危險品運輸罐車后部防護裝置仿真研究

0 前言

隨著中國經(jīng)濟快速發(fā)展，各行業(yè)對危險化學(xué)品的需求量日益增加，危險品運輸罐車保有量激增，與此同時危險品運輸罐車交通事故顯著增加

，特別是危險品運輸罐車發(fā)生的追尾事故是最為嚴(yán)重的交通事故類型之一，罐體破損容易引發(fā)泄露、污染、燃燒、爆炸等次生災(zāi)害

。

國家安全生產(chǎn)“十三五”、“十四五”規(guī)劃將遏制道路重大交通事故作為安全生產(chǎn)工作的重中之重。標(biāo)準(zhǔn)JT/T1285—2020中新增后部防護裝置的結(jié)構(gòu)剛強度性能要求條款，以確保其對罐體的保護作用。JT/T1285—2020中對后防護的靜壓測試裝置與GB11567—2017中規(guī)定的后下部防護裝置靜壓測試裝置相同，但試驗載荷增加一倍，即200kN

，因此，開發(fā)能夠承載200kN壓力的后部防護裝置成為亟待解決的問題。需要說明的是JT/T1285—2020規(guī)定的靜壓試驗主要測試危險品運輸罐車后防護的結(jié)構(gòu)剛強度，檢驗其對于罐體的保護作用，GB11567—2017規(guī)定的靜壓試驗主要測試后下部防護的剛強度，檢驗其對于后方追尾車輛的保護效果。

運用CAE仿真分析軟件Hypermesh、LS-dyna進行所設(shè)計危險品運輸罐車后部防護裝置的有限元仿真分析，通過仿真結(jié)果的分析，驗證了設(shè)計方案的合理性，與試驗結(jié)果對比分析證明了有限元仿真分析方法的準(zhǔn)確性及可行性。

1 后部防護裝置開發(fā)

危險品運輸罐車不同于普通貨物運輸車輛，由于其所載貨物的特殊性，危險品運輸罐車追尾碰撞引發(fā)的次生災(zāi)害遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過事故本身造成的傷害，危險品運輸罐車發(fā)生碰撞事故極易造成群死群傷事故，同時還會對環(huán)境造成重大污染。因此，加強危險品運輸罐車的防護措施，是減少事故發(fā)生的有效手段。

根據(jù)本項目的使用要求及沿線的氣候、水文、地質(zhì)等自然條件和交通量、材料等特點，結(jié)合新疆當(dāng)?shù)靥厣?，遵循因地制宜、合理選材、方便施工、利于養(yǎng)護、技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理的基本原則，進行路面結(jié)構(gòu)方案的綜合比選。

所設(shè)計危險品運輸罐車后部結(jié)構(gòu)包括后下部防護結(jié)構(gòu)1、后部防護結(jié)構(gòu)2以及車架縱梁后端截取部分3，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

(2)參照GB11567—2017中B.3.1.3的要求，選定左右兩邊最外側(cè)兩個作用點P1作為加載點，靜壓測試加載點位置如圖2所示。

后部防護結(jié)構(gòu)主要包含橫梁及連接其與車架縱梁的斜支撐結(jié)構(gòu)，后部防護裝置主要在危險品運輸罐車發(fā)生追尾、側(cè)翻、沖撞事故中保護罐體安全，避免罐體破裂引發(fā)泄露、污染、燃燒、爆炸等次生災(zāi)害。

“唯(維、惟)”是句首，句中語氣詞。[4]210如果用在判斷句中，則幫助表示判斷。[4]210-211上博楚簡三篇中“唯(維、惟)”皆為用于句首、句中的語氣詞。共14例。如：

后部防護裝置承載200kN載荷時，其結(jié)構(gòu)位移云圖如圖7所示，最大位移發(fā)生在后防護橫梁邊緣，最大位移值為9.07mm，遠(yuǎn)小于法規(guī)規(guī)定的防護裝置沿縱向方向的變形量應(yīng)不超過150mm的要求，說明后部防護裝置能夠有效保護罐體及油管等。

