基于“三明治”结构的高速公路护栏碰撞仿真与试验研究

论文摘要

近年来，随着我国汽车保有量和高速公路里程的不断增加，公路上发生的交通事故也在逐年增加，每年造成巨大的人员伤亡和财产损失，其中近1/3的事故是由于汽车与护栏的碰撞造成的，而传统的钢结构护栏具有造价较高、钢材消耗量较大、易腐蚀等缺陷，所以研究汽车与高速公路护栏的碰撞机理，设计新型实用的防护栏具有非常重要的现实意义。在传统钢结构护栏的基础上，本文设计了一种“三明治”夹层结构护栏板，选用两种不同强度的复合材料作为护栏基体以及夹层材料，从而保证了护栏板的耐撞性能。复合材料决定了该新型护栏具有造价较低，不易腐蚀，制作方便等优点；通过调节夹层结构可以方便调节护栏的耐撞性能。研究中结合仿真试验优化了护栏系统方案，进行了样件试制，并且开展了实车足尺碰撞试验，研究改进了护栏的实际防护效果。本文使用实验室部件试验、足尺实车碰撞试验以及仿真试验相结合的方法研究与设计护栏。首先使用实验室部件动态试验，通过验证关键护栏板的耐撞性能得出新型护栏的初步参数以及单点耐撞能力；然后在HYPERMESH软件环境中结合LS-DYNA关键字建立了客车-护栏碰撞系统有限元模型，并进行了实车碰撞试验验证，针对护栏高度、夹层数、车辆前部边缘倒角三个参数进行全因子仿真试验，得到改进护栏碰撞系统的最优方案；最后将改进方案用于实际护栏系统改进，仿真碰撞试验结果表明，改进后的高速公路新型半刚性护栏具有足够的耐撞性、诱导转向性以及乘员保护能力，满足了相关法规要求。论文的研究结果表明：分析改进后的新型护栏在克服传统护栏缺点的同时满足了护栏的基本防护要求，这对高速公路护栏的选用和进一步研究开发具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 公路交通事故简介
• 1.2 公路护栏概述
• 1.2.1 公路护栏分类
• 1.2.2 公路护栏功能
• 1.2.3 公路护栏设计目标
• 1.3 公路护栏研究现状
• 1.3.1 国外公路护栏研究现状
• 1.3.2 国内公路护栏研究现状
• 1.3.3 本文研究护栏的出发点
• 1.4 高速公路护栏安全性能评价准则
• 1.4.1 公路护栏防撞等级
• 1.4.2 公路护栏防撞性能评价标准
• 1.5 护栏设计研究方法
• 1.5.1 护栏设计研究方法
• 1.5.2 本文研究方法
• 1.6 本文主要研究内容及意义
• 第2章 “三明治”护栏板结构与台车试验研究
• 2.1 半刚性护栏板的设计规范
• 2.2 “三明治”护栏板的结构
• 2.2.1 基本结构
• 2.2.2 复合式合成塑料材料研究
• 2.3 新型半刚性护栏板的台车试验研究
• 2.3.1 试验目的
• 2.3.2 试验准备
• 2.3.3 试验过程
• 2.3.4 试验结果
• 2.4 本章小结
• 第3章 客车-护栏碰撞系统有限元模型的建立
• 3.1 建立有限元模型的环境和方法
• 3.2 建立护栏系统有限元模型
• 3.2.1 护栏板模型
• 3.2.2 立柱有限元模型
• 3.2.3 防阻块有限元模型
• 3.2.4 地面与土壤模型
• 3.2.5 护栏板、立柱以及防阻块之间的连接模型
• 3.3 建立客车有限元模型
• 3.3.1 客车实车结构
• 3.3.2 客车有限元模型
• 3.3.2.1 简化处理模型
• 3.3.2.2 客车有限元模型建立
• 3.4 建立客车-护栏碰撞系统有限元模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 客车-护栏碰撞仿真模型的验证
• 4.1 实车足尺碰撞试验
• 4.1.1 汽车-护栏碰撞试验标准
• 4.1.2 试验场地与试验装置
• 4.1.3 试验过程
• 4.2 碰撞试验结果分析
• 4.3 客车-护栏碰撞仿真模型的验证
• 4.4 本章小结
• 第5章 护栏安全性能影响因素仿真分析
• 5.1 护栏安全性能评估原则
• 5.2 试验设计
• 5.3 护栏安全性能影响因素分析
• 5.3.1 车辆碰撞条件的影响
• 5.3.2 护栏系统的影响
• 5.4 初始护栏仿真试验分析
• 5.5 护栏改进方案设计
• 5.6 改进方案仿真试验结果分析
• 5.7 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录