蜂窩旋轉(zhuǎn)式公路護(hù)欄防護(hù)性能優(yōu)化

沈亞敏，王占宇，黃希賢

(1.東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院，哈爾濱 150040；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545005)

0 引言

隨著汽車保有量的持續(xù)增加，道路承受的車輛運(yùn)行壓力越來(lái)越大，易出現(xiàn)突發(fā)交通事故。在高速公路交通事故中，大量事故與路兩側(cè)的護(hù)欄碰撞相關(guān)[1]。合理的護(hù)欄設(shè)計(jì)可幫助失控車輛在與護(hù)欄碰撞后恢復(fù)到正常行駛方向，最大限度地吸收沖撞能量，減少對(duì)駕乘人員的傷害。公路護(hù)欄針對(duì)不同的地形環(huán)境應(yīng)采用不同的設(shè)計(jì)方案。

在設(shè)計(jì)研究護(hù)欄安全防護(hù)性能方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在結(jié)構(gòu)與材料方面做了大量研究。Bank等[2]將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用到防護(hù)欄上，利用材料發(fā)生彎曲破壞對(duì)車輛碰撞進(jìn)行吸能。Lee等[3]研究了旋轉(zhuǎn)式防撞護(hù)欄在SB-4高防護(hù)水平下車輛碰撞工況的乘員風(fēng)險(xiǎn)分析，利用有限元軟件進(jìn)行1.3 t轎車在80 km/h下20°的碰撞仿真。Li等[4]使用實(shí)際護(hù)欄碰撞數(shù)據(jù)，采用二元logit模型建立道路偏離碰撞嚴(yán)重度模型，比較了有無(wú)護(hù)欄碰撞時(shí)的道路偏離碰撞嚴(yán)重度。Ozcanan等[5]研究S235JR、S275JR及S355JR級(jí)鋼材制造H1W4及H2W4性能等級(jí)護(hù)欄，采用基于代理模型和多目標(biāo)遺傳算法(MOGA)對(duì)護(hù)欄安全性及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行最優(yōu)化。Hou等[6]以雙波護(hù)欄、三波護(hù)欄的尺寸為設(shè)計(jì)變量，應(yīng)用徑向基函數(shù)構(gòu)建分析目標(biāo)的回歸模型對(duì)護(hù)欄進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。崔洪軍等[7]提出一種SAm級(jí)混凝土活動(dòng)護(hù)欄以及新型的連接裝置，對(duì)護(hù)欄在緩沖、阻擋和導(dǎo)向性能上進(jìn)行了安全性評(píng)價(jià)。孫祥龍等[8]提出了一種中央分隔帶活動(dòng)護(hù)欄型式，并利用有限元軟件建立仿真模型對(duì)其進(jìn)行安全性分析。焦馳宇等[9]提出利用新型鋁合金防撞護(hù)欄代替?zhèn)鹘y(tǒng)型鋼護(hù)欄的方案，分析了在汽車碰撞下護(hù)欄連接處螺栓的承載性能以及欄桿和立柱的安全性能。雷正保等[10]運(yùn)用元胞自動(dòng)機(jī)的拓?fù)鋬?yōu)化方法對(duì)客車碰撞條件下的新型PVC護(hù)欄梁板截面耐撞性進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化分析。孫勝江等[11]提出了一種連續(xù)玄武巖纖維復(fù)合材料(BFRP)護(hù)欄，利用LS-DYNA軟件模擬BFRP護(hù)欄整個(gè)碰撞過(guò)程，與鋼制梁柱式護(hù)欄作對(duì)比。

綜上可知，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)新型結(jié)構(gòu)及材料的防撞護(hù)欄研究較廣泛，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的護(hù)欄相比，其安全防護(hù)性能得到加強(qiáng)。旋轉(zhuǎn)式防撞護(hù)欄能極大降低事故發(fā)生和人員傷亡的概率，在遇到突發(fā)情況時(shí)，提高汽車行駛的安全性[12]。國(guó)內(nèi)對(duì)旋轉(zhuǎn)式護(hù)欄的研究較少，相關(guān)規(guī)范也較少，目前應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)式防護(hù)欄存在碰撞性能差、性能衰減時(shí)間短等問題。針對(duì)我國(guó)目前高速公路匝道及公路急轉(zhuǎn)道等處交通事故頻發(fā)的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種新型蜂窩結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)式防撞護(hù)欄并進(jìn)行仿真分析，利用正交試驗(yàn)法優(yōu)化護(hù)欄結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)最優(yōu)參數(shù)下護(hù)欄安全防護(hù)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 蜂窩旋轉(zhuǎn)護(hù)欄的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型蜂窩旋轉(zhuǎn)式防撞護(hù)欄屬于半剛性護(hù)欄，主要由立柱、橫梁、旋轉(zhuǎn)桶、蜂窩內(nèi)芯以及其他連接件組成。旋轉(zhuǎn)桶外殼、橫梁和立柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考《旋轉(zhuǎn)式防撞護(hù)欄設(shè)置規(guī)范》(DB33/T888—2013)。旋轉(zhuǎn)桶外殼由EVA和聚乙烯共混物材料制成，內(nèi)部采用由鋁合金制作而成的蜂窩內(nèi)芯結(jié)構(gòu)。通過(guò)旋轉(zhuǎn)桶與內(nèi)部的鋁合金蜂窩內(nèi)芯套緊。整個(gè)旋轉(zhuǎn)桶由旋轉(zhuǎn)環(huán)支撐立在兩側(cè)橫梁中間，用螺栓將兩邊的橫梁與支撐立柱連接。當(dāng)汽車撞護(hù)欄時(shí)，外層旋轉(zhuǎn)桶結(jié)構(gòu)可以改變碰撞力的方向，減小垂直于護(hù)欄方向的應(yīng)力破壞，內(nèi)部蜂窩結(jié)構(gòu)可以保證受到外部載荷時(shí)有較好的緩沖能力，提供較大的受力面厚度。二者雙重作用下可以吸收汽車的高速?zèng)_擊能量，同時(shí)在橫梁局部受到的沖擊載荷可以分散到各個(gè)立柱上。疊加旋轉(zhuǎn)桶的轉(zhuǎn)動(dòng)使汽車可以在碰撞后實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向作用，恢復(fù)行車方向。旋轉(zhuǎn)桶結(jié)構(gòu)及蜂窩尺寸如圖1、2所示。

圖1 旋轉(zhuǎn)桶結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 蜂窩內(nèi)芯尺寸示意圖

蜂窩內(nèi)芯由2層非標(biāo)準(zhǔn)六邊形夾層組成。六邊形設(shè)計(jì)為對(duì)稱且軸心向外的邊長(zhǎng)較寬，如圖3所示。與正六邊形相比，a與b的邊長(zhǎng)變大，a與b的θ夾角增大。當(dāng)護(hù)欄發(fā)生碰撞時(shí)，向蜂窩內(nèi)芯結(jié)構(gòu)施加作用力F，b會(huì)受到a傳遞過(guò)來(lái)的力fa。對(duì)fa進(jìn)行分解，其中垂直于b邊方向的力fb產(chǎn)生變形的效果最顯著，fb大小等于fasinθ。由于θ角變大會(huì)導(dǎo)致b邊垂直受力增大，增加變形，因此本文中設(shè)計(jì)的蜂窩六邊形結(jié)構(gòu)相比正六邊形具有更大的變形位移，緩沖效果更好。

圖3 蜂窩內(nèi)芯結(jié)構(gòu)受力分析

2 碰撞系統(tǒng)有限元模型的建立

2.1 旋轉(zhuǎn)護(hù)欄模型的建立

利用UG軟件等比例建立旋轉(zhuǎn)防撞護(hù)欄三維幾何模型，導(dǎo)入ANSA軟件進(jìn)行抽中面、網(wǎng)絡(luò)劃分以及材料屬性定義等前處理工作。碰撞結(jié)果數(shù)據(jù)處理在HyperView軟件中完成。蜂窩結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)護(hù)欄如圖4所示，總長(zhǎng)8 000 mm，立柱間距700 mm，立柱總長(zhǎng)2 200 mm，埋在地下深度為1 000 mm。旋轉(zhuǎn)桶與立柱之間選用CONSTRAINED_JOINT_REVOLUTE命令建立旋轉(zhuǎn)副，保證旋轉(zhuǎn)桶被車輛碰撞之后可以以立柱為軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)。土壤與立柱的約束作用簡(jiǎn)化為在立柱埋于地表以下400 mm處實(shí)施全自由度約束[13]。旋轉(zhuǎn)護(hù)欄中的橫梁與立柱在碰撞中屬于重要受力部件，通過(guò)發(fā)生變形來(lái)吸收車輛動(dòng)能，因此在ANSA中建模時(shí)選用MAT24彈塑性材料，護(hù)欄材料參數(shù)如表1所示。

