曾舜　孟云偉

【摘要】為了規(guī)范農(nóng)村公路上應(yīng)用較為普遍的、但本身并沒有經(jīng)歷過防護能力驗證的網(wǎng)石攔擋的用法，需對其安全性能及適用條件進行深入分析?；谧钚碌腏TG 05-01-2013《公路護欄安全性能評價標準》要求，應(yīng)用Hypermesh軟件建立汽車-攔擋碰撞的有限元模型，并在LS-DYNA環(huán)境下進行計算機仿真碰撞分析，根據(jù)分析結(jié)果來研究其安全性能和適用條件。結(jié)果表明：網(wǎng)石攔擋的阻擋功能和緩沖功能能滿足C級防護標準的要求，導向功能不滿足規(guī)范要求，其安全性能不滿足規(guī)范要求；網(wǎng)石攔擋宜做警示墩使用，以警示作用為主。

【關(guān)鍵詞】Hypermesh/LS-Dyna；網(wǎng)石攔擋；安全性能；適用條件

【中圖分類號】U491

【Abstract】In order to standardize the application of Stonoe mesh guardrail used commonly on rural roads， whose safety performance did not experience verification， so it is necessary to analysis its safety performance and suitable conditions. Based on the latest JTG B05-01-2013 "highway guardrail safety performance evaluation standards" requirement， using Hypermesh to establish cars - guardrail finite element model， and simulating collision and crash Process in LS-DYNA， according to the results of the analysis to study its safety performance and suitable conditions. The results show that Stone mesh guardrail barrier function and buffering functions are to meet the requirements of the standard C-level protection， guiding function does not meet the regulatory requirements， Its safety performance does not meet the regulatory requirements； Stone mesh guardrail should make use of warning.

【Key words】Hypermesh / LS-Dyna；Stone mesh guardrail；Safety performance；Suitable conditions

1. 前言

（1）近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，特別是各地政府提出“村村通”等政策，農(nóng)村公路的通車里程不斷增長[1]。與此同時，隨著農(nóng)民收入的增加，農(nóng)村車輛數(shù)量不斷增加，但由于農(nóng)村公路設(shè)計等級較低，大部分屬于等外級公路，尤其在西南地區(qū)，地形起伏大，雨水充足，再加上道路線形較差，因此導致農(nóng)村公路交通事故頻發(fā)。根據(jù)統(tǒng)計，所有農(nóng)村公路交通事故中，其中約三分之一屬于路側(cè)安全事故，因此路側(cè)安全屬于保障農(nóng)村公路安全的重要節(jié)點[2]。網(wǎng)石攔擋是常用的一種鄉(xiāng)土化路側(cè)安全設(shè)施，車輛撞擊后對駕駛員及乘客傷害程度小，如圖1。網(wǎng)石攔擋制作工序簡單，造價低且施工方便，比較適合應(yīng)用于石材豐富的地區(qū)[3]。但網(wǎng)石攔擋的安全性能并沒有經(jīng)過系統(tǒng)、深入的分析，安全程度和適用條件還有待規(guī)范。

（2）國外對路側(cè)安全設(shè)施的安全性能的研究起步較早，成果也比較豐富，具有比較成熟的路側(cè)安全設(shè)施安全性能的評價標準，以及大型的實車實驗碰撞場[4]。國內(nèi)對路側(cè)安全設(shè)施的安全性能研究起步較

晚，并且研究較為滯后，于2013年頒布了新標準

《公路護欄安全性能評價標準》，對路側(cè)護欄安全性能的評價標準與評價流程做了詳細的介紹。由于實車實驗成本較為昂貴，因此國內(nèi)主要是利用仿真手段對路側(cè)安全性性能進行模式實驗，實車實驗只是作為仿真結(jié)果驗證?；诖?，本文利用HypermeshLs和Dyna軟件對網(wǎng)石攔擋的安全性能與使用條件進行研究。

2. 試驗方案及仿真碰撞試驗條件

2.1試驗方案

根據(jù)規(guī)范《公路護欄安全性能評價標準》的要求，分析評價網(wǎng)石攔擋安全性能的步驟。第一步：根據(jù)網(wǎng)石攔擋的防撞等級，選擇合適的碰撞車輛、碰撞的速度以及碰撞的角度等仿真試驗參數(shù)；第二步：利用Hypermesh軟件構(gòu)建車輛和網(wǎng)石攔擋的有限元模型，并導入到LS-Dyna軟件進行計算；第三步：根據(jù)LS-Dyna仿真得到的結(jié)果，從緩沖功能、導向功能以及阻擋功能三個方面對網(wǎng)石攔擋的安全性能進行評價；最后，根據(jù)安全評價結(jié)果以及評價標準對網(wǎng)石攔擋的適用條件進行分析。

2.2仿真碰撞試驗條件

鑒于網(wǎng)石攔擋的實際應(yīng)用情況，經(jīng)過軟甲你初次試碰，確定網(wǎng)石攔擋的防撞等級為 級，碰撞能量確定為 ，根據(jù) 級防撞等級，選擇中型貨車以及中型客車進行碰撞時試驗，具體的碰撞試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

3. 有限元模型建立

利用Hypermesh軟件構(gòu)建中型貨車、中型客車以及網(wǎng)石攔擋的有限元模型，為了提高模型的計算時間，模型上較大的、對仿真結(jié)果影響較小的部件，增大其劃分網(wǎng)格尺寸，確定殼單元的最小尺寸為15mm ，剛體的最小尺寸為20mm ，單元翹曲角小于 15°，車身的尺寸在20～60mm之間 。

