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前言1

第1章　大变形结构耐撞性研究概述1

1.1　道路交通运输产业的发展形势喜人1

目录1

1.2　道路交通安全是交通运输产业持续发展的瓶颈2

1.3　护栏是确保道路交通安全的重要设施4

1.3.1　护栏的目的4

1.3.2　护栏的作用4

1.3.4　护栏的种类及特点5

1.3.3　护栏的设计要点5

1.4　国内外护栏设计技术研究概况8

1.4.1　研究历程回顾8

1.4.2　常用研究方法及特点9

1.4.3　最新研究成果14

1.5　护栏的设计条件16

1.5.1　人体伤害评价指标体系16

1.5.2　国外护栏的设计条件17

1.5.3　我国目前的护栏设计条件18

1.5.4　我国道路运输条件的新变化19

1.5.5　新形势下较合理的护栏设计条件21

1.6　现有防撞护栏存在的问题和缺陷21

1.7　高度自适应半刚性护栏的研究内容和意义22

1.8　高度自适应半刚性护栏的特点23

1.9　道路交通事故对碰撞安全技术提出的挑战24

2.1.3　质量守恒方程27

2.1.2　动量方程27

2.1.1　运动方程27

2.1　控制方程27

第2章　动态显式有限元方法27

2.1.4　能量守恒方程28

2.1.5　边界条件28

2.2　单元类型及算法28

2.2.1　Belytschko-Lin-Tsay壳单元29

2.2.2　Belytschko-Wong-Chiang单元32

2.3　材料模型和应力修正34

2.4　时间积分格式与时间步长控制35

2.5　沙漏控制39

2.5.1　沙漏特征及控制途径39

2.5.2　用于Belytschko-Lin-Tsay壳单元的沙漏控制理论40

2.6　接触-碰撞界面处理41

2.7　摩擦力计算的实现方法42

第3章　普通半刚性护栏的耐撞性分析45

3.1　撞击力的传统计算方法45

3.1.1　传统静力计算法常用的基本假设45

3.1.2　传统静力计算法确定撞击力的方法46

3.2　护栏耐撞性分析的E-FEM47

3.2.1　轿车的有限元模型49

3.2.2　护栏的有限元模型49

3.2.3　有限元模型的验证51

3.2.4　摆锤撞击半刚性桥梁护栏试验的E-FEM分析52

3.3　两波护栏与三波护栏梁板的碰撞力学特性比较55

3.4 防阻块在汽车与护栏碰撞中的作用58

4.1　正交试验设计法原理61

第4章　普通半刚性护栏的耐撞性优化分析61

4.2　普通半刚性护栏耐撞性水平的评价指标62

4.2.1　最大加速度amax63

4.2.2　加速度均值63

4.2.3　标准差63

4.2.4　人体伤害指标64

4.3　普通半刚性护栏尺寸参数对吸能能力的影响64

4.3.2　梁板波形高度对吸能能力的影响65

4.3.1　梁板厚度对吸能能力的影响65

4.3.3　梁板小角度对吸能能力的影响66

4.3.4　梁板大角度对吸能能力的影响66

4.3.5　梁板小半径对吸能能力的影响67

4.3.6　梁板大半径对吸能能力的影响67

4.3.7　防阻块、立柱厚度对吸能能力的影响68

4.4　普通半刚性护栏正交试验设计的方案69

4.4.1　因素及水平69

4.4.2　试验结果及分析69

4.4.4　护栏设计参数对头部损伤指标的影响74

4.4.3　最佳参数的选择74

4.5　最优护栏设计参数及结论77

第5章　高度自适应半刚性护栏的自适应技术研究83

5.1　高度自适应半刚性护栏的设计思想83

5.1.1　汽车与护栏碰撞的相互作用机理83

5.1.2　车辆撞击防撞护栏后引发侧翻事故的分析84

5.1.3　新型防撞护栏的设计思想86

5.2　高度自适应防阻块待求尺寸参数的分析91

5.3　立柱在碰撞中的后倾角θ2的确定92

5.4　防阻块第一类参数的优化设计95

5.4.1　复合形法的基本原理95

5.4.2　初始复合形的形成95

5.4.3　复合形法的搜索方法96

5.4.4　复合形法的计算步骤97

5.4.5　问题的提出与求解99

5.5　防阻块的预变形控制结构分析100

5.6.1　建模仿真与问题分析103

5.6　防阻块第二类参数的确定103

5.6.2　宽度对防阻块性能的影响分析105

5.6.3　壁厚对防阻块性能的影响106

5.7　与BHI型防阻块立柱组合结构的对比108

第6章　高度自适应半刚性护栏的碰撞特性研究109

6.1　汽车-护栏碰撞系统有限元模型的建立109

6.1.1　汽车模型的建立109

6.1.2　波形梁护栏有限元模型的建立113

6.1.3　其他类型波形梁护栏的有限元模型简介117

6.1.4　汽车与护栏碰撞过程中的假设和简化处理120

6.2　高度自适应半刚性护栏的整车碰撞仿真分析121

6.2.1　高度自适应半刚性护栏的大客车碰撞仿真分析121

6.2.2　小轿车碰撞高度自适应半刚性护栏过程的仿真分析125

6.2.3　高度自适应半刚性护栏与其他形式护栏性能的对比分析128

6.2.4　仿真分析中护栏跨度选取个数对其碰撞性能的影响分析129

第7章　复杂结构的大变形耐撞性分析133

7.1　耐撞性分析基本软件及其应用简介133

7.1.1　ETA/VPG133

7.1.2 LS-DYNA139

7.1.3　LS-Prepostd145

7.2　轻型货车撞击最优三波护栏的仿真分析146

7.2.1　仿真模型的建立146

7.2.2　仿真结果分析150

7.3　重型货车撞击混凝土护栏的仿真分析A161

7.3.1　带有假人的仿真模型的建立161

7.3.2　仿真结果分析165

7.4.2　仿真结果分析172

7.4.1　假人配置三点式安全带的仿真模型172

7.4　重型货车撞击混凝土护栏的仿真分析B172

7.5　重型货车撞击半刚性护栏的仿真分析C176

7.5.1　仿真模型176

7.5.2　仿真结果分析177

7.6　复杂结构大变形耐撞性分析总结184

第8章　大变形结构耐撞性的最新研究进展与展望187

8.1　动态显式有限元方法面临的挑战187

8.1.1　单元的畸变问题187

8.1.2　复杂模型中单元积分的阶188

8.1.4　冲压成形过程对材料性能的影响190

8.1.3　材料模型中材料的开裂准则问题190

8.2　理想力学特性在汽车碰撞安全性设计中的应用191

8.2.1　微型客车的碰撞安全性设计与改进策略191

8.2.2　优化微型客车的碰撞安全性193

8.2.3　微型客车碰撞安全性设计与改进的基本步骤194

8.2.4　应用实例196

8.2.5　汽车碰撞安全性研究总结197

8.3.1　增加吸能区长度的装置198

8.3　汽车碰撞能量吸收装置研制的最新进展198

8.3.2　简易螺纹剪切吸能装置202

8.3.3　具有自适应特征的螺纹剪切吸能装置205

8.4　护栏碰撞能量吸收装置研制的最新进展206

8.4.1　增加吸能能力的措施——倾斜式立柱206

8.4.2　立柱根部移动式吸能装置207

8.5　大变形结构耐撞性研究的发展展望210

参考文献212