采用DOE分析方法確定斜梁的布置角度、采用型材類型、材料板厚的最優(yōu)方案，分析表明斜梁與縱向夾角越小，支撐效果越好，但受卸油管路箱體的布置所限，斜梁與縱梁焊接位置取縱向許用尺寸最大值；相同板厚下，方鋼管的支撐強度大于槽鋼的支撐強度，同一型材隨著板厚的增加，支撐強度增加；采用單一斜梁支撐時，支撐剛強度達(dá)不到法規(guī)要求，斜梁與縱梁接觸位置由于應(yīng)力集中，應(yīng)力及應(yīng)變數(shù)值偏大，存在開裂風(fēng)險，因此，后部防護裝置單側(cè)設(shè)置兩個平行分布的斜梁，兩端分別與后防護橫梁及車架縱梁連接。

宋睿更用睿言智語闡釋了云圖控股對未來的判斷?！皫啄昵拔揖驼f過，復(fù)合肥企業(yè)的好日子一去不復(fù)返了。農(nóng)資產(chǎn)業(yè)過去二十年經(jīng)歷了三個階段，2018年又出現(xiàn)了分水嶺。各種政策疊加令形勢吃緊，今年又出現(xiàn)一波獨立行情，原材料瘋漲，復(fù)合肥價格不動?！彼晤ＵJ(rèn)為，一個生產(chǎn)企業(yè)必須準(zhǔn)確預(yù)測到五年，乃至更長時間的市場格局。云圖看終局，復(fù)合肥就是一個加工行業(yè)。未來誰掌控資源，誰才有拓展市場的能力。宋睿強調(diào)：“隨著一些資源項目投產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)鏈的進一步延長，云圖控股將拿出一部分利潤，讓經(jīng)銷商贏回市場、贏得尊重。”

按照上述規(guī)定進行靜壓試驗，進行試驗后后部防護裝置自身及其與車架連接處不得發(fā)生斷裂，且車輛后部防護裝置沿縱向方向的變形量應(yīng)不超過150mm。

2 后部防護裝置強度試驗要求

JT/T1285—2020規(guī)定其后防護試驗載荷參照GB11567—2017所規(guī)定的加載裝置將規(guī)定的載荷加載到后部防護裝置上

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加載點要求：

(1)加載點位于縱梁在后部防護裝置后端面上投影所形成的區(qū)域并沿車輛橫向左右延伸至后下部防護裝置兩段所形成的平面上，并且加載點不應(yīng)低于縱梁下表面；

后下部防護結(jié)構(gòu)在車架縱梁下方，在乘用車追尾危險品運輸罐車事故中，阻止轎車鉆入車架底板，防止轎車侵入過大或被削頂，進而保護乘用車乘員的安全。

試驗載荷：

很快警察就在閣樓里搜出一副指紋模具手套、一本逃生日記以及制作逃生裝置的材料，指紋手套是杜朗的，但卻沒能找到杜朗本人。

采用Hypermesh軟件進行靜壓有限元仿真分析模型的前處理，通過Hypermesh進行部件及加載裝置的網(wǎng)格劃分、板厚屬性及材料參數(shù)的設(shè)置，并定義加載工況。

技術(shù)要求：

以下以最終方案為例，進行仿真分析方法的闡述。

加載裝置高度為250mm，寬度為200mm，加載面與其他側(cè)面的倒角半徑為5mm±1mm。

表1的課程設(shè)計主要依據(jù)多元識讀教學(xué)法的理論框架、教學(xué)模式和獨立學(xué)院多元識讀的教學(xué)模型。該教材每單元需分配12學(xué)時來完成，本塊對涉及的閱讀文本進行了詳細(xì)的課程設(shè)計。該表格總共分為5個步驟，并分為6個模塊進行相應(yīng)的指導(dǎo)，分別為任務(wù)描述，訓(xùn)練技能，設(shè)計重點，模態(tài)選擇，教學(xué)模式和完成形式。

