MODELOWANIE KOŃCÓWEK ODCINKA BARIERY SP-05/2 DO ZASTOSOWANIA W SYMULACJI TESTÓW ZDERZENIOWYCH

Transkrypt

1 MODELOWANIE INŻYNIERSKIE 2016 nr 60, ISSN X MODELOWANIE KOŃCÓWEK ODCINKA BARIERY SP-05/2 DO ZASTOSOWANIA W SYMULACJI TESTÓW ZDERZENIOWYCH Daniel B. Nycz 1b 1 Instytut Techniczny, Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Jana Grodka w Sanoku b daniel.nycz@interia.pl Streszczenie Przedmiotem pracy jest modelowanie numeryczne końcówki bariery SP-05/2. Bariera składa się z prowadnicy B (segmenty o długości całkowitej 4,30 m i długości efektywnej 4,00 m), słupków Sigma-100, wsporników trapezowych, podkładek prostokątnych i śrub M16 klasy wytrzymałości 4.6. Końcówka bariery jest odcinkiem o długości 12,0 m, z ukośną prowadnicą typu B, zakończoną łącznikiem czołowym pojedynczym. Występują w niej słupki o różnych długościach, w odstępach 2 m (4 odcinki) i 4 m (1 odcinek). W węźle łączącym końcówkę bariery z prowadnicą poziomą występuje łącznik ukośno-poziomy prowadnicy, dostosowany do kształtu prowadnicy B. Łącznik czołowy pojedynczy jest położony pod powierzchnią gruntu. W pracy dokonano odwzorowania ukośnych końcówek odcinka testowego bariery SP-05/2, zagłębionych w poboczu utwardzonym, za pomocą dyskretnego elementu belkowego o charakterystykach sprężysto-plastycznych, usytuowanego na poziomie osi wzdłużnej prowadnicy B w skrajnym węźle odcinka poziomego prowadnicy. Charakterystyki sprężysto-plastyczne końcówki bariery wyznaczono numerycznie. Odwzorowanie umożliwia uproszczenie i skrócenie czasu symulacji testów zderzeniowych bariery SP-05/2. Słowa kluczowe: końcówka drogowej bariery ochronnej; modelowanie numeryczne; wirtualne testy zderzeniowe TB32 MODELLING OF ENDS OF SP-50/2 ROAD BARRIER SEGMENT FOR APPLICATION TO CRASH TESTS SIMULATIONS Summary The subject of the work is numerical modeling of an end of SP-05/2 road barrier. The barrier consists of a B-type guiderail (segments of a total length of 4,30 m and an effective length of 4,00 m), Sigma-100 posts, trapezoidal brackets, rectangular pads and M16 screws of a 4.6 strength class. A barrier end is a 12,0 m long section with a sloping B-type guiderail, ended by a frontal single joining piece. There are posts of different lengths at 2 m (4 sections) and 4 m (1 section) intervals. In the joint linking the barrier end with the horizontal guiderail, there occurs an oblique-horizontal joining piece adapted to a B-type guiderail shape. Frontal single joining piece is located under the ground. In the work, a sloping end of the tested segment of a SP-05/2 barrier, embedded into a paved roadside, was modeled by a discrete beam element with elastic-plastic characteristics, located along with the longitudinal axis of a B-type guiderail in the external joint of a guiderail horizontal segment. Elastic-plastic characteristics of the barrier end were determined numerically. The mapping allows to simplify and shorten the simulation time of crash tests of a SP-05/2 barrier. Keywords: end of protective road barrier, numerical modelling, TB32 virtual crash tests 44

2 Daniel B. Nycz 1. WSTĘP Zgodnie z normami [11, 12] testy zderzeniowe certyfikujące drogowe bariery ochronne wykonuje się eksperymentalnie na odcinku bariery. Długość oraz końcówki odcinka testowego bariery określa producent. Warunki przyjęcia badania zderzeniowego obejmują następujące parametry funkcjonalności bariery: poziom powstrzymywania, ASI, THIV, VCDI, szerokość pracującą, pole wyjścia, penetrację pojazdu w barierę, penetrację bariery w pojazd, ciągłość bariery, ruch pojazdu w czasie i po zakończeniu kolizji z barierą. Po przeprowadzonym teście zderzeniowym należy potwierdzić, że długość instalacji jest wystarczająca do wykazania pełnego działania