【摘要】：山區(qū)高速公路地形復(fù)雜，長大下坡路段、小半徑曲線路段、視距不良路段較多。因此車輛在山區(qū)高速公路上行駛時，駕駛員操作困難，路側(cè)事故常有發(fā)生，從而導(dǎo)致車輛與護(hù)欄發(fā)生碰撞。由于山區(qū)高速公路所處地形復(fù)雜，路側(cè)環(huán)境較差，行駛中的車輛一旦沖出路面，往往導(dǎo)致車毀人亡的嚴(yán)重后果�，F(xiàn)狀山區(qū)高速公路路側(cè)護(hù)欄存在一定的缺陷，車輛沖出路面現(xiàn)象時有發(fā)生，所以對現(xiàn)狀山區(qū)高速公路路側(cè)護(hù)欄進(jìn)行較大力撞擊分析，從而對現(xiàn)狀護(hù)欄進(jìn)行改善設(shè)計(jì)以保障山區(qū)高速公路行車安全。 本文的主要內(nèi)容為：1）依據(jù)有限元分析方法基礎(chǔ)理論運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS對一矩形物體進(jìn)行了受力分析依據(jù)有限元分析方法基礎(chǔ)理論，包括彈性力學(xué)中常用的胡克定律，以及彈性力學(xué)中求解物體應(yīng)力、應(yīng)變和位移需要的平衡方程、幾何方程和物理方程及邊界條件。并引出彈性力學(xué)求解復(fù)雜物體應(yīng)力、應(yīng)變和位移的困難及有限元分析方法的可行性。借助有限元分析軟件ANSYS對一矩形物體進(jìn)行了受力分析。2）分析了常用護(hù)欄的種類、特性及規(guī)范對護(hù)欄的要求，并建立三維山區(qū)高速公路路側(cè)護(hù)欄有限元模型常用護(hù)欄類型有三種為柔性護(hù)欄、剛性護(hù)欄和半剛性護(hù)欄。柔性護(hù)欄的主要表現(xiàn)形式為繩索護(hù)欄，其設(shè)置與環(huán)境協(xié)調(diào)但防御能力有限；剛性護(hù)欄主要表現(xiàn)形式為水泥混凝土護(hù)欄，其強(qiáng)度較大，能夠有效防御車輛沖出路面，，然而車輛與其發(fā)生碰撞時往往導(dǎo)致車輛嚴(yán)重破壞，甚至導(dǎo)致駕乘人員傷亡；半剛性護(hù)欄介于柔性護(hù)欄與剛性護(hù)欄之間比較常用，是本文的重點(diǎn)研究對象。本文依據(jù)規(guī)范中對不同碰撞等級護(hù)欄的要求，并結(jié)合山區(qū)高速公路井睦高速路側(cè)主要波形梁護(hù)欄Gr-SB-2E建立了三維有限元模型，并對模型進(jìn)行了網(wǎng)格劃分。3）分析了山區(qū)高速公路道路坡度、坡長對車輛與路側(cè)護(hù)欄碰撞速度的影響、平曲線半徑對碰撞角度的影響、車輛故障對碰撞角度的影響、車輛質(zhì)量尺寸對碰撞力的影響，并把不同情況轉(zhuǎn)化成碰撞力施加到已建立的有限元模型上結(jié)合山區(qū)高速公路的設(shè)計(jì)要求，分析計(jì)算了道路不同坡度、不同坡長、不同滾動摩擦系數(shù)對失控不同初始速度車輛的速度影響情況；分析了山區(qū)高速公路平曲線半徑大小對車輛與路側(cè)護(hù)欄碰撞角度的影響，知理論上車輛可能與護(hù)欄以0~90度之間的任一角度發(fā)生碰撞；分析了車輛爆胎事件發(fā)生后，車輛輪胎尺寸以及車輛與路側(cè)護(hù)欄之間距離對碰撞角度的影響，可知車輛爆胎后可能與護(hù)欄以0~90度之間的任一角度發(fā)生碰撞。并把不同車輛尺寸、車輛質(zhì)量及碰撞速度、碰撞角度轉(zhuǎn)化成碰撞力，并把碰撞力施加到已經(jīng)建立的護(hù)欄三維有限元模型上。4）現(xiàn)狀山區(qū)高速公路路側(cè)護(hù)欄受較大力（大型車、大角度、高速碰撞）撞擊時位移應(yīng)力分析及改善設(shè)計(jì)現(xiàn)狀山區(qū)高速公路路側(cè)護(hù)欄有限元模型施加載荷后，進(jìn)行求解計(jì)算，并顯示護(hù)欄位移及應(yīng)力圖，可知護(hù)欄在較大力（大型車、大角度、高速碰撞）撞擊時發(fā)生較大位移并且內(nèi)部應(yīng)力較大，護(hù)欄有發(fā)生斷裂的可能性。 最后，本文提出相應(yīng)的改善設(shè)計(jì)：①護(hù)欄立柱間距由原來的2米變?yōu)?米，②護(hù)欄波形梁由原來的三波變?yōu)樗牟�。并且對改善后的護(hù)欄進(jìn)行再次建立有限元模型、網(wǎng)格劃分、施加載荷、求解計(jì)算等過程，并對比了改善后護(hù)欄的位移計(jì)內(nèi)部應(yīng)力情況，可知其位移和應(yīng)力都有了明顯的較小，驗(yàn)證了本文提出的關(guān)于山區(qū)高速公路路側(cè)護(hù)欄的改善設(shè)計(jì)。
【圖文】：

第二章 有限元分析方法基礎(chǔ)理論及軟件操作簡介劃分成有限個多邊形單元，假定彈性物體內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)變都是經(jīng)過各個單元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳遞的，整個彈性物體分析就是在各個離散化的單元上進(jìn)行的。2.3 有限元分析軟件 ANSYS對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的彈性物體進(jìn)行有限元分析，采用手工計(jì)算或者借助非專業(yè)計(jì)算機(jī)軟件，其工作量會非常大。因此，對于不對稱、不均勻等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的彈性物體采用專門的有限元分析軟件將大大降低工作量，提高計(jì)算效率，從而縮短設(shè)計(jì)護(hù)欄周期，從而便于盡快投入到實(shí)踐中，在眾多有限元分析軟件中，ANSYS 軟件作為一款專門進(jìn)行有限元分析的軟件，其擁有操作方便、簡單易學(xué)、界面友好等優(yōu)點(diǎn)，ANSYS 軟件分析結(jié)果可以直觀地以圖形形式表現(xiàn)出來，具有較好的視覺效果，其界面如圖 2.3 所示。

圖 2.4 有限元分析軟件 ANSYS 建立模型A○6EA網(wǎng)格劃分，點(diǎn)擊“ANSYS Main Menu”→“Preprocessor”→“Meshing”→“Meool”，彈出“Mesh Tool”對話框，在該對話框“Size Controls：”下點(diǎn)擊“Global”Set”命令，彈出“Global Element Sizes”對話框，在“SIZE Element edge length”本框內(nèi)填入“0.5”，點(diǎn)擊“OK”后返回“Mesh Tool” 對話框，點(diǎn)擊“Mesh”命令出“Mesh Areas”對話框，點(diǎn)擊“Pick All”，點(diǎn)擊“OK”，對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分如圖 2.5 所示，至此，有限元分析前處理過程完畢，進(jìn)入載荷加載過程，進(jìn)入A○7EA；
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U417.12

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2635963