根據(jù)以上要求，所述危險品運輸罐車后部防護裝置根據(jù)JT/T 1285—2020靜壓試驗標(biāo)準(zhǔn)確定加載點位置，加載點位置如圖3所示。

3 有限元仿真模型搭建

有限元仿真模型能夠準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)特征、材料力學(xué)屬性、零件連接方式、試驗工況等，并得到高精度的仿真模型。目前，有限元碰撞仿真分析在保證精準(zhǔn)度的同時能夠?qū)崿F(xiàn)快速研發(fā)，已成為汽車設(shè)計最主要的研發(fā)手段，能夠縮短研發(fā)周期并降低研發(fā)試驗費用。

每點加載力為200kN或車輛最大設(shè)計總質(zhì)量大小的水平載荷，取兩者較小值。

試驗時，截取車架縱梁部分前端通過螺栓固定在實驗臺上，此處通過在連接板螺栓孔邊緣限制所有節(jié)點X、Y、Z三方向自由度模擬。定義完成的有限元仿真模型如圖5所示。

由于結(jié)構(gòu)型材均為薄壁結(jié)構(gòu)，因此采用二維SHELL單元在各板件中面進行網(wǎng)格劃分，為保證仿真精度，單元邊長定義為8mm，并賦予板厚屬性；各管件采用二保焊進行連接，在有限元模型中采用共節(jié)點或RBE2單元連接進行模擬，壓頭剛強度大，在實驗時變形量極小，因此通過SHELL單元建立其外表面，并采用Mat20剛性單元模擬

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材料本構(gòu)關(guān)系的準(zhǔn)確輸入能夠保證有限元仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，材料屬性定義時需輸入準(zhǔn)確的真實應(yīng)力應(yīng)變曲線，但鋼材在不同應(yīng)變率下表現(xiàn)出的性能不同，隨著應(yīng)變率的增加，鋼材在同一應(yīng)變下表現(xiàn)出更高的應(yīng)力水平，且應(yīng)變率越大，表現(xiàn)出的應(yīng)力水平越高。

車架縱梁、后防護及后下部防護均選用抗沖擊性能良好的Q345B型材，由于靜壓測試壓頭對結(jié)構(gòu)的壓縮速度緩慢，因此不考慮應(yīng)變率對材料參數(shù)的影響，其應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖4所示。

方案2：西攔沙堤共長6488m。其中堤跟段長2000m，堤頂高程為5.0m；堤身段長3494m，堤頂高程為2.0m；堤頭段長994m，堤頂高程為-1.0m。東攔沙堤共長6210m。其中堤跟段長2000m，堤頂高程為9.0m；堤身段長3186m，堤頂高程為2.0m；堤頭段長1024m，堤頂高程為-1.0m。

4 有限元仿真分析及試驗驗證

4.1 有限元仿真分析

由于試驗靜態(tài)加載力較大，為200kN，后防護裝置在受力過程中可能發(fā)生塑性變形，同時，加載裝置對后防護裝置加載過程中，兩者接觸的面積隨加載會發(fā)生變化，此類問題屬于典型的接觸非線性與材料非線性分析，因此，采用LS-Dyna作為非線性問題求解器。

為研究后部防護裝置的抗壓能力，對加載裝置施加強制位移80mm，得到加載位移與承載壓力的關(guān)系曲線

，如圖6所示；當(dāng)壓頭加載位移7.56mm時，后防護承載壓力為200kN，由曲線可知吸能裝置安裝結(jié)構(gòu)最大承載能力350kN。

后部防護設(shè)計的要點在于能夠承受車輛后方縱向的沖擊力，而后部防護裝置橫梁由于橫向布置，難以承受縱向沖擊力，需設(shè)置梁系將縱向沖擊力傳遞至車身縱梁，由縱梁給予可靠支撐。

“我這輩子最大的幸福，就是自己所做的一切，都和祖國緊緊地聯(lián)系在一起。我最大的心愿就是國家強起來，國防強起來。”

金屬材料的應(yīng)力、應(yīng)變水平是衡量其斷裂與否的重要指標(biāo)，后部防護裝置承載200kN載荷時，其結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖如圖8所示，最大應(yīng)力發(fā)生在加載裝置與后防護橫梁接觸位置，最大應(yīng)力為394MPa，大于Q345B屈服強度345MPa，遠(yuǎn)小于材料抗拉強度510MPa-600MPa，同時，斜梁與縱梁焊接位置、不同截面鋼管焊接位置均表現(xiàn)出較高應(yīng)力水平，主要原因為這些位置剛度過度較大，產(chǎn)生了局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，但應(yīng)力水平均小于材料的抗拉強度；安裝結(jié)構(gòu)應(yīng)變云圖如圖9所示，最大塑性應(yīng)變發(fā)生在加載裝置與后防護橫梁接觸位置，最大塑性應(yīng)變?yōu)?.57%，遠(yuǎn)小于Q345B材料斷裂百分比21%；綜上，后部防護裝置強度滿足靜態(tài)加載試驗要求，不會產(chǎn)生材料斷裂現(xiàn)象。

永和十一年，王右軍誓墓去會稽郡，歸隱浙江剡東，確切的地點于剡東何處？為使后人研究書圣的書法藝術(shù)風(fēng)格形成和發(fā)展、人生軌跡的變化，當(dāng)時社會狀況、人文環(huán)境、自然環(huán)境等，有必要進行探討。

4.2 靜態(tài)壓縮試驗驗證

根據(jù)JT/T 1285—2020后防護靜壓試驗要求進行試驗，為方便加載裝置加載，后部防護裝置豎直方向反向固定在試驗臺上，加載裝置以1.5mm/s的速度進行加載，后防護靜態(tài)加載試驗如圖10所示。

試驗結(jié)果顯示壓頭加載200kN時，最大位移為8.75mm，位置發(fā)生在后防護橫梁外側(cè)邊緣，與仿真結(jié)果一致；仿真分析最大位移數(shù)據(jù)9.07mm與試驗數(shù)據(jù)8.75mm對比，仿真誤差為3.6%，說明仿真精度能夠滿足開發(fā)的要求，并且試驗后后部防護裝置自身及其與車架連接處未發(fā)生斷裂現(xiàn)象，與仿真結(jié)果一致，結(jié)構(gòu)強度滿足法規(guī)要求。

基于大數(shù)據(jù)的智慧企業(yè)信息化建設(shè)與管理研究——以廣西中小企業(yè)為例 ………………………………………… 莫錦萍（1/11）

5 結(jié)論

針對危險品運輸罐車交通事故顯著增加的現(xiàn)狀，應(yīng)用有限元仿真分析方法，建立所設(shè)計危險品運輸罐車后防護有限元靜壓仿真分析模型，依據(jù)JT/T 1285—2020靜態(tài)加載試驗法規(guī)對后防護裝置開展靜態(tài)加載仿真計算，獲得加載力與加載位移關(guān)系曲線、安裝結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)，仿真結(jié)果證明安裝結(jié)構(gòu)具有足夠的結(jié)構(gòu)強度及剛度，滿足JT/T 1285—2020靜態(tài)加載試驗法規(guī)要求。

通過仿真分析研究，驗證了危險品運輸罐車后防護設(shè)計的合理性，與試驗結(jié)果對比證明有限元仿真分析精度高、方法可靠。有限元仿真分析方法在保證仿真精度的同時能夠?qū)崿F(xiàn)快速研發(fā)，為危險品運輸罐車后部防護裝置的研發(fā)提供了研發(fā)思路及理論依據(jù)。

后防護裝置以JT/T 1285—2020靜態(tài)加載試驗法規(guī)為依據(jù)進行研究，但實際追尾等碰撞工況下，涉及結(jié)構(gòu)剛強度、碰撞加速度、碰撞能量吸收等問題，同時涉及碰撞相容性問題，因此，其力學(xué)性能表現(xiàn)如何需進一步研究討論。

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