systemu [12]. Jest to określone przez statyczne ugięcie boczne bariery, które nie powinno sięgać skrajnych mocowań badanej instalacji. Wymaga to, aby statyczne ugięcia boczne pierwszego i ostatniego odcinka bariery (lub pierwszej i ostatniej sekcji pomiędzy dwoma słupkami) były równe zeru (w granicach tolerancji pomiaru) (rys. 1a). Jeżeli mocowania zapobiegają ugięciom bocznym dla całego pierwszego/ostatniego elementu, wówczas statyczne ugięcie boczne dla kolejnego elementu powinno być równe zeru (w granicach tolerancji pomiaru) (rys. 1b). W przypadku zastosowania ukośnych końcówek bariery pierwsza i ostatnia sekcja pomiędzy dwoma słupkami odnosi się do poziomego odcinka prowadnicy. Wynika stąd, że pierwszy (najwyższy) słupek końcówki bariery może doznać tylko przemieszczenia wzdłuż odcinka bariery. Norma [13] wprowadza możliwość certyfikacji drogowych barier ochronnych nieznacznie zmodyfikowanych w stosunku do tzw. bariery nadrzędnej (certyfikowanej eksperymentalnie). Otwiera to pole do rozwijania modelowania numerycznego i symulacji drogowych testów zderzeniowych. W świetle przepisów normy [2] końcówki ukośne odcinka testowego bariery zachowują integralność i doznają przemieszczeń tylko w swojej płaszczyźnie. Zasadne jest zatem zastąpienie końcówki bariery elementem sprężysto-plastycznym na poziomie osi wzdłużnej prowadnicy B w skrajnym węźle odcinka poziomego. W pracy [8] przeprowadzono modelowanie numeryczne i symulację testów zderzeniowych wymaganych dla poziomu powstrzymywania H1 według normy EN 1317 (TB11 i TB42). Wyniki symulacji uzyskanych za pomocą kodu LS-DYNA porównano z wynikami testów eksperymentalnych. Modele numeryczne pojazdów zaczerpnięto z biblioteki publicznej NCAC [17] i poddano niezbędnym modyfikacjom. Dla testu TB11 modelowano odcinek bariery o długości 24 m, a dla testu TB42 odcinek o długości 38 m. Części bariery modelowano, stosując elementy powłokowe pełnocałkowalne, z pięcioma punktami na grubości w strefie zderzenia oraz elementy powłokowe Belytschko-Tsay z trzema punktami na grubości poza tą strefą. Złącza śrubowe prowadnica/słupek modelowano za pomocą liniowych elementów belkowych Hughes-Liu lub za pomocą więzów typu Spot-Weld [9, 10]. Parametry złączy wyznaczono metodą eksperymentalnonumeryczną, bazującą na teście rozciągania złącza. Dalsze części bariery odwzorowano za pomocą elementów sprężystych z odpowiednimi sztywnościami. W pracy nie podano sposobu wyznaczania tych sztywności. Wirtualne testy zderzeniowe bariery G4(1S) z prowadnicą typu W i przesztywnionymi słupkami typu W w odstępach 1,91 m, przeprowadzone w systemie LS-DYNA, przedstawiono w pracy [1]. W strefie zderzenia z pojazdem prowadnicę i słupki modelowano przy użyciu elementów powłokowych w sformułowaniu Belytschko-Tsay, z trzema punktami całkowania na grubości. Połączenia śrubowe M32 modelowano w sposób uproszczony. Podłoże modelowano za pomocą ortogonalnych więzów sprężystych do głębokości 1,00 m. Poza strefą zderzenia uwzględniono podatność wzdłużną bariery za pomocą elementów sprężystych o odpowiednich sztywnościach, wyznaczonych z prostej zależności matematycznej. Model pojazdu o masie 2000 kg zaczerpnięto z biblioteki NCAC [17], który odpowiednio zmodyfikowano. Wyniki symulacji porównano z negatywnym wynikiem testu eksperymentalnego. Rys. 1. Warunki nałożone na końcowe sekcje odcinka bariery do badań zderzeniowych [12]: 1 - testowana długość jest wystarczająca, 2, 3 - testowana długość jest niewystarczająca W niniejszej pracy dokonano odwzorowania ukośnych końcówek odcinka testowego bariery SP-05/2, zagłębionych w poboczu utwardzonym, za pomocą 45

3 MODELOWANIE KOŃCÓWEK ODCINKA BARIERY SP-05/2 ( ) dyskretnego elementu sprężysto-plastycznego usytuowanego na poziomie osi wzdłużnej prowadnicy B w skrajnym węźle odcinka poziomego prowadnicy. Odwzorowanie to pozwala na znaczące zmniejszenie liczby stopni swobody układu bariera pojazd, a zatem prowadzi do uproszczenia i skrócenia czasu symulacji testów zderzeniowych. W modelowaniu zastosowano metodologię modelowania numerycznego bariery SP- 05/2 i gruntu pobocza drogi w systemie LS-Dyna, opublikowaną w pracach [3-7]. Bariera SP-05/2 składa się z prowadnicy B (segmenty o długości całkowitej 4,30 m i długości efektywnej 4,00 m), słupków Sigma-100 i wsporników trapezowych. Zastosowano śruby M16 klasy wytrzymałości 4.6 i podkładki prostokątne [14, 15]. Końcówka bariery SP-05/2 jest odcinkiem o długości 12,0 m, z prowadnicą typu B pod kątem, zakończoną łącznikiem czołowym pojedynczym (nazywanym potocznie baranim rogiem ) [15]. Występują w niej słupki o różnych długościach, w odstępach 2 m (4 odcinki) i 4 m (1 odcinek). W węźle łączącym końcówkę bariery z prowadnicą poziomą występuje łącznik ukośnopoziomy prowadnicy, dostosowany do kształtu prowadnicy B. Łącznik czołowy pojedynczy jest położony pod powierzchnią gruntu. 2. MODEL NUMERYCZNY KOŃCÓWKI BARIERY SP-05/2 Model numeryczny końcówki bariery SP-05/2 wykonano w środowisku Altair HyperMesh Ze względu na skomplikowaną postać geometryczną w miejscu zagłębienia prowadnicy w gruncie, wycięto część gruntu w tym obszarze (rys. 2). Takie uproszczenie jest zgodne z praktyką stosowaną na poligonach do testów zderzeniowych. Elementom przypisano sformułowanie ELFORM_1 (8-węzłowy element bryłowy opisany trójliniowymi funkcjami kształtu, z jednym punktem całkowania) [9, 10]. Dla gruntu zastosowano tłumienie sztywnościowe o ułamku tłumienia 0,10 [15, 18]. Elementy stalowe bariery posiatkowano powłokowymi elementami skończonymi o topologii TRIA3 i QUAD4 (całkowita liczba elementów skończonych komponentów systemu wynosi 26372). Elementom przypisano sformułowanie ELFORM_2 (elementy powłokowe Belytshko-Tsay z jednym punktem całkowania w płaszczyźnie elementu) [9, 10]. Dla elementów stalowych zastosowano tłumienie sztywnościowe o ułamku tłumienia 0,03 [4, 5]. Prowadnicę bariery modelowano w dwóch wariantach: 1) jako układ wieloczłonowy składający się z segmentów o długości efektywnej 4,00 m, połączonych łącznikami śrubowymi (kod S; rys. 3); 2) jako belkę ciągłą (kod C; rys. 3). W pierwszym wariancie łączniki śrubowe opisano za pomocą dyskretnych elementów belkowych ze sformułowaniem ELFORM_6 (dyskretny element belkowy, zdefiniowany przez sześć sztywności odpowiadających sześciu stopniom swobody). Metodykę wyznaczania zastępczych sztywności elementów belkowych opisujących łączniki śrubowe przedstawiono w pracy [6]. Złącza śrubowe pomiędzy prowadnicą a słupkami SIGMA opisano za pomocą elementów SpotWeld, z odpowiednimi nośnościami wynikającymi z klasy wytrzymałości śrub [2, 9, 10]. Rys. 3. Modele prowadnicy systemu SP-05/2: a) układ wieloczłonowy składający się z segmentów połączonych łącznikami śrubowymi (na zbliżeniu jeden z segmentów prowadnicy w widoku krawędziowym) kod S; b) belka ciągła kod C Rys. 2. Model końcówki bariery SP-05/2 (część gruntu półprzezroczysta) Grunt posiatkowano bryłowymi elementami skończonymi o topologii HEX8 i PENTA6 (całkowita liczba elementów skończonych gruntu wynosi ). Grunt opisano za pomocą modelu materiałowego *MAT_SOIL_AND_FOAM [9, 10]. Jest to prosty model stosowany do opisu pian oraz gruntów w przypadku, gdy ich stałe materiałowe nie są w pełni określone. Stałe materiałowe gruntu zaczerpnięto z biblioteki NCAC [17]. Elementy stalowe bariery SP-05/2 opisano za pomocą modelu sprężysto-plastycznego z umocnieniem izotropowym, tj. *MAT_PIECEWISE_LINEAR_ 46

4 Daniel B. Nycz PLASTICITY. Stałe materiałowe poszczególnych komponentów systemu zaczerpnięto z atestu producenta, z wyjątkiem parametru FAIL [16]. Parametr ten określa plastyczne odkształcenia niszczące, przy których następuje erozja elementów (parametr wrażliwy na gęstość siatki elementów skończonych) [9, 10]. Jego wartość została dobrana na podstawie kalibracyjnych testów numerycznych W analizie uwzględniono oddziaływanie grawitacyjne poprzez opcję dynamicznej relaksacji [9, 10]. Ze względu na zastosowanie elementów skończonych z całkowaniem zredukowanym wprowadzono globalną sztywnościową procedurę przeciwdziałania efektowi klepsydrowania Flanagan-Belytschko [9, 10]. Pomiędzy poszczególnymi komponentami modelu zdefiniowano model kontaktu *CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE [9, 10]. Dla gruntu zdefiniowano dodatkowo model kontaktu typu *CONTACT_INTERIOR [9, 10]. Model ten przeciwdziała efektowi odwracania topologii (kształtu) elementów skończonych poprzez analizę kontaktu pomiędzy automatycznie tworzonymi powierzchniami wewnętrznymi na ścianach elementów skończonych. W celu wyznaczenia charakterystyk sztywnościowych końcówki bariery SP-05/2 zastosowano wymuszenia kinematyczne od 0 do 200 mm, liniowo narastające w czasie 0,2 s (prędkość wymuszenia 1 m/s) w czterech kierunkach przedstawionych na rys. 2. Wymuszenie przyłożono do wszystkich węzłów elementów skończonych w teoretycznym przekroju znajdującym się 300 mm od węzła nr 6 na rys. 2. Oznaczenie układu składa się z oznaczenia wariantu modelu oraz kierunku wymuszenia, np. S_X1 układ wieloczłonowy, wymuszenie w kierunku X1. Na rys. 4 pokazano charakterystyki sztywnościowe dla dwóch analizowanych modeli prowadnicy S, C. Dla wymuszeń kinematycznych w kierunkach X2, Y1 i Y2 w zakresie przemieszczenia mm zniszczenie łączników śrubowych nie następuje. Dla wymuszenia w kierunku X1, przy przemieszczeniu 118 mm (model C; punkt C1 na rys. 4) oraz 113 mm (model S; punkt S1 na rys. 4) następuje zniszczenie (erozja) elementu typu SpotWeld opisującego łącznik śrubowy pomiędzy prowadnicą a słupkiem SIGMA (węzeł 1 na rys. 2; rys. 5a, b). Dla modelu S_X1 przy przemieszczeniu 167 mm (punkt S2 na rys. 4), następuje zniszczenie kolejnego łącznika śrubowego pomiędzy prowadnicą a słupkiem SIGMA węzeł w środku rozpiętości segmentu (węzeł 4 na rys. 2; rys. 5c). Zgodność ilościowa i jakościowa charakterystyk sztywnościowych modeli S i C świadczy o poprawności modelowania układu z łącznikami śrubowymi. Model C w najważniejszym kierunku X1 jest sztywniejszy od modelu S dla przemieszczeń większych od 70 mm, co wynika z braku uwzględnienia złączy segmentów prowadnicy. Do dalszego modelowania należy wziąć pod uwagę charakterystyki z modelu S (linie przerywane na rys. 4) Rys. 4. Wykresy F(s) uzyskane dla czterech kierunków obciążenia końcówki prowadnicy SP-05/2: linie ciągłe prowadnica, jako belka ciągła; linie przerywane prowadnica, jako układ wieloczłonowy połączony łącznikami śrubowymi Rys. 5. Zniszczenie łączników śrubowych (grunt półprzezroczysty): a) model C_X1, węzeł 1, przemieszczenie 118 mm; b) model S_X1, węzeł 1, przemieszczenie 113 mm; c) model S_X1; węzeł 4, przemieszczenie 167 mm W modelowaniu wirtualnych testów zderzeniowych, końcówki bariery można opisać za pomocą dyskretnego elementu belkowego (ELFORM_6) z przypisanymi sztywnościami uzyskanymi z analiz 3D obciążenia końcówki bariery. Sztywności deklarowane są we właściwościach modeli materiałowych. W systemie LS- Dyna dostępne są trzy modele materiałowe dla dyskretnego elementu belkowego [9, 10]: 1/ *MAT_066_LINEAR_ELASTIC_DISCRETE_BE AM; 2/ *MAT_067_NONLINEAR_ELASTIC_ DISCRETE_BEAM; 3/ *MAT_068_NONLINEAR_ PLASTIC_DISCRETE_BEAM. W pierwszym modelu możliwe jest zdefiniowanie 6 sztywności (3 translacyjne i 3 rotacyