[发明专利]一种护栏的公路适应安全性能评价仿真系统及方法

权利要求书

1.一种护栏的公路适应安全性能评价仿真系统，其特征在于，包括仿真模型建立与验证模块、仿真碰撞模块、护栏的公路适应安全性能评价模块和护栏的公路适应安全性能评价结论模块，

所述仿真模型建立与验证模块包括护栏模型的建立与验证分模块、车辆模型的建立与验证分模块，

所述车辆模型建立与验证分模块根据现行评价标准规定的车辆类型和/或公路实际车流量选取的一种或多种车辆类型建立并验证车辆模型；

所述护栏模型建立与验证分模块包括基础护栏的模型建立与验证子模块和路况模型子模块，所述基础护栏模型建立与验证子模块根据护栏结构尺寸、材料型号和性能指标严格按照护栏的设计图建立基础护栏模型，并通过所述仿真碰撞模块进行仿真碰撞后的碰撞数据与现有真实护栏样品碰撞试验数据相比对，调整所述基础护栏模型使之得到验证；

所述路况模型子模块包括公路沿线设施子模块和公路基本设施子模块；所述公路沿线设施子模块将公路沿线设施如符合实际公路应用场景的护栏基础、路侧构筑物影响因素赋予所述基础护栏模型建立子模块，且所述公路基本设施子模块将公路线形、路面建设情况交通工程的影响因素赋予所述基础护栏模型建立子模块形成公路适应护栏模型；所述护栏模型的建立与验证分模块通过所述仿真碰撞模块进行仿真碰撞后的碰撞数据与现有真实护栏样品碰撞试验数据相比对，调整所述公路适应护栏模型使之得到验证；

所述护栏的公路适应安全性能评价模块包括公路适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块、护栏的公路适应安全性能评价指标设定子模块和护栏的公路适应安全性能评价及结果展示子模块；所述公路适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块参照现行标准的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点的选取要求确定碰撞条件数据和碰撞点位置数据，并根据实际情况在所述仿真碰撞模块中对碰撞点位置进行最不利分析确定最终碰撞点数据，所述仿真碰撞模块将所述碰撞条件数据和最终碰撞点数据赋予所述公路适应护栏模型和所述车辆模型进行仿真碰撞；所述护栏的公路适应安全性能评价指标设定子模块根据现行标准中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，设定所述护栏的公路适应安全性能评价指标；所述护栏的公路适应安全性能评价及结果展示子模块根据所述公路适应护栏模型和所述车辆模型的仿真碰撞数据、所述护栏的公路适应安全性能评价指标进行公路沿线设施及公路基本设施的影响程度分析，并进行护栏的公路适应安全性能评价，在公路适应护栏模型达到最大横向动态变形值之前验证所述车辆模型碰撞所述基础护栏模型的总能量变化是否超过5％、沙漏能是否超过系统初始总能量的5％、系统的总质量增加是否超过5％，验证计算结果物理形态变化是否合理，验证是否有单元爆炸，验证是否有负体积单元，考虑加载速度是否合理，若否，则需要调整修改所述车辆模型和/或所述公路适应护栏模型，若是，则给出护栏的公路适应安全性能评价结果；

所述护栏安全性能评价结论模块根据所述护栏的公路适应安全性能评价结果，将所述护栏的公路适应安全性能分为优秀、良好、一般或差，编制并输出护栏的公路适应安全性能仿真评价报告；

所述车辆模型包括车身模型、车架模型、悬架模型、车轮模型及转向系统模型，所述车身模型使用有限元模型中的壳单元建模，且所述车身模型的形状和材料属性与实际车辆相同，所述车身模型的材质至少包括钢或铝合金金属；所述车架模型使用有限元模型中的壳单元建模，所述车架模型的内部构件连接模型采用刚性点焊单元模型和/或螺栓单元模型，所述车架模型建模计算过程中的车架模型数据包括车架的有效扭转刚度、车辆部件与车架刚性连接数据弹性连数据接；所述悬架模型在有限元模型中采用简化模型，所述悬架模型的导向机构及减震器使用简单的壳体或实体单元建模，所述悬架模型的弹性元件或转向节用离散一维单元建模；所述车轮模型包括轮毂模型和轮胎模型，所述车轮模型可自由滚动，所述轮胎模型的内部用安全气囊压力体积模拟充气状态，所述轮胎模型的表面与路面之间定义有静摩擦系数建模值和动态摩擦系数建模值，所述动态摩擦系数建模值比实际轮胎动摩擦系数值低30％；所述转向系统模型包括方向盘模型、转向轴模型、转向器模型、转向横拉杆模型、减震机构模型及连接机构模型，所述转向系统模型中的转向横拉杆模型、方向盘模型和转向器模型使用壳体单元建模并进行配重，所述转向轴模型、转向横拉杆模型及连接机构模型用离散一维单元建模，所述转向系统模型还包括车辆前轮转弯组件模型；所述公路适应护栏模型使用有限元模型中的金属板壳单元建模，所述金属板壳单元采用四边形单元及三角形单元划分网格，所述三角形单元不应超过公路适应护栏模型中单元总数的5％，且在单个钣金中不应超过其单元总数的10％；所述车辆模型与所述公路适应护栏模型的验证用过实车足尺碰撞试验进行对比验证；所述车辆模型的验证通过所述车辆模型建立与验证模块进行车辆零部件验证、线形轨迹验证、过减速带验证及整车碰撞验证；所述公路适应护栏模型的验证通过所述车辆模型建立与验证模块进行护栏结构验证、护栏材料验证、护栏碰撞变形验证；所述车辆模型的各模型部件的连接和所述公路适应护栏模型的各模型部件的连接均通过焊接模型、胶粘模型及螺栓连接模型进行锚固连接；所述焊接模型使用有限元模型的刚性单元建模，焊接节点一一对应，焊接节点间的投影距离不超过7mm；焊接两个相邻板的两个焊接节点之间的最大距离不大于10mm，80％情况下不应该大于7mm；所述焊接模型的缝焊模型通过刚性连接焊缝中的各焊接节点来建模，并定义缝焊模型失效标准；所述胶粘模型胶粘处使用有限元模型的实体单元建模，如果胶粘处有结构性功能，则在重合的胶粘节点之间采用单自由度弹簧元件建模，提供足够的弹簧特性；如果胶粘处没有结构性功能，则忽略；所述螺栓连模型包括摩擦模型、接头滑移模型、螺栓张力模型、螺栓弯曲模型、螺栓剪切模型、接触定义模型、材料失效准则模型、螺栓预紧力模型和螺栓拉拔力模型。