Диссертация (1173104), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Как уже указывалось, натурныеиспытания проводились в ИЦ НАМИ и были предоставлены изготовителями БДО.63Ниже рассмотрен типовой пример валидации КЭ-модели БДО марки21ДО/300-0,75х2,0. Проведено сравнение результатов работы модели с натурнымииспытаниями (протокол испытаний ИЦ НАМИ № 928/U0/33128/MS/101-17).Общая длина моделируемого участка составляла 84 м (рисунок 2.22), чтосоответствует длине испытательного участка при натурных испытаниях.
Концевыеучастки ограждения не моделировались. Вместо них задавалось жесткоеограничение на перемещение концов балок. Проведенные нами исследованияработы концевых участков показали, что такой прием сокращает существенновремя расчета и незначительно влияет на результаты при рассматриваемой длинерабочего участка.Рисунок 2.22 – КЭ модель ограждения марки 21ДО/300-0,75х2,0Скорость автобуса в момент наезда составляла 68,33 км/ч, угол наезда -20 °,энергия удара – 316 кДж. Последовательные кадры кинограмм натурных ивиртуальных испытаний БДО наездом автобуса с шагом 0,3с приведены на рисунке2.23. Рассмотрение положений и деформации БДО и ТС показывает практическоесовпадение процессов движения ТС и деформации БДО.На рисунке 2.24 приведен график перемещений балки БДО в районе стоек№13-27.
Эти результаты важны для анализа работы ограждения на стадиипроектирования и могут быть получены только при виртуальных испытаниях. Так64два «горба» на графиках указывают на наличие разворота автобуса и второго удараего задней частью.0,3с0,6с0,9с1,2с1,4сабРисунок 2.23 – Кинограммы процесса наезда автобуса на ограждение марки21ДО/300-0,75x2,0: а – натурные испытания, б – виртуальные испытания65Рисунок 2.24 – График перемещений лицевой поверхности балки в районе стоек№13-27Сравнение перемещений точек балки в районе стоек при натурных ивиртуальных испытаниях рассматриваемой конструкции представлено в таблице2.1.Таблица 2.1 – Сравнение перемещений точек балки в районе стоек при натурныхи виртуальных испытаниях№ стойки, взоне которойпроизводилисьзамеры131415161718192021222324252627Остаточный прогиб ограждения, измеренный поверхней кромке балки ограждения, ммНатурные испытанияКЭ расчетРазличиерезультатов,%0001303307007901190139014871475144513401150425130012430063089412481277140214501313125011004161370591013586297425066Среднее значение различия в величинах максимального остаточногопрогиба, замеренное при натурных и определенное в виртуальных испытанияхсоставило 6 %.Для оценки безопасности пассажиров определялся индекс тяжеститравмирования И [10]: 2 20.5 2И= [(12 ) + ( 9 ) + (10) ],где Nx –среднее значение инерционных перегрузок на рассматриваемом участкевдоль продольной оси транспортного средства, проходящей через центр масс, м/с2;Ny – среднее значение инерционных перегрузок на рассматриваемом участке вдольпоперечной оси транспортного средства, проходящей через центр масс, м/с2; Nz –среднее значение инерционных перегрузок на рассматриваемом участке вдольвертикальной оси транспортного средства, проходящей через центр масс, м/с.На рисунке 2.22 приведен график изменения индекса тяжести травмированияИ по времени, полученного при виртуальном испытании и представляющего собойосредненную величину ускорений в центре тяжести автобуса [57].Рисунок 2.22 – График изменения индекса тяжести травмирования ограждениямарки 21ДО/300-0,75x2,067По результатам виртуальных испытаний индекс тяжести травмирования ИВ =0,15.
По результатам натурных испытаний индекс тяжести травмирования ИН =14.Различие в величинах И составляет 7%. В соответствии с нормативнымидокументами допускается различие результатов натурных и виртуальныхиспытаний до 15 %, однако практический анализ показывает, что это различиеобычно значительно меньше.Многочисленные исследования и сравнения с данными натурных испытанийБДО при наезде различных ТС (проведено более 17 сравнений) показали, чторезультатывиртуальныхиспытанийсиспользованиемсимуляционногоматематического моделирования на основе МКЭ позволяют получить адекватнуюкартину испытаний, и результаты с достаточной степенью точности совпадают спроведенными натурными испытаниями.
Это позволило рекомендовать внедрениеметодикивиртуальныхиспытанийБДОдляпроектированияиоценкиконструкций.2.4. Выводы по главе 2В главе приведена и обоснована расчетная схема виртуальных испытанийБДО. Расчетная схема позволяет определять все необходимые потребительскиехарактеристики ограждения: динамический прогиб, рабочую ширину, а такжехарактеристики поведения ТС при наезде, в том числе, индекс тяжеститравмирования, выезд из допустимого коридора и др.Проведенные нами многочисленные (более 80 виртуальных испытаний)исследования и сравнительный анализ имеющихся результатов натурныхиспытаний проведенных в ИЦ НАМИ и предоставленных изготовителями БДО, сданными виртуальных испытаний показал, что расчетный метод дает близкиезначенияпотребительскиххарактеристик,ипреимуществопоследнегозаключается в большей информативности результатов, что позволяет эффективнобез значительных затрат проводить с его помощью анализ влияния различныхфакторов – конструктивных особенностей БДО, материалов, особенностей68проектных решений (установки на дороге).
