Рекомендации по применению компьютерного моделирования для анализа тросовых ограждений методом конечных элементов (мкэ) Федеральное дорожное агентство

Скачать 0.59 Mb.

Название	Рекомендации по применению компьютерного моделирования для анализа тросовых ограждений методом конечных элементов (мкэ) Федеральное дорожное агентство
страница	1/3
Тип	Документы

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Документы

1 2 3

ОДМ 218.6.016-2015

ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ АНАЛИЗА ТРОСОВЫХ ОГРАЖДЕНИЙ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (МКЭ)

Федеральное дорожное агентство

(Росавтодор)

Москва 2015

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН ФГБОУ ВПО Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ).

2 ВНЕСЕН Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного Агентства Министерства Транспорта РФ.

3 ПРИНЯТ распоряжением Федерального дорожного агентства от

12.05.2015 г. № 852-р

4 имеет рекомендательный характер

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Ó Издательство ФГУП «Информавтодор», 2015

	СОДЕРЖАНИЕ	№ стр.
1	Область применения…………………………………………………	1
2	Нормативные ссылки………………………………………………..	1
3	Термины, определения и сокращения……………………………...	2
4	Основные расчетные случаи………………………………………..	5
5	Выбор метода и схемы решения……………………………………	8
6	Рекомендации по созданию КЭ сетки ограждения………………..	9
7	Рекомендации по заданию материалов и типов элементов………	21
8	Задание граничных условий………………………………………..	28
9	Задание карт контроля………………………………………………	31
10	Пример создания модели ограждения……………………………...	33
	Библиография………………………………………………………...	43
А.1	Карты секций и материалов модели троса…………………………	44
А.2	Карты секций и материалов моделей стойки и грунта……………	50
А.3	Карты контроля…………………………………………..……..……	53

ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

Рекомендации по применению компьютерного моделирования для анализа тросовых ограждений методом конечных элементов (МКЭ)

1 Область применения

1.1 Настоящий отраслевой дорожный методический документ (ОДМ) содержит рекомендации по расчетному симуляционному анализу различных конструкций тросовых дорожных ограждений безопасности, а также их элементов на базе расчетно-теоретических и экспериментальных исследований методом конечных элементов (МКЭ) с использованием мульти дисциплинарного программного комплекса нелинейной динамики на основе метода конечных элементов МКЭ). Приведены методы построения расчетных моделей тросовых дорожных ограждений, позволяющих оценивать эффективность работы отдельных компонентов ограждений (анкерных устройств, тросов, стоек).

1.2 Настоящий документ применим к расчетному анализу тросовых дорожных ограждений, используемых для обеспечения безопасности дорожного движения. Может быть использован организациями, занимающимися проектированием дорожных ограждений и их контролем в эксплуатации.

2 Нормативные ссылки

В настоящем методическом документе использованы ссылки на следующие документы:

ГОСТ Р 52607-2006 Национальный стандарт Российской Федерации. Технические средства организации дорожного движения. Ограждения дорожные удерживающие боковые для автомобилей. Общие технические требования.

ГОСТ Р 52721-2007 Технические средства организации дорожного движения. Методы испытаний дорожных ограждений.

ГОСТ 5632-2014 Легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки.

ГОСТ 25100-2011 Межгосударственный стандарт. Грунты. Классификация.

ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.

ГОСТ 10060.0-95 Бетоны. Методы контроля морозостойкости. Общие требования.

ГОСТ 25192-2012 Межгосударственный стандарт. Бетоны. Классификация и общие технические требования.

ГОСТ 380-2005 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки.

ГОСТ 8645-68 Трубы стальные прямоугольные. Сортамент.

ГОСТ 19903-74 Прокат листовой горячекатаный. Сортамент.

ГОСТ 8734-75 Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные. Сортамент.

ГОСТ 19904-90 Прокат листовой холоднокатаный. Сортамент.

ГОСТ 11371-78 Межгосударственный стандарт. Шайбы. Технические условия.

ГОСТ 5915-70 Гайки шестигранные класс точности B. Конструкция и размеры.

ГОСТ Р 52607-2006 Национальный стандарт Российской Федерации. Технические средства организации дорожного движения. Ограждения дорожные удерживающие боковые для автомобилей. Общие технические требования.

ГОСТ Р 52721-2007 Национальный стандарт Российской Федерации. Технические средства организации дорожного движения. Методы испытаний дорожных ограждений.

3 Термины, определения и обозначения

В настоящем ОДМ применены следующие термины и сокращения с соответствующими определениями:

Выбег автомобиля после прекращения контакта с ограждением		- процесс неуправляемого движения транспортного средства после прекращения контакта с ограждением.

Динамический прогиб ограждения		- Наибольшее горизонтальное смещение лицевой поверхности ограждения в поперечном направлении относительно лицевой поверхности недеформированного ограждения при наезде на него транспортного средства (автомобиля).

Индекс тяжести травмирования		- Показатель, характеризующий инерционные перегрузки, действующие на пассажиров транспортных средств при взаимодействии транспортного средства с ограждением.

Метод конечных элементов		- Метод расчетного инженерногоанализа конструкций, позволяющий расчетным путем моделировать поведение конструкций при статическом и динамическом, в том числе, ударном нагружениях.

Ограждения дорожные		- устройства, предназначенные для обеспечения движения транспорта с наименьшими рисками столкновений и съездов с дорог, предотвращения переезда через разделительную полосу, столкновения со встречным транспортным средством, наезда на массивные препятствия и сооружения, распложённые на обочине в полосе отвода дороги, на разделительной полосе, снижение риска возможности падения пешеходов с дороги или мостового сооружения, а также для упорядочения движения пешеходов и предотвращения выхода животных на проезжую часть
Рабочая ширина ограждения		- Максимальное динамическое боковое смещение кузова транспортного средства, или фрагментадорожногоограждения (в зависимости от места установки дорожного ограждения) относительно лицевой поверхности недеформированного дорожного ограждения.

Тип элемента		- совокупность параметров конечного элемента определяющих базисные функции элемента и его топологию

Топология элемента		- совокупность параметров конечного элемента, определяющих его форму

Угол наезда на ограждение		- Угол между проекциями наплоскость дороги продольных осей транспортного средства и недеформированного ограждения в начале контакта транспортного средства с ограждением.

Удерживающая способность ограждения		- Диапазоны значений энергии удара, по которым выбирают конструкции ограждений для применения в тех или иных дорожных условиях

Шаг интегрирования по времени		- приращение времени за одну итерацию

4Основные расчетные случаи

Основной целью расчетного анализаявляется получение требуемых характеристик изделия при минимальном возможном количестве натурных испытаний. Поэтому в начале методическом документебудут рассмотрены основные потребительские параметры, которым должно удовлетворять тросовое ограждение, а затем основныерасчетные случаи, позволяющие определять эти параметры.
4.1 Полномасштабный краш-тест

4.1.1 Режимы испытаний ограждений

Согласно ТР ТС 014/2011 «Технический регламент Таможенного Союза. Безопасность автомобильных дорог»[1],ГОСТ Р 52721-2007, Межгосударственному стандарту (МС) «Дороги автомобильные общего пользования. Дорожные ограждения. Технические требования», а также ОДМ 218.6.004-2011«Методические рекомендации по устройству тросовых дорожных ограждений для обеспечения безопасности на автомобильных дорогах» [2], все дорожные удерживающие ограждения должны проходить натурные испытания.Одним из основных видов испытаний, определяющих пригодность ограждения для установки на дороге, является полномасштабный краш-тест. Цель этих испытаний состоит в определении фактических показателей потребительских параметров: удерживающей способности, динамического прогиба, рабочей ширины ограждения, а также в определении фактических показателей безопасности этого ограждения для людей, находящихся в удерживаемом автомобиле, в первую очередь – индекса тяжести травмирования. Испытание осуществляется путем наезда на ограждение, установленного на испытательной площадке, транспортного средства (ТС) определенной массы, с определенной скоростью под заданным углом. Основные режимы испытаний и соответствующие им уровни удерживающей способности приведены в ГОСТ 52721-2007 и МС «Дороги автомобильные общего пользования. Дорожные ограждения. Технические требования» и «Дороги автомобильные общего пользования. Дорожные ограждения.Методы контроля».
4.1.2 Критерии оценки дорожных ограждений

Работа ограждения в процессе испытания должна удовлетворять 4 основным критериям:

- безопасности пассажиров;

- безопасности транспортного средства;

- надежность работы ограждения;

- безопасности пешеходов;

Оценку безопасности людей (пассажиров и водителя), находящихся в автомобиле при наезде на ограждение, проводят по обобщенному показателю инерционной перегрузки в центре масс автомобиля, которым является так называемый показатель индекса тяжести травмирования И:

(4.1)

где N_x, N_y, N_z – среднее значение инерционных перегрузок на рассматриваемом участке вдоль продольной, поперечной и вертикальной осей автомобиля, проходящих через центр масс.

Как следует из формулы, индекс И будет определен, если будут известны ускорения в центре масс автомобиля.