圖4 旋轉(zhuǎn)護(hù)欄有限元模型示意圖

表1 護(hù)欄材料參數(shù)

2.2 車輛-護(hù)欄有限元模型建立

車輛模型參考國(guó)內(nèi)某款小型客車和貨車，在ANSA軟件中進(jìn)行碰撞的前處理，得到整車有限元模型。為了保證仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要整車模型尺寸質(zhì)量與現(xiàn)實(shí)車輛相同。依照《公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(JTGB05—01—2013)中試驗(yàn)車輛的技術(shù)參數(shù)要求設(shè)置[14]。小型客車模型長(zhǎng)4 185 mm，寬1 732 mm，高1 610 mm，模型節(jié)點(diǎn)數(shù)為431 024；貨車模型長(zhǎng)7 000 mm、寬2160 mm、高2 720 mm，模型節(jié)點(diǎn)數(shù)為25 780。最后得到的整車-旋轉(zhuǎn)護(hù)欄的模型如圖5、6所示。

圖5 小型客車-護(hù)欄有限元模型示意圖

圖6 貨車-護(hù)欄有限元模型示意圖

為提高仿真計(jì)算的準(zhǔn)確度，對(duì)車輛與護(hù)欄接觸的區(qū)域進(jìn)行8 mm網(wǎng)格細(xì)化。為確保模型與實(shí)車的材料特性相一致，汽車模型中絕大多數(shù)部件選擇MAT24 MAT_PIECEWISE_LINEAR_PLASTICITY彈塑性材料，比如汽車的前保險(xiǎn)杠、駕駛室、車門、車架縱梁、車架橫梁、翼子板等。制動(dòng)盤、軸承蓋、變速器、發(fā)動(dòng)機(jī)等強(qiáng)度要求較高的部件選擇MAT20 MAT_RIGID剛體材料[8]。汽車抗側(cè)傾桿、變速箱、電池包、空調(diào)壓縮機(jī)、轉(zhuǎn)向泵等選用MAT9 MAT_NULL材料。汽車車窗、汽車輪胎等選擇MAT1 MAT_ELASTIC號(hào)材料。輪胎充氣在軟件中的模擬選擇ELEMENT中的AIRBAG定義。為了增加車輛模型的可靠性，參考以往文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)研究，將小型客車的胎壓設(shè)為0.3 MPa，貨車胎壓設(shè)為0.8 MPa[15]。

碰撞仿真采用的接觸類型為自動(dòng)接觸，車與旋轉(zhuǎn)護(hù)欄的接觸采用自動(dòng)的面-面接觸，車、旋轉(zhuǎn)護(hù)欄自身之間的接觸采用單面接觸，滑動(dòng)摩擦因數(shù)設(shè)置為0.15。依據(jù)《公路護(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(JTGB05—01—2013)設(shè)計(jì)碰撞仿真試驗(yàn)方案，相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表2 車-護(hù)欄碰撞仿真方案相關(guān)參數(shù)

2.3 模型有效性的驗(yàn)證

車輛與旋轉(zhuǎn)護(hù)欄有限元模型系統(tǒng)建立完成后，進(jìn)行仿真試驗(yàn)，得到的碰撞能量曲線如圖7所示。護(hù)欄碰撞系統(tǒng)中能量守恒，能量變化曲線光滑，動(dòng)能減小的同時(shí)內(nèi)能增大。小型客車模型系統(tǒng)沙漏能占比為3.15%，貨車模型系統(tǒng)沙漏能占比為3.88%，低于5%，由此可知該碰撞系統(tǒng)模型結(jié)果有效[16]。

圖7 碰撞能量曲線

2.4 碰撞仿真結(jié)果分析

小型客車與旋轉(zhuǎn)護(hù)欄碰撞后，護(hù)欄的整體變形情況如圖8所示。橫梁與立柱發(fā)生了較明顯的變形，旋轉(zhuǎn)桶在碰撞區(qū)雖沒有出現(xiàn)脫離的情況，但是受碰撞后的傾斜度較高，整個(gè)護(hù)欄的橫向變形達(dá)到了749.22 mm。

