载货车与水泥护栏碰撞特性研究

论文摘要

随着我国经济的飞速发展,高等级公路的建设已位居世界前列,同时每年在高速公路上发生的交通事故近万起,给人民生活和财产带来了巨大的损失,道路交通安全问题倍受社会关注。护栏作为重要的交通安全设施,在公路上设置防撞护栏对交通事故的防治尤其是对特、重大恶性交通事故的防治,因此大力开展对护栏防撞机理和碰撞性能的研究,有着极其重要的现实意义。道路交通系统主要由人、车、路、环境以及管理五部分组成。车辆与护栏的碰撞是极其复杂的过程,在这一过程中,车辆与护栏是碰撞系统中不可分割的两个组成部分,二者相互耦合、相互影响,共同构成了一个有机的整体。本文以载货车辆为研究对象,采用仿真和试验相结合的方式,评价载货车辆与护栏是碰撞系统中车辆本体安全特性,着重点在于重型车辆运动规律和碰撞损害程度方面的研究。做了如下主要工作：首先,对我国公路交通发展现状及事故分析简要阐述,并对国内外高速公路护栏的研究现状做了概述,以及汽车碰撞护栏的研究方法。其次,参照国内外护栏碰撞法规标准,建构载货车辆与水泥护栏碰撞系统虚拟仿真环境,考虑护栏与车辆的弹塑性大变形现象,对车辆与护栏发生接触的部位进行细化研究。为真实模拟实车碰撞中的运动学特性,增加转向梯形结构和减振器等结构模型。再次,以载货车辆的安全性为研究目标,对载货车与高速公路水泥护栏碰撞安全进行数值模拟仿真,并通过试验验证对比,以验证仿真的正确性。结果表明该系统虚拟仿真环境建构具有一定的精度和可靠性。最后,研究了载货车辆本体的角位移以及质心速度；分析了本体的加速度以评价乘员损伤情况；探讨了碰撞过程中系统能量变化规律以及各部件吸能效果。从而实现了对载货车-护栏碰撞过程及碰撞性能的较全面且较可靠的评价。本文研究工作对今后的营运车辆防护装置以及护栏的设计研究都具有一定指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 汽车被动安全性研究的意义
• 1.2 我国公路交通发展现状及事故分析
• 1.3 国内外公路护栏的研究现状
• 1.4 汽车碰撞护栏的研究方法
• 1.5 本课题的研究内容
• 第2章 高速公路护栏概述
• 2.1 护栏的作用
• 2.2 护栏的分类
• 2.2.1 刚性护栏（混凝土墙式护栏）
• 2.2.2 半刚性护栏（梁式护栏）
• 2.2.3 柔性护栏（缆索护栏）
• 2.3 护栏的设计条件及原则
• 2.3.1 护栏的设计条件
• 2.3.2 护栏的设置原则
• 2.4 护栏评价及试验方法
• 2.4.1 国外护栏评价标准和试验方法
• 2.4.2 我国护栏评价标准和试验方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 有限元理论基础
• 3.1 有限元基本概念
• 3.1.1 有限元方法的优势
• 3.1.2 有限元的基本方程
• 3.2 非线性有限元理论
• 3.2.1 控制方程
• 3.2.2 显式中心差分
• 3.2.3 沙漏及控制方法
• 3.3 本章小结
• 第4章 载货车有限元模型的建立
• 4.1 CAE软件的选用
• 4.1.1 前后处理软件概述
• 4.1.2 求解器软件
• 4.2 有限元模型建立的规范
• 4.3 载货车-水泥护栏系统的有限元模型
• 4.3.1 载货车模型建立
• 4.3.2 模型的细化与改进
• 4.3.3 水泥护栏模型建立
• 4.4 本章小结
• 第5章 仿真结果分析及试验验证
• 5.1 仿真模型建立
• 5.1.1 载货车—水泥护栏系统的计算模拟条件
• 5.1.2 参数确定及计算控制
• 5.2 碰撞过程的仿真分析
• 5.2.1 仿真碰撞时序
• 5.2.2 仿真加速度曲线
• 5.2.3 系统能量变化分析
• 5.2.4 主要部件吸能效果
• 5.3 碰撞实验研究
• 5.4 试验结果与仿真结果的对比
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