Безопасность транспортного средства, являющуюся еще и экономической характеристикой, оценивают по деформации салона (кабины) через коэффициенты сохранности внутренних размеров.Получение этого параметра возможно в случае, если расчетная модель автомобиля будет деформируемой, тогда мы получим изменение геометрии кабины. В некоторых случаях, когда значение этого парламента не превысит заданной величины, возможно применение твердотельной модели автомобиля.

ГОСТ Р 52721-2007 и перечисленные МС устанавливают следующие основные потребительские характеристики:

- при наезде испытуемого автомобиля на ограждение барьерного или комбинированного типов не произошел разрыв троса;

- при наезде грузового автомобиля в ограждении дорожной группы не произошло разрушенияоснований стоек или их вытягивания из земляного полотна;

- повреждения плиты в месте анкеровки ограждений, разрывов анкеров закладных деталей.

- при наезде автомобиля на ограждение не должен происходить отрыв и вылет тяжелых частей ограждения на проезжую часть.

На основе проведенных испытаний выделяет следующие основныепотребительские характеристикидорожных ограждений: удерживающую способность, динамический прогиб, рабочую ширину и индекс И.

Поэтому в задаче расчетного симуляционного моделировании полномасштабного краш-теста ограждения можно выделить следующие основные параметры ограждения, которые необходимо получить в результате расчета:

прогиб ограждения (Δ_п);
ускорения в центе масс автомобиля (N_x, N_y, N_z);
деформация салона автомобиля;
выбег автомобиля;
рабочая ширина;

4.2 Моделирование наезда тележкой

В некоторых случаях (СМ «Дороги автомобильные общего пользования. Дорожные ограждения.Методы контроля») проводятся испытания не всего ограждения, а его частей.При этомобычно используется наезд ударной тележкой (рисунок 4.1),

Рисунок 4.1 – Ударная тележка

Наиболее типичными случаями использования тележки являются замена одной конструкции стойки другой или установка ограждения в грунт отличный от того, в котором проводились его натурные испытания.
5 Выбор метода расчетного симуляционного анализаи расчетной схемы

Процесс столкновения автомобиля с ограждением характеризуется сложной геометрической формой ударяющихся объектов, сложными граничными условиями, высокими степенями геометрической и физической нелинейности, высокой скоростью протекания процесса. Поэтому в качестве метода решения задачи выбран численный метод - метод конечных элементов (МКЭ)в динамической постановке.Основные представления о МКЭ можно найти в [3, 4]. Основное уравнения МКЭ следующее:

(5.1)

где

- матрица масс модели, F – матрица сил; с – матрица вязкости; k – матрица жесткости;

– матрицы перемещений, скоростей и ускорений, соответственно;

Из существующих схем решения уравнения (5.1) была выбрана явная схема. При этом решение уравнений 5.1 по этой схеме имеет следующий вид:

	(5.2)
	(5.3)

Среди существующих программ, реализующих явный метод, обычно используется программный комплексLs-Dyna [5]. Все дальнейшие данные и карты будут приведены именно для этого программного комплекса.

АльтернативамиLs-Dynaмогут быть программы:MSCDytran, AltairRadios, Abaqusexplicit, Nastranexplicit, Pamcrash. Отметим, что при использовании других, в том числе и упомянутых выше программных комплексов, все приведенные в документе подходы моделирования остаются актуальными.
6Рекомендации по созданию КЭ сетки ограждения

Создание математическихконечноэлементных моделей ограждений и их элементов состоит из нескольких основных последовательно выполняемых этапов: создание геометрической модели, построение конечно-элементной сетки (КЭ сетки), задание моделей материала, типов элементов, граничных условий и карт контроля. В начале рассмотрим процесс задания КЭ-сетки на основных элементах ограждения.

Объектами расчета являются тросовые ограждения – это один из видов дорожных ограждений, основным рабочим элементом которых выступает трос. Типичная схема такого ограждения включает в себя следующие основные компоненты: тросы, стойки, гильзы и якорные (анкерные) устройства (рисунок 6.1).