3.1網(wǎng)石攔擋模型。

網(wǎng)石攔擋是由鋼絲、石頭以及砂漿填充組成，網(wǎng)石攔擋長度2m，寬度1m，高度1m，凈距1.5m。網(wǎng)石攔擋的一次設(shè)置最小長度<15m。在Hypermesh軟件對網(wǎng)石攔擋依次進行建模、網(wǎng)格劃分 、定義材料 、賦屬性 、作連接和接觸 ，共建立4個parts ，Nodes的數(shù)量為25414個 ，Shell為1個 ，Elements為20001個，將網(wǎng)石攔擋各部分的材料參數(shù)以及屬性如表2所示（網(wǎng)石攔檔仿真型見圖2）。

3.2試驗車型模型。

碰撞仿真試驗中，中型客車車輛總長9512mm ，寬為2453mm，總高為3152mm ，重心高度1456mm 。 中型貨車車輛總長7052mm，寬為2302mm ，總高為3640mm，重心高度為1412mm 。兩種試驗車輛的有限元模型如圖3所示。

4. 仿真碰撞過程及安全性能評價

4.1仿真碰撞過程。

利用仿真軟件對碰撞過程進行仿真，得到各試驗車輛不同時刻的碰撞狀態(tài)，如圖4所示。

4.2網(wǎng)石安全性能評價。

評價護欄安全性的指標主要有：阻擋功能、導向功能以及緩沖功能[5]。阻擋功能應(yīng)滿足：能夠阻止車輛翻越、穿過或者跨過護欄，被撞護欄構(gòu)件以及其脫離件不能進入車艙內(nèi)。導向功能應(yīng)滿足：車輛碰撞護欄后，車輛應(yīng)不會翻車[6]。緩沖功能應(yīng)滿足：駕駛員和乘客的碰撞速度的縱向和橫向速度分量都不能超過12m/s，并且碰撞后的加速度的縱向和橫向加速度不得超過200m/s2。

4.2.1阻擋功能。

根據(jù)仿真結(jié)果，可得如表3所示的試驗車輛和攔擋的實驗數(shù)據(jù)，其中車輛最大動態(tài)外傾當量值VIn 根據(jù)以下公式計算得到：

從圖4碰撞過程可以看出，兩種試驗車輛在碰撞過程中均為出現(xiàn)穿越、跨越以及騎越網(wǎng)石攔擋，且并未有試驗構(gòu)建進入車輛車艙，車輛在碰撞護欄偉出現(xiàn)翻車。因此，網(wǎng)石攔擋是滿足阻擋功能要求。

4.2.2導向功能。

根據(jù)圖4碰撞過程可知，中型貨車在碰撞后前輪嚴重受損，網(wǎng)石攔擋對試驗車輛產(chǎn)生了絆阻功能，使車輛在碰撞后不能順利推出，沿路線正常運行。因此，網(wǎng)石攔擋不滿足導向功能要求。

4.2.3緩沖功能。

（1）乘員碰撞后的加速度。

對LS-Dyna計算完成生成的nodout文件進行后處理，選擇假人頭部傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行濾波，可得到碰撞過程中假人頭部X方向和Y方向的加速度變化曲線，如圖5所示。

對車輛重心點處的傳感器的節(jié)點數(shù)據(jù)進行處理，可得車輛在碰撞過程中車輛重心處橫向和縱向的加速度變換曲線，如圖6所示：

根據(jù)圖6可得，車輛重心處橫向加速度最大值為13.636g ，縱向加速度最大值為10.042g。

即αx=13.636g，αy= 10.042g， ，分別帶入式（1）和（2）中，計算可得：

Vx=10.43m/s<12m/s

Vy=7.68m/s<12m/s

乘員碰撞后的速度分量的最大值滿足規(guī)范要求。因此，網(wǎng)石攔擋滿足緩沖功能。

綜上所屬，通過對網(wǎng)石攔擋安全性能進行仿真分析，可得網(wǎng)石攔擋能夠滿足阻擋功能以及緩沖功能，但不能滿足導向功能。

5. 網(wǎng)石攔擋適用條件分析

（1）通過以上對網(wǎng)石攔擋安全性能的仿真分析可知：網(wǎng)石攔擋滿足阻擋功能和緩沖功能，滿足規(guī)范要求的B級防撞等級，但不滿足導向功能。網(wǎng)石攔擋不滿足規(guī)范要求的導向功能，即車輛碰撞后不能夠順利導出，沿路線正常行駛，在農(nóng)村公路上，這并不影響乘員和車輛的安全。因此，網(wǎng)石攔擋可以在農(nóng)村公路上推廣應(yīng)用。

（2）但是網(wǎng)石攔擋不能滿足規(guī)范要求的導向功能，因此網(wǎng)石攔擋不符合規(guī)范要求，所以網(wǎng)石攔擋不能作為路側(cè)防撞設(shè)施推廣應(yīng)用。但網(wǎng)石攔擋在一定程度上能夠減輕事故的人員傷亡以及財產(chǎn)損失。因此網(wǎng)石攔擋在實際應(yīng)用中可以作為警示墩使用。

6. 結(jié)語

根據(jù)規(guī)范的要求，通過評估網(wǎng)石攔擋的安全性能，網(wǎng)石攔擋只滿足阻擋功能和緩沖功能，卻不滿足導向功能。因此網(wǎng)石攔擋不可作為路側(cè)防撞護欄推廣使用，而應(yīng)該用作警示墩，起警示作用。基于Hypermesh/LS-Dyna軟件進行模擬仿真的模型具有較強的可信度和可操作性，對研究路側(cè)安全設(shè)施的安全性能、保障農(nóng)村公路的安全具有一定的參考意義。

參考文獻

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