多网格防阻块护栏系统的冲击响应

徐挺 缪馥星 周风华 杨黎明

徐挺, 缪馥星, 周风华, 杨黎明. 多网格防阻块护栏系统的冲击响应[J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(4): 820-826. doi: 10.11883/bzycj-2016-0354
引用本文: 徐挺, 缪馥星, 周风华, 杨黎明. 多网格防阻块护栏系统的冲击响应[J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(4): 820-826. doi: 10.11883/bzycj-2016-0354
XU Ting, MIAO Fuxing, ZHOU Fenghua, YANG Liming. Response of multi-grid obstruction block guardrail system under impact loading[J]. Explosion And Shock Waves, 2018, 38(4): 820-826. doi: 10.11883/bzycj-2016-0354
Citation: XU Ting, MIAO Fuxing, ZHOU Fenghua, YANG Liming. Response of multi-grid obstruction block guardrail system under impact loading[J]. Explosion And Shock Waves, 2018, 38(4): 820-826. doi: 10.11883/bzycj-2016-0354

多网格防阻块护栏系统的冲击响应

doi: 10.11883/bzycj-2016-0354
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11572161

国家自然科学基金项目 11302109

教育部博士点基金新教师类项目 20133305120001

爆炸科学与技术国家重点实验室开放基金项目 KFJJ13-7M

详细信息
    作者简介:

    徐挺(1992-), 男, 硕士研究生

    通讯作者:

    缪馥星, aifxmiao@gmail.com

  • 中图分类号: O383;TH113

Response of multi-grid obstruction block guardrail system under impact loading

  • 摘要: 防阻块薄壁结构是护栏系统中重要的吸能元件,通过防阻块的优化设计提升护栏防护能力,最大限度地减小对乘员的伤害具有重要的意义。应用有限元软件ABAQUS,建立了单跨多网格防阻块波形梁护栏系统受质量块冲击的有限元分析模型,计算了壁厚分别为2、3和4 mm的多网格防阻块护栏系统的冲击响应过程,分析了3种不同壁厚的防阻块在给定冲击速度下,内能的变化情况。通过对比分析发现:冲击过程中,壁厚2 mm的双网格防阻块最终内能质量比明显高于其他情形,能量吸收能力最强;并且壁厚2 mm双网格防阻块情形的质量块加速度峰值比壁厚3 mm单网格防阻块情形小约47.6%,更有利于乘员安全。此外,根据WSTC曲线,模拟工况下,冲击引起的人体头部减速度均在安全忍受范围内。
  • 图  1  多网格护栏系统示意图

    Figure  1.  Sketch of multi-grid guardrail system

    图  2  多网格防阻块模型

    Figure  2.  Multi-grid thin-wall obstruction block model

    图  3  壁厚3 mm单网格护栏系统变形过程

    Figure  3.  Deformation process of the guardrail system (one-grid, tw=3 mm)

    图  4  壁厚2 mm双网格护栏系统变形过程

    Figure  4.  Deformation process of the guardrail system (two-grid, tw=2 mm)

    图  5  壁厚2 mm三网格护栏系统变形过程

    Figure  5.  Deformation process of the guardrail system (three-grid, tw=2 mm)

    图  6  壁厚2 mm四网格护栏系统变形过程

    Figure  6.  Deformation process of the guardrail system (four-grid, tw=2 mm)

    图  7  壁厚3 mm防阻块内能随时间变化曲线

    Figure  7.  Internal energy-time curves of muli-grid thin-wall obstruction block with 3 mm thickness

    图  8  不同壁厚防阻块的内能随时间变化曲线

    Figure  8.  Internal energy-time curves of thin-wall obstruction blocks with different thicknesses

    图  9  不同网格及壁厚防阻块的比吸能

    Figure  9.  Comparison of thin-wall obstruction block with different thicknesses and grids

    图  10  质量块速度-时间曲线

    Figure  10.  Velocity-time curves of the mass block

    图  11  质量块加速度-时间曲线

    Figure  11.  Acceleration-time curves of the mass block

    图  12  人体头部对冲击载荷的忍受度

    Figure  12.  Tolerance of human's head under impact loading

    表  1  4种工况下人体头部的最大减速度

    Table  1.   Maximum deceleration for human's head in four cases

    防阻块类型 tac/ms aef/g
    单网格, tw=3 mm 1.97 149
    双网格, tw=2 mm 1.91 150
    三网格, tw=2 mm 1.94 146
    四网格, tw=2 mm 1.92 143
    下载: 导出CSV
  • [1] 雷正保.大力开展半刚性护栏防撞新机理的研究[J].振动与冲击, 2002, 21(1):1-6. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=zdycj200201001

    LEI Zhengbao. Research on the new mechanism of collision protection for semi-rigid fences[J]. Journal of Vibration and Shock, 2002, 21(1):1-6. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=zdycj200201001
    [2] 余同希.利用金属塑性变形原理的碰撞能量吸收装置[J].力学进展, 1986, 16(1):28-39. http://www.oalib.com/paper/4294389

    YU Tongxi. Impact energy absorbing devices based upon the plastic deformation of metallic elements[J]. Advances in Mechanics, 1986, 16(1):28-39. http://www.oalib.com/paper/4294389
    [3] 余同希.结构的耐撞性和能量吸收装置[J].力学与实践, 1985, 7(3):2-9. http://www.oalib.com/paper/1689907

    YU Tongxi. Structural crashworthiness and energy absorber[J]. Mechanics in Engineering, 1985, 7(3):2-9. http://www.oalib.com/paper/1689907
    [4] YU Tongxi, XIANG Yanfei, WANG Min, et al. Key performance indicators of tubes used as energy absorbers[C]//AEPA2014. Gaoxiong, Taiwan, 2014. http://www.scientific.net/KEM.626.155
    [5] 沈新普, 杨璐, 郭丽丽, 等.半刚性护栏受冲击载荷时力学行为数值模拟[J].安全与环境学报, 2008, 8(1):134-137. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=aqyhjxb200801037

    SHEN Xinpu, YANG Lu, GUO Lili, et al. Numerical simulation of effect of impact on mechanical behavior of strong guardrail system[J]. Journal of Safety and Environment, 2008, 8(1):134-137. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=aqyhjxb200801037
    [6] 杜洋, 黄小清, 汤立群.半刚性护栏系统模型冲击实验研究[J].华南理工大学学报(自然科学版), 2003, 31(12):66-70. doi: 10.3321/j.issn:1000-565X.2003.12.017

    DU Yang, HUANG Xiaoqing, TANG Liqun. Impact experiment of semi-rigid guardrail system model[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2003, 31(12):66-70. doi: 10.3321/j.issn:1000-565X.2003.12.017
    [7] 张科, 唐志平.TiNi柱壳在不同约束下的横向冲击实验[J].爆炸与冲击, 2015, 35(3):296-303. doi: 10.11883/1001-1455-(2015)03-0296-08

    ZHANG Ke, TANG Zhiping. Experimental study of TiNi tubes under radial impact with and without lateral constraint[J]. Explosion and Shock Waves, 2015, 35(3):296-303. doi: 10.11883/1001-1455-(2015)03-0296-08
    [8] 张晓晴, 黄小清, 汤立群.三跨缩比护栏系统冲击动力响应的有限元分析[J].华南理工大学学报(自然科学版), 2005, 33(10):67-71. doi: 10.3321/j.issn:1000-565X.2005.10.015

    ZHANG Xiaoqing, HUANG Xiaoqing, TANG Liqun. Finite element analysis of dynamic response of three-span scaled-down guardrail system under impact loading[J]. Journal of South China University of Technology (Nature Science Edition), 2005, 33(10):67-71. doi: 10.3321/j.issn:1000-565X.2005.10.015
    [9] 付锐, 魏朗.汽车碰撞数值模拟中应变率效应问题的讨论[J].中国公路学报, 1999(3):117-121. http://www.cqvip.com/QK/96141X/1999003/3772256.html

    FU Rui, WEI Lang. Discussion on strain rate effect in numerical simulation of vehicle crash[J]. China Journal of Highway and Transport, 1999(3):117-121. http://www.cqvip.com/QK/96141X/1999003/3772256.html
    [10] BAROUTAJI A, GILCHRIST M D, OLABI A G. Quasi-static, impact and energy absorption of internally nested tubes subjected to lateral loading[J]. Thin-Walled Structures, 2016, 98:337-350. doi: 10.1016/j.tws.2015.10.001
    [11] ROUZEGAR J, ASSAEE H, NIKNEJAD A, et al. Geometrical discontinuities effects on lateral crushing and energy absorption of tubular structures[J]. Materials and Design, 2015, 65(65):343-359. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0261306914007432
    [12] 交通部公路科学研究所. JTJ074—94高速公路交通安全设施设计及施工技术规范[S]. 北京: 人民交通出版社, 1994.
    [13] MELLANDER H. HIC: the head injury criterion[J]. Acta Neurochirurgica Supplement (Wien), 1986, 36:18-20. doi: 10.1007%2F978-3-7091-8859-0_6
  • 加载中
图(12) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  5218
  • HTML全文浏览量:  1228
  • PDF下载量:  132
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-11-23
  • 修回日期:  2017-01-06
  • 刊出日期:  2018-07-25

目录

    /

    返回文章
    返回