圖8 小型客車與護(hù)欄碰撞情況示意圖

貨車與旋轉(zhuǎn)護(hù)欄的碰撞情況如圖9所示。貨車相比小型客車質(zhì)量較大，旋轉(zhuǎn)護(hù)欄受碰撞后，橫梁、立柱發(fā)生了較大的變形，立柱出現(xiàn)彎折導(dǎo)致失去功能。碰撞中心區(qū)的旋轉(zhuǎn)桶撞擊痕跡較明顯，護(hù)欄出現(xiàn)傾倒的現(xiàn)象，安全防護(hù)功能失效，橫向變形達(dá)到最大值1 156.32 mm。

圖9 貨車與護(hù)欄碰撞情況示意圖

3 旋轉(zhuǎn)護(hù)欄結(jié)構(gòu)優(yōu)化

從仿真結(jié)果看，造成旋轉(zhuǎn)護(hù)欄變形最大的區(qū)域是橫梁與立柱，在碰撞的中心區(qū)需要加大護(hù)欄的橫向防護(hù)性能。故針對(duì)該情況對(duì)旋轉(zhuǎn)護(hù)欄重要部件參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，選擇運(yùn)用正交試驗(yàn)對(duì)護(hù)欄各個(gè)部件參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)組合，以提高旋轉(zhuǎn)護(hù)欄防護(hù)性能。

3.1 正交試驗(yàn)

選取立柱厚度、立柱間距、滾筒內(nèi)芯材料、護(hù)攔板厚度等4個(gè)試驗(yàn)因素，用符號(hào)A、B、C、D表示。試驗(yàn)因素和水平值見表3。

表3 試驗(yàn)的因素和水平值

蜂窩內(nèi)芯材料選取強(qiáng)度較好的鋁合金材料。參考以往文獻(xiàn)對(duì)鋁合金的研究[17-18]，選擇3種型號(hào)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，試驗(yàn)材料特性參數(shù)如表4所示。

表4 試驗(yàn)材料特性參數(shù)

確定正交試驗(yàn)因素水平表中試驗(yàn)因素和對(duì)應(yīng)的水平值，有4種因素，每種因素包括3個(gè)水平值。因此選擇L9(34)正交表。表5所示為該正交試驗(yàn)的相關(guān)元素設(shè)計(jì)方案。

表5 正交試驗(yàn)表L9(34)

根據(jù)L9(34)正交試驗(yàn)表，在ANSA軟件分別建立9種參數(shù)、材料不同的旋轉(zhuǎn)式防撞護(hù)欄有限元模型，分別導(dǎo)入LS-DYNA軟件中求解。試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值參考標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范確定。旋轉(zhuǎn)護(hù)欄對(duì)乘員的安全性能保護(hù)可以通過(guò)汽車質(zhì)心位置處加速度最大值小于等于20g來(lái)確定?！陡咚俟纷o(hù)欄安全性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG/TF83—01—2004)對(duì)高速公路護(hù)欄動(dòng)態(tài)變形量做出規(guī)定，半剛性雙波梁護(hù)欄的最大動(dòng)態(tài)變形量應(yīng)小于或等于1 000 mm[19]。本文中所設(shè)計(jì)的蜂窩結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)防撞護(hù)欄與波形梁護(hù)欄相比材料結(jié)構(gòu)有所不同，但都屬于半剛性護(hù)欄，故參考波形梁護(hù)欄的橫向最大動(dòng)態(tài)變形值作為指標(biāo)進(jìn)行分析。對(duì)小型客車和貨車分別做2次正交試驗(yàn)，選擇X、Y方向最大加速度和旋轉(zhuǎn)護(hù)欄受到碰撞時(shí)的最大動(dòng)態(tài)變形量作為目標(biāo)值，最后得到的仿真結(jié)果如表6、7所示。

表6 小型客車正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)仿真結(jié)果

3.2 極差分析

對(duì)小型客車及貨車各組仿真試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，如表8、9。極差越大，該因素水平的改變對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響越大，改變最大的因素即為主要影響因素。

表8和9中的Kij為第j列上水平號(hào)為i的各試驗(yàn)結(jié)果的和；kij表示第j列的因素取水平i時(shí)，得到試驗(yàn)結(jié)果的平均值；R為當(dāng)前列中因素的極差，等于kij所在當(dāng)前列中的數(shù)值中最大值與最小值的差值[20]。為比較各因素下水平改變導(dǎo)致的差異大小，由表8、9中的數(shù)據(jù)得到各因素水平下的變化趨勢(shì)，如圖10、11所示?？梢钥闯?，立柱厚度越大，可以給護(hù)欄提供更好的阻攔性能，但是會(huì)減小整體護(hù)欄緩沖性能，導(dǎo)致車輛碰撞加速度增加；立柱的間距越小，旋轉(zhuǎn)桶之間的距離也變小，增強(qiáng)了護(hù)欄的緩沖和導(dǎo)向性能，護(hù)欄受碰撞后的橫向位移也會(huì)減小。而間距變大后，護(hù)欄的阻擋能力變?nèi)?，因此碰撞后的橫向變形也變大，受到的阻礙小，相應(yīng)的加速度也會(huì)減小。整體上看，蜂窩內(nèi)芯材料的性能越好，對(duì)護(hù)欄的防護(hù)性能有所提升；橫梁板厚度與立柱厚度的影響大體上相似，厚度越高，阻擋能力越強(qiáng)，同時(shí)車輛碰撞時(shí)的加速度增加，對(duì)小型客車和貨車的防護(hù)性能會(huì)減弱。

表8 小型客車碰撞正交試驗(yàn)極差結(jié)果

表9 貨車碰撞正交試驗(yàn)極差結(jié)果

圖10 小型客車碰撞時(shí)各水平變化趨勢(shì)

圖11 貨車碰撞時(shí)各水平變化趨勢(shì)

根據(jù)極差大小結(jié)果排出各個(gè)因素對(duì)指標(biāo)影響的重要性。對(duì)于小型客車，因素主次順序以及單個(gè)因素下最優(yōu)組合如下：

X方向加速度：B3D1A2C2

Y方向加速度：B1C1A1D2

旋轉(zhuǎn)護(hù)欄最大動(dòng)態(tài)變形：D3A3B1C3

對(duì)因素進(jìn)行逐個(gè)分析。因素A的水平選取在各個(gè)指標(biāo)里各不相同，對(duì)于護(hù)欄變形來(lái)說(shuō)排在第2位影響因素，對(duì)于X、Y加速度指標(biāo)，為第3次要因素，綜合考慮選A2；因素B對(duì)于后2個(gè)指標(biāo)選擇B1最佳，對(duì)X方向加速度而言B3最佳，按多數(shù)傾向選擇B1；因素C則只需考慮Y方向加速度指標(biāo)，其他指標(biāo)為次要影響，選擇C1；因素D對(duì)X加速度和護(hù)欄變形位移是主要影響因素，故可選擇D2或D3。因此，對(duì)于小型客車而言，最優(yōu)方案為A2B1C1D2或A2B1C1D3。

對(duì)于貨車，單因素最優(yōu)組合及主次順序如下：

X方向加速度：B3A1D1C3

Y方向加速度：B3A2C3D1

旋轉(zhuǎn)護(hù)欄最大動(dòng)態(tài)變形：B1D3C3A1

因素A對(duì)于貨車X、Y加速度，影響排第2位，且對(duì)護(hù)欄變形影響較小，故可選A1或A2；因素B對(duì)于3個(gè)指標(biāo)均為主要因素，根據(jù)多數(shù)傾向選擇B3；因素C對(duì)于3個(gè)指標(biāo)均以C3最佳；因素D對(duì)3個(gè)指標(biāo)綜合考慮后取中間值，選擇D2。對(duì)貨車而言，最優(yōu)方案為A1B3C3D2或A2B3C3D2。

對(duì)比分析小型客車、貨車各自的最優(yōu)方案，發(fā)現(xiàn)在因素B、C的水平選擇上差異較大。因素B對(duì)貨車撞擊護(hù)欄的影響較大，B1水平時(shí)的旋轉(zhuǎn)護(hù)欄受貨車撞擊的橫向位移最小，對(duì)貨車的阻攔效果較好，且此時(shí)的X、Y方向加速度在安全范圍內(nèi)，因此選擇B1。由于因素C是材料類型的影響因素，第3水平代表7075鋁合金，而該鋁合金型號(hào)性能較強(qiáng)，常用于航空領(lǐng)域，造價(jià)較昂貴[21]。因此考慮成本問題，結(jié)合2種車型試驗(yàn)結(jié)果，選擇C1。綜上所述，最優(yōu)方案為A2B1C1D2。

表7 貨車正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)仿真結(jié)果

3.3 最優(yōu)方案仿真分析

3.3.1護(hù)欄的緩沖分析

將A2B1C1D2方案參數(shù)輸入到ANSA軟件里，導(dǎo)入LS-DYNA求解計(jì)算，得到仿真結(jié)果，見圖12。小型客車碰撞旋轉(zhuǎn)護(hù)欄X、Y方向質(zhì)心最大加速度分別為12.03g、9.16g；貨車碰撞旋轉(zhuǎn)護(hù)欄的X、Y方向質(zhì)心最大加速度分別為15.86g、11.29g，因此優(yōu)化設(shè)計(jì)后的旋轉(zhuǎn)護(hù)欄緩沖效果符合規(guī)范要求。

圖12 碰撞加速度曲線

3.3.2護(hù)欄位移與阻擋效果分析

如圖13、14，優(yōu)化后的旋轉(zhuǎn)護(hù)欄在與小型客車碰撞后的最大動(dòng)態(tài)變形位移為510.07 mm，相比優(yōu)化前的數(shù)據(jù)減少了31.9%。小型客車與旋轉(zhuǎn)護(hù)欄碰撞后沒有出現(xiàn)翻越、騎跨和穿過(guò)護(hù)欄的現(xiàn)象，旋轉(zhuǎn)筒沒有出現(xiàn)撞碎、材料失效的情況，護(hù)欄對(duì)小型客車碰撞起到了較好的阻擋作用。

圖13 旋轉(zhuǎn)護(hù)欄與小型客車碰撞時(shí)的變形曲線

圖14 小型客車碰撞運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖

如圖15、16所示，優(yōu)化后的護(hù)欄與貨車碰撞的最大動(dòng)態(tài)變形位移為905.99 mm，相比優(yōu)化前減少了21.6%。旋轉(zhuǎn)護(hù)欄中的立柱與橫梁的變形較明顯，但對(duì)貨車起到了較好的阻擋和導(dǎo)向作用，貨車沒有失控駛出路外，受阻擋后有較好的方向回正現(xiàn)象，且未出現(xiàn)絆阻的情況。

圖15 旋轉(zhuǎn)護(hù)欄與貨車碰撞時(shí)的變形曲線

圖16 貨車碰撞運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖

4 結(jié)論

1)建立的小型客車、貨車與旋轉(zhuǎn)護(hù)欄碰撞系統(tǒng)能量守恒，其中沙漏能小于系統(tǒng)總能量的5%，說(shuō)明碰撞系統(tǒng)模型可靠有效。

2)根據(jù)護(hù)欄的安全性能評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)4因素3水平的正交試驗(yàn)，分別對(duì)小型客車和貨車碰撞下的仿真結(jié)果進(jìn)行極差分析，最終得出旋轉(zhuǎn)護(hù)欄部件參數(shù)及材料類型的最優(yōu)方案為立柱厚度4.5 mm，間距700 mm，蜂窩內(nèi)芯材料選擇5052號(hào)鋁合金，橫梁板厚度4 mm。

3)對(duì)最優(yōu)方案下的旋轉(zhuǎn)護(hù)欄進(jìn)行仿真分析，小型客車碰撞旋轉(zhuǎn)護(hù)欄時(shí)X、Y方向質(zhì)心最大加速度分別為12.03g、9.16g，旋轉(zhuǎn)護(hù)欄動(dòng)態(tài)變形510.07 mm，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，且碰撞過(guò)程中起到較好的阻擋緩沖作用；貨車碰撞旋轉(zhuǎn)護(hù)欄時(shí)的X、Y方向質(zhì)心最大加速度分別為15.86g、11.29g，旋轉(zhuǎn)護(hù)欄動(dòng)態(tài)變形905.99 mm，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，碰撞過(guò)程中立柱有明顯彎折的趨勢(shì)，但能較好地緩沖導(dǎo)向。

4)與旋轉(zhuǎn)護(hù)欄的碰撞仿真試驗(yàn)中沒有考慮乘員艙內(nèi)乘員的損傷，因此后續(xù)研究中會(huì)針對(duì)假人模型碰撞損傷情況和約束系統(tǒng)的影響作進(jìn)一步分析。