Крышка стойки

Анкерное устройство

стойка

трос ограждения

гильза
$c:\users\ив\appdata\local\temp\_tc\img_0894.jpg$ $c:\users\ив\appdata\local\temp\_tc\img_0910.jpg$
Рисунок 6.1 – Основные элементы тросового ограждения

Характерными особенностями работы тросовых ограждений являются небольшие перегрузки, воздействующие на водителя в процессе удара об ограждение, и высокая энергопоглощающая способность ограждения. В качестве конструкции для создания расчетных моделей выбрана конструкция ограждения, разработанная совместно МАДИ и ООО «НПО Медиана»[6].
6.1 Общие требования к КЭ модели

6.1.1Требования к геометрии

Геометрическую модель ограждения необходимо подготовить для разбиения на конечные элементы. Из модели должны быть удалены мелкие отверстия и фаски, существенно не влияющие на жесткость конструкции и форму потери устойчивости. Поверхности сложной формы следует разбить на более простые. Пример такого разбиения поверхности на более простые приведен на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2 – Выделение простых фигур при для построения КЭ сетки

В результате такого упрощения поверхности сетка получается регулярной, т.к. каждая из полученных поверхностей имеет 4 грани. Регулярные сетки уменьшают продолжительность расчетов, а также лучше отображает формы потери устойчивости. Поэтому так где это возможно, необходимо максимально упрощать разбиваемые поверхности.
6.1.2 Требования к размеру элемента

Конечно-элементная сетка определяет, как качество решения, так и время счета. Основным условием, обеспечивающим стабильности решения явными методами, является условие Куранта-Фридрикса-Леви. Для стабильности решения в явных методах шаг по времени должен быть меньше времени прохождения волны возмущения (деформаций) по элементу:

(6.1)

где Δt – шаг по времени;

l_c – характерный размер элемента;

c–скорость звука в среде;

Из формулы следует, что уменьшение размеров элемента ведет к существенному увеличению длительности процесса счета (без изменения других параметров). С другой стороны, грубая сетка не отображает правильную форму деформации детали или резкое изменение напряжений в рассматриваемой зоне. Рекомендуемый размер оболочечного элемента при моделировании ограждений должен составлять не менее 5 мм в этом случае шаг по времени составит 10^-6c.

1 2 3

	Методические рекомендации по применению синтетического волокна для... ...		Рекомендации по применению высокоплотных асфальтобетонов на основе... Разработан обществом с ограниченной ответственностью «Инновационный технический центр» и Обществом с ограниченной ответственностью...
	Рекомендации по испытанию плёнкообразующих материалов по уходу за... Разработан обществом с ограниченной ответственностью «биотех» (к т н. С. В. Эккель, к т н. П. А. Зайцев)		Методические рекомендации по приготовлению асфальтобетонных образцов... Разработан обществом с ограниченной ответственностью «Инновационный технический центр»
	Рекомендации по контролю прочности цементобетона покрытий и оснований... Разработан обществом с ограниченной ответственностью «биотех» (к т н. С. В. Эккель, к т н. П. А. Зайцев)		Методические рекомендации по оценке влиянияна асфальтобетонные образцы... Разработан обществом с ограниченной ответственностью «Центр Метрологии, Испытаний и Стандартизации»
	Рекомендации по применению текстильно-песчаных свай при строительстве... Совместно с Обществом с ограниченной ответственностью «ДорГеоТех» (инж. Девятилов Д. А.) и Закрытым акционерным обществом «Земъспецпроект»...		Методические рекомендации по армированию асфальтобетонных слоёв дорожных... Внесен управлением эксплуатации автомобильных дорог Федерального дорожного агентства
	Методические рекомендации по использованию электромагнитных приборов... ...		Методические рекомендации работ по оценке грузоподъемности ледовых... Разработан федеральным автономным учреждением «Российский дорожный научно-исследовательский институт» (фау «росдорнии»)
	Методические рекомендации по выбору рациональных конструкций земляного... Внесен управлением строительства и проектирования автомобильных дорог Федерального дорожного агентства		Рекомендации по расчёту дренажных систем дорожных конструкций федеральное дорожное агентство Разработан федеральным государственным бюджетным учреждением «Российский дорожный научно-исследовательский институт» (фгбу «росдорнии»)...
	Положение о Фестивале компьютерного моделирования, графики и дизайна Фестиваль компьютерного моделирования, графики и дизайна (фестиваль) – это смотр знаний и умений студентов, школьников, работающей...		Рекомендации по организации автоматизированного мониторинга состояния... Разработан обществом с ограниченной ответственностью «нии прикладной Телематики» (ооо «нии пт»)
	Методические рекомендации по определению модуля упругости статическим... Разработан: рабочей группой секции №4 «Стандартизация, повышение качества и внедрение новых технологий, техники и материалов» Научно-технического...		Методические рекомендации по приготовлению асфальтобетонных смесей,... Разработан автономной некоммерческой организацией «Научно-исследовательский институт транспортно-строительного комплекса» (ано «нии...

Рекомендации по применению компьютерного моделирования для анализа тросовых ограждений методом конечных элементов (мкэ) Федеральное дорожное агентство

ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

Похожие: