[发明专利]一种基于ABAQUS的消能式滚筒及其仿真分析方法

说明书

本发明涉及一种基于ABAQUS的消能式滚筒及其仿真分析方法，关于消能式滚筒通过优化设计增设了阻尼弹簧，在车辆与其发生碰撞的过程中能够吸收更大的能量，降低事故破坏性；同时动能下降较快，进而保证车辆在撞击后能够有效的使车辆的速度很快降到一个安全值；关于仿真分析方法，利用ABAQUS建立消能式滚筒及车辆的模型，分析验证模型的有效性和可行性，获取消能式滚筒的内能曲线和动能曲线，其整体的防撞和减速效果明显由于筒体式护栏，同时也优于普通刚性、半刚性及柔性护栏。

技术领域

本发明涉及安全防护栏技术领域，特别涉及一种基于ABAQUS的消能式滚筒及其仿真分析方法。

背景技术

现役的公路路侧的安全护栏大部分采用刚性混凝土护栏、半刚性护栏及柔性护栏等。这类护栏在高速路段往往无法满足安全防护需要，尤其在山区、长大纵坡、急弯等路段，一旦发生事故，易造成巨大的人员伤亡和财产损失。因而出现了一种新型的以塑料筒体取代传统金属构造的旋转式防护栏。当车失控撞向旋转护栏时，防撞滚桶会随着旋转或挤压，将冲撞带来的能量转变为旋转的动能，减轻伤害。

滚筒式护栏属于新型交通安全设施，现行规范对其缺乏有效技术支撑，导致在国内难以大规模推广；汽车在受到撞击后，在滚筒的作用下改变前进方向，但此时仍具有较大的动能，极有可能造成二次事故；如图1所示，现有技术中的基础结构主要由立柱01、旋转桶02、U型横梁03及连接件等组成，所有钢构件均采用热镀锌防锈处理。立柱01间隔1米或0.7米，每根立柱01上安装两个旋转桶02。该旋转桶02以EVA(乙烯－醋酸乙烯酯共聚物)为主料，添加PE(聚乙烯)及相关化学助剂等17种辅料，在一定温度及压力下，制作而成，具有极高的柔韧性和回弹性，且耐温性能高，持续工作温度在-60℃和70℃之间。

此模型通常安装在高速公路匝道、连续下坡及弯道处。当车辆撞上护栏时，旋转桶自身的旋转功能及其良好的回弹性，可以大大减轻车辆和驾乘人员的受伤害程度，起到良好的保护作用。旋转桶上贴有反光条，夜间行车时，通过灯光的照射，能够充分反映出路线的轮廓，对车辆起到较好的视线诱导作用，进一步保证了行车安全。

汽车与护栏在碰撞持续时间内进行能量交换，与汽车横向合成运动速度的平方成正比的动能转化为护栏与汽车的变形能。车辆与护栏因弹性变形积蓄的能量用恢复系数k来表示，k趋近于1，塑性变形时k趋近于0。试验证明，车辆相撞时，90％～95％的碰撞动能消耗在车体的变形中。该模型在减速性能上依旧存在不足，其旋转桶02可以较自由旋转，一般的碰撞受力均可以导致旋转桶02的转动，因而会缩短其使用寿命；同时，旋转桶02转动后无法承受多余的动能，易发生二次碰撞事故；因此本发明研制了一种基于ABAQUS的消能式滚筒及其仿真分析方法，以解决现有技术中存在的问题，经检索，未发现与本发明相同或相似的技术方案。

发明内容

本发明目的是：提供一种基于ABAQUS的消能式滚筒及其仿真分析方法，以解决现有技术中筒体式护栏减速性能存在不足，进而缩短其使用寿命的问题，同时解决结构无法承受多余的动能，而易发生二次碰撞事故的问题。

本发明的技术方案是：一种基于ABAQUS的消能式滚筒，包括同轴设置的中央刚轴及若干筒体、连接筒体与中央刚轴的若干阻尼弹簧；若干所述筒体沿中央刚轴轴向等距离分布，呈环状结构且等径设置；每个所述筒体对应的若干阻尼弹簧沿中央刚轴径向等角度分布，并设置在中央刚轴外壁与筒体内壁之间。

优选的，所述中央刚轴外壁上均布若干平行于轴向设置的梯形槽，所述梯形槽内嵌套配合有梯形条，所述阻尼弹簧一端固定在梯形条外侧端面上，另一端固定在筒体内壁上。

优选的，所述中央刚轴两端部均设置有用于外连安装并实现中央刚轴转动的轴承。

基于一种基于ABAQUS的消能式滚筒，本发明还研制了一种基于ABAQUS的消能式滚筒的仿真分析方法，包括如下步骤：