沿防撞梁长度方向的焊缝,再焊接另一反向其余焊缝的焊接顺序效果最优,该方案在满足装配要求的情况下可有效降低残余应力。     

夹心泡沫铝结构在桥梁结构防撞中的应用

将夹心泡沫铝柔性吸能结构应用于桥梁结构,以期减少车辆对桥梁的撞击影响。用LS-DYNA有限元软件构建分析汽车撞击桥梁的整个过程,并从撞击力和碰撞点位移等方面分析了这种柔性吸能结构的防撞效果。结果表明,夹心泡沫铝柔性吸能结构有着良好的防撞效果,一定程度提高了桥梁的抗撞能力,减小了桥梁的损伤程度。     

仿生双菱形肋边多胞薄壁结构的耐撞性能研究

为提高汽车吸能盒结构耐撞性,受毛竹微观结构启发,提出3种不同的仿生双菱形肋边多胞薄壁结构。建立仿生双菱形肋边多胞薄壁结构的有限元模型,通过有限元仿真对比研究仿生双菱形肋边多胞薄壁结构与传统八边形多胞薄壁结构的耐撞性。分析双菱形肋边布置方式、内层壁厚等因素对新型薄壁结构吸能特性和变形模式的影响。结果表明,与传统八边形多胞薄壁结构相比,仿生双菱形肋边多胞薄壁结构的吸能特性有了明显的提升;双菱形肋边布置方式和内外层壁厚对结构吸能特性均有一定影响;随着内层壁厚的增加,结构最大峰值力减小,但总能量吸收和比吸能减少,载荷平稳度降低。仿生双菱形肋边多胞薄壁结构能有效降低乘员在汽车正面碰撞中所受的伤害,可应用到新能源汽车吸能盒的设计开发中。     

高速公路可导向防撞垫的应用研究

高速公路车型复杂、车速快,出入口三角区护栏端头经常受到车辆碰撞,极易发生人员伤亡事故,为减少此类人员伤亡事故的发生,同时为了推广应用防撞垫新技术,试验以庐山西海高速公路为依托工程设置了18个可导向防撞垫.自防撞垫应用至今,已有效防止了两起重大伤亡事故的发生.该文采用仿真法再现了事故过程,评估了防撞垫在事故发生过程中的能量吸收、材料再利用情况.应用及分析结果均表明:可导向防撞垫可有效避免伤亡事故的发生,且受到碰撞后部分材料仍然可以重复利用,应用效果良好.     

地震作用下城市立交抗震挡防撞措施分析

为了明确地震作用下抗震挡前设置防撞装置对结构抗震性能的作用,通过非线性时程反应分析,应用接触单元对比了城市立交中抗震挡设置了防撞装置后的结构抗震性能。由有防撞装置单墩模型参数分析以及一联简支梁设置与不设置防撞装置模型的对比分析可知:防撞装置的最大容许变形量是防撞效果的重要控制参数,在抗震设计中应综合考虑结构碰撞刚度、防撞装置可以提供的变形量以及构造许可等因素。     

独立桩防撞垫耐撞性拓扑优化设计

目前对独立桩(电线杆、树等路面固定物)专有的保护装置的研究还较少,现有设计一般只单方面考虑失控车辆或被撞击物的安全性。针对现有独立桩保护装置安全性不足的问题,设计了一种满足TB级(60 km/h)的保护独立桩的防撞垫。首先根据《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01—2013),并考虑城市道路行驶条件,选择1.5 t小客车作为碰撞车型,依次建立车辆-防撞垫正碰、斜碰和偏碰3种工况下的拓扑优化有限元模型;然后运用基于混合元胞自动机的耐撞性拓扑优化方法,对防撞垫进行耐撞性拓扑优化分析,获取了较为规则、合理的独立桩防撞垫的拓扑构型。利用正交试验设计方法对保护独立桩防撞垫进行优化设计,确定保护独立桩防撞垫的结构尺寸参数的最优组合。最后,对最优参数组合的防撞垫进行有限元仿真验证分析。结果表明,车辆撞击优化后的防撞垫,3种工况下的车辆质心加速度均小于20g,满足防撞垫安全性能评价标准要求;安装了防撞垫的独立桩受到的撞击力仅为没有安装防撞垫的独立桩受到的撞击力的1/3,能够大大降低独立桩断裂的风险。优化后的独立桩防撞垫结构尺寸较小,便于安装和使用,对于保护事故黑点、重要场景中的独立桩,保障乘员安全具有实用价值。     

试验与仿真相结合对防撞垫进行评价

首先对一款新设计的TS级可导向防撞垫进行正面碰撞仿真模拟,在仿真结果符合碰撞标准后,进行实车碰撞试验,通过试验数据来修正初始碰撞模型.利用修正后的碰撞模型来模拟防撞垫其他三种碰撞,通过试验与仿真综合评价的结果表明该款防撞垫能满足TS级防撞性能要求.     

跨海大桥施工平台防撞钢管桩设置要求的研究

对于施工平台的防撞要求,目前没有统一规定。结合黄茅海大桥施工需求,对跨海大桥施工平台防撞设施的设置方式、构造要求等进行了分析总结。根据工程实际,探讨了防撞设施的布置形式、防撞功能、设置范围、构造形式等参数要求,分析了防撞设施实施过程中的刚度要求、防撞能力、受力模式,并进行了稳定性的分析探讨。实践表明,根据这些要求设置的防撞措施起到了符合预期的效果。     

桥墩柔性防撞装置的内力分析

在计算技术不断发展的今天,大跨径桥梁结构的计算理论和建造技术得以不断完善。国内许多交通主干道的线路,设计了跨越大江、河流、海湾的大桥,也设计了跨越大陆与岛屿之间的大桥。同时,船舶运输行业迅猛发展,船舶交通繁忙,大吨位船只日益增多,撞击力大,一旦出现撞击事故,造成的经济损失将是巨大的,由此需要设置防撞装置。目前防撞装置的计算尚未成熟,直接影响了对防撞装置使用有效性的判定。该文仅对湛江海湾大桥主桥墩柔性吸能防撞装置的受力计算进行简单介绍,以供参考。     

碳纤维复合材料防撞梁轻量化设计

为某车型设计了碳纤维复合材料防撞梁,建立了其有限元分析模型,并用传统钢制防撞梁碰撞试验与仿真结果对比验证了模型准确性。然后采用全因子实验设计确定其横截面形状与铺层顺序的最优组合,最后应用NSGA-Ⅱ遗传算法对防撞梁结构铺层厚度进行了多目标优化。结果表明,在其碰撞性能提高的基础上,轻量效果达到将近65%,且优化后的防撞梁结构与吸能盒和前纵梁结构连接后,在高速碰撞过程中变形模式更合理。     

FCZ轮辐式桥墩防撞安全装置数值分析及性能评价

提出了一种新型柔性吸能防撞产品——FCZ轮辐式桥墩防撞安全装置,采用大型通用有限元软件Ls-Dyna,对设置FCZ装置后的桥墩,进行了汽车碰撞仿真建模和数值分析,并分别从构件级别和"车-桥墩碰撞系统",对防撞装置和桥墩进行了保护能力评价。由于桥墩受到车辆高速撞击的安全隐患巨大,专门就桥墩未设置保护措施进行了碰撞计算,与设置FCZ装置后的碰撞结果做了对比分析,验证了该装置的良好技术性能。     

正交异性钢桥面板截面构造参数分析

通过对国内外正交异性钢桥面板的研究发现,其破坏的主要形式是钢桥面板的疲劳破坏,针对钢桥面板在使用过程中发生疲劳破坏的原因,以东莞水道桥为依托,选取了纵向加劲肋类型、横隔板挖孔形式及纵肋内小隔板焊接形式三个主要参数,研究正交异性钢桥面板在不同参数下的疲劳应力及应力集中系数变化情况。研究结果表明:与开口加劲肋相比,闭口加劲肋的加劲效率更高,U形肋的应力集中系数显著低于其他三种截面形式纵肋;在车辆荷载作用下,当横隔板采用梯形开孔形式时,其与纵肋、顶板间的焊缝处应力水平比较均衡;通过设置小横隔对桥面板刚度进行局部增强,能有效降低顶板与纵肋、顶板与横隔板、纵肋与横隔板间三处焊缝的应力水平和应力集中程度。     

TS级可导向防撞垫的研究开发

针对我国高速公路三角分流地带存在不合理设计的情况,提出了一种新型可导向防撞垫结构。利用计算机仿真技术及实车碰撞试验对该防撞垫进行了正碰、斜碰、偏碰、正向侧碰、反向侧碰5种不同类型碰撞,依据《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01-2013)仿真结果及实车碰撞结果进行评价,评价结果均表明该防撞垫防护等级满足TS级标准要求。     

新型点阵夹层防撞梁与负泊松比吸能盒复合总成开发与吸能性能

为高效解决车身结构抗撞性和轻量化同步实现的难题，以乘用车前防撞梁与吸能盒为例，将点阵夹层结构与负泊松比结构用于其设计，并考察新型复合总成的吸能性能。以传统高强钢方案作为对标基准，获取待开发总成的性能设计依据。基于高强钢总成40%重合率碰撞试验，完成有限元模型的精度验证，进而获得全宽碰撞的结构响应特征及吸能参考数值，用于指导新型总成的开发。通过数值模拟算例，分析新型复合总成对冲击输入能量的适应性及吸能量对负泊松比吸能盒壁厚的敏感性，从而提出增加吸能盒封板与防撞梁支撑的改进方案。改进后的点阵夹层防撞梁具有更佳的承载刚度与载荷传递能力，总成变形模式愈加合理；改进前、改进方案1与改进方案2的总成吸能量分别占输入总能量的11.5%、68.2%与92.76%，高于高强钢方案的64.09%；改进方案2较高强钢方案减重32.9%。复合前防撞总成的台车试验与仿真结果对比显示：输入能量、碰撞初速度、总成吸能量、平均压溃量、平均碰撞力与回弹速度等指标的偏差绝对值均小于5%。结果表明：采用点阵夹层结构与负泊松比结构后，新型复合总成的吸能性能与轻量化水平均优于高强钢方案，2类结构适合于车辆承载与吸能结构，复合总成的设计方法与开发流程适用于相关新型结构的开发。     

现役天桥中墩增设组合式防撞体系研究

高速公路上跨天桥众多,形式多样,大部分均在中央分隔带设置桥墩,但未做防撞措施,导致交通安全事故频发。结合成资渝高速公路TJ6项目,针对不同类型的桥墩结构,研发了现役天桥中墩增设组合式防撞体系,该体系主要由隔离式柔性防撞结构、附着式柔性防撞结构、加强型护栏防撞结构等3种结构类型组成,经过实践应用表明,该组合式防撞体系具有较好的技术、经济效益。