Диссертация (1173104), страница 8
Текст из файла (страница 8)
При гидростатическом обжатии материала частицам грунта становитсятруднее сдвинуться друг относительно друга, и общая прочность грунта возрастает.Поэтому при описании поведения грунта необходимо учесть первый инвариантнапряжений, который и характеризует гидростатическое обжатие материала. Вэтом случае для моделирования грунта использовался материал *MAT_005,описанный Крейгом [73]. (1 , 2 ) = 2 − [0 + 1 + 2 2 ] = 0,где p – гидростатическое давление, a0, a1, a2 – константы материала.(11)55Для получения инкрементальных соотношений, связывающих напряжения идеформации, воспользуемся тем же подходом, что применялся при выводесоотношений для *MAT_24.
Основными предпосылками будет разбиение полноготензора напряжений на упругую и пластическую составляющую. Используяформулы (3), (4) и (6) получаем:1 = + = +9 2+ .(12)Для получения инкрементальной модели необходимо найти поверхностьтечения g и масштабный фактор .Модель материала *MAT_005 основана на ассоциированной модели течения,поэтому поверхность текучести совпадает с поверхностью течения . Найдемпроизводную поверхности текучести по пластическим деформациям, первомуинварианту тензора напряжений и второму инварианту девиатора напряжений:12= ( − 3 1 − 3 2 );112= − 3 − 9 1 2 ;(13)1√2= 0.Для нахождения масштабного фактора воспользуемся общей формулой[60] для изотропных материалов: =3∗ ( )+(1√2 29∗( )1)∗ ∗√22+() √2)∗(.(14)Для нахождения масштабного фактора подставляем уравнения (13) вуравнение (14).
После подстановки результата в формулу (12) получаем общиеинкрементальные отношения для материала MAT_005.В работах [69, 85] приведены экспериментальные данные для разныхгрунтов, с помощью которых и были подобраны характеристики рассматриваемыхгрунтов. Карта материала с диаграммой трехосного сжатия показана на рисунке2.13.56Рисунок 2.13 – Карта материала MAT_005Массивгрунтавформе цилиндрамоделируетсятвердотельнымиэлементами (рисунок 2.14).
Такая модель позволяет максимально адекватноописать контакт между стойкой и грунтом при передаче части энергии удара ТСчерез ограждение в грунт. Диаметр грунтового цилиндра должен выбираться изусловия, чтобы его граничные условия не влияли на жесткость системы стойкагрунт. Для стоек БДО диаметр цилиндра не превышает 1.5 м и по высоте – 200-300мм больше величины заглубления стоек.Рисунок 2.14 – КЭ-модель грунтового цилиндра в разрезе57Контактыэлементовмеждусобойзадавалисьautomatic_single_surface_contact [69]. Особое внимание было уделено контактудеталей разной жесткости (при моделировании ограждения – это контакты грунтстойка), т.к. жесткость пружины, добавляемой к контактирующим поверхностям,напрямую зависит от жесткости контактируемых тел.
При контакте мягких тел еежесткость может быть мала, что может привести к неустойчивости решения. Длярешения этой проблемы поверх контактируемого тела добавляют контактныеоболочки из MAT_009.При моделировании БДО мостовой группы железобетонное основаниемоделировалось твердотельными элементами без возможности разрушения.Данные допущения были введены после анализа протоколов натурных испытанийБДО, в соответствии с которыми железобетонное основание не разрушается, отрывстоек происходит при разрыве анкер-шпилек. Расчет мостовых конструкции БДОприведен в разделе 3.5.2.2.2. Особенности создания КЭ моделей ТС2.2.2.1. КЭ модель автобуса.Для разработки системы виртуальных испытаний БДО была принята вкачестве типовой хорошо отработанная КЭ-модель двухосного автобуса (рисунок2.15), находящаяся в свободном доступе на официальном сайте National HighwayTraffic Safety Administration [62].
Однако с учетом фактических ТС эта модель вкаждом расчетном случае дорабатывалась.При проведении виртуальных испытаний были нередки случаи зацепаоткрытыми гранями кузова автобуса за элементы ограждения, что приводило квозникновению ошибок и прекращению расчетов. Для решения данной проблемыоболочечными элементами были смоделированы днище и «заплатки» на аркахавтобуса (рисунок 2.16).
Заплатки контактируют с элементами конструкции58ограждения, в то время как контакт с колесом исключен для возможности поворотаколес в вертикальной плоскости и контакта его с ограждением.абвРисунок 2.15 – Исходная типовая КЭ модель автобуса: а – вид спереди, б –вид сбоку, в – вид снизуРисунок 2.16 – КЭ-модель автобуса с доработанным кузовом59Для лучшего контакта ограждения и автобуса в местах наиболееподверженным деформациям при ударе (передняя и задняя часть) была измельченасетка (рисунок 2.17).абРисунок 2.17 – Исходная КЭ сетка передней части автобуса:а – исходная, б –сетка измельченнаяНесущая конструкция автобуса, являющаяся рамой, не была подвергнутаизменениям (рисунок 2.18).Рисунок 2.18 – Конструкция рамы60Так как при проведении испытаний по ГОСТ 33129 необходиморассчитывать индекс тяжести травмирования (И) [10], то измерение ускорений потрем осям проводится при помощи виртуального акселерометра, установленного вцентре тяжести модели автобуса (Рисунок 2.19).Рисунок 2.19 – КЭ-модель виртуального акселерометраДорожные удерживающие ограждения классифицируются по уровнюудерживающей способности У1-У10 (130-600 кДж).
Испытания огражденийавтобусом проводятся при У2-У7 (190-450 кДж). Масса автобуса изменяется от 12т до 20 т при помощи установки балласта [10]. Для увеличения массы автобуса ввиртуальной модели изменяется плотность материала сидений и грузовойплатформы (рисунок 2.20) таким образом, чтобы положение центра тяжести ираспределение масс по осям удовлетворяло требованиям ГОСТ 33129- 2014.Рисунок 2.20 – Места установки балласта61Вкачествемоделиматериалабольшинстваэлементовавтобусаиспользовался кусочно-линейный материал (MAT_024) с заданием полнойдиаграммы деформирования и констант, определяющих вид диаграммы взависимости от скорости деформации [69, 87].2.2.2.2. КЭ модель легкового автомобиляКЭ-модельлегковогоавтомобиляполностьюдеформируемаяисоответствует стандартам ЕN 1317-1 и требованиям ГОСТ 33129 - 2014.
Типовыемодели легковых автомобилей большинства зарубежных марок находятся всвободном доступе на официальном сайте National Highway Traffic SafetyAdministration [69]. Эти модели для каждого расчетного случая такжедорабатываются, в основном контактные поверхности. Для проведения расчетовиспользовались Geo Metro Neon 1997 г и Dodge Neon 1996 г. Общий видрассматриваемых ТС приведен на рисунке 2.21.абРисунок 2.21 – КЭ модель автомобиля: а – Geo Metro Neon,б – Dodge Neon62В большинстве элементов модели автомобиля используется кусочнолинейный материал (MAT_024) с заданием полной (истинной) диаграммыдеформирования и констант, определяющих вид диаграммы в зависимости отскорости деформации.
Учитывая, что скорость деформирования при ударе являетсядостаточно высокой, необходим учет скорости деформирования при построениидиаграммы.Детали транспортных средств, жесткость которых много больше жесткостиэлементов, с которыми они вступают в контакт, моделировались как твердое телос плотностью и геометрией, близкой к реальным деталям.
Основные несущиеэлементы конструкции: рама, обшивка кузова и каркас имеют жесткость,соответствующую жесткости реальных элементов.Автомобиль Geo Metro Neon имеет массу 1,0 т и соответственноиспользовался при виртуальных испытаниях ограждений с удерживающейспособностью У1-У5 [10]. Автомобиль Dodge Neon массой 1,2 т использовался длявиртуальных испытаний ограждений с удерживающей способностью У6-У7 [10].Для ограждений У8-У10 в автомобиль Dodge Neon добавлялась масса в 300 кг вобласть сидений в соответствии с ГОСТ 33129.Скорость транспортных средств задавалась в соответствии с необходимойудерживающей способностью.После создания элементов ограждения и ТС они объединяются в одну общуюмодель наезда ТС на БДО.2.3. Валидация КЭ моделейДля проверки математической модели БДО и симуляционной модели наездаТС нами проводились многочисленные сравнения результатов виртуальных инатурных испытаний (валидация моделей).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