Использование вышеизложенноймодели позволяет проводить исследования по влиянию параметров ограждения(шаг стоек, тип стоек, толщина балки и т.д.) на потребительские характеристикиограждения. В результате этих исследований был также сформулирован порядокиспользованиявиртуальныхиспытанийприконструкций БДО, который приведен в главе 4.сертификационнойоценке69ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВБАРЬЕРНЫХ ДОРОЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ НА ИХ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕХАРАКТЕРИСТИКИРассмотрение нормативных документов, регламентирующих требования кдорожным ограждениям, показывает, что в них отсутствует какое-либо разделениеБДО на отдельные конструктивные виды.
Однако подробный анализ барьерныхограждений и история их развития позволяют классифицировать БДО по 3-мосновным элементам: типу балки, типу консоли и типу стоек (рисунок 3.1).ТипыбалокW-образнаяC – образная3NТипыконсолейКАКЖКЖНКОКПСДМШвеллерДвутаврТипыстоекСДПСДССДЕРисунок 3.1 – Основные конструктивные элементы существующихбарьерных огражденийОпределенное сочетание перечисленных элементов в одной конструкцииобладает своими преимуществами и недостатками и влияет на удерживающуюспособность и эффективность ограждений. Глава 3 посвящена анализу70конструктивных параметров и их сочетаний на потребительские характеристикиБДО.3.1. Анализ конструкции БДО с применением W-образной балкиСамое широкое распространение получили барьерные ограждения сиспользованием 2-волновой W-образной балки и консоль-амортизатора (КА).Рисунок 3.2 – Барьерное ограждение с использованием W-образной балкиШирокоераспространениерассматриваемойконструкциисвязаносвведением ГОСТ 26804 [5], в котором было приведено рассматриваемое решение ибольшинство изготовителей долгое время производили только данные ограждения.Основным недостатком ограждения является отрыв колеса легкового автомобиляпри наезде, что можно объяснить совокупностью двух факторов:1) большим расстоянием между балкой ограждения и поверхностью дороги(более 400 мм).
При наезде легковое ТС деформирует балку и «ныряет» под нее;2) при наезде ТС балка дорожного ограждения передает усилия на консольамортизаторы, которые не обеспечивают достаточную энергоемкость дляпоглощения такой энергии и деформируются (рисунок 3.3), таким образом ТСвступает в контакт со стойкой (рисунок 3.4), что и приводит к отрыву колеса илиразвороту ТС относительно стойки.71ДеформированныеКАРисунок 3.3 - Деформации КА при наезде автомобиляРисунок 3.4 – Контакт колеса легкового автомобиля и стойки БДОРезультаты проведенных исследований подтверждаются и проведенныминатурными испытаниями.
На рисунке 3.5 приведен вид легкового автомобиляпосле испытаний ограждения марки 21ДО/У2(250)-С-0,75-2,0 ООО Предприятие«ПИК» (протокол натурных испытаний ИЦ «НАМИ» №1390U0/33128/MS/113-17).72Рисунок 3.5 –Повреждение легкового автомобиля при наезде на ограждение21ДО/У3(250)-С-0,75-2,0 с применением КАТо же самое наблюдается и при использовании стоек из швеллера №14 и№16. Вид дорожного ограждения БДО марки 21ДО/250-0,75Ш14х2,0 после наездалегкового транспортного средства представлен на рисунке 3.6Рисунок 3.6 - Вид дорожного ограждения 21ДО/250-0,75Ш14х2,0 посленаезда легкового транспортного средства73Несмотря на вышеуказанные недостатки БДО с применением W-образнойбалки, они соответствуют требованиям безопасности, так как останавливают ТС впределах регламентированного коридора с допустимой величиной индекса тяжеститравмирования, хотя он получает предельное значение (от 0,7 до 1,0).Основным недостатком ограждений с применением W -образных балок и КАпри наезде автобуса или грузового ТС является жесткое закрепление балкиограждения с КА с использованием шайбы (пластины) 80х40х4 мм с лицевойповерхности балки (рисунок 2.12, а).
В процессе наезда после закритическогопрогиба (прогиб, при котором для предотвращения переезда ТС через ограждениябалка должна оторваться от стойки - термин введен В.А. Астровым [2]) балкаограждения не отрывается от стойки, вследствие чего уходит под автобус (рисунок3.7).Рисунок 3.7 – Результаты виртуального испытания ограждения21ДО/(250)-0,75-2,0СТаким образом, в ограждениях с W-образной балкой нецелесообразноприменять нежесткие стойки (Ш12, гнутый С-образный профиль 120х55х18х5), таккак основная энергия удара приходится на стойки. Оптимальным сочетаниемявляется балка толщиной 2,5-3 мм и стойки из швеллера №16 или гнутого П-74образного профиля 165х75х6. При использовании слабых стоек необходимоиспользовать балку толщиной 4 мм и крепить ее к КА без пластины (шайбы).Так как состав легковых автомобилей в потоке на основных дорогах обычноболее70%отобщегопотока,принималосьмножествопопытокусовершенствования конструкций БДО, в том числе для предотвращения контактаколеса автомобиля и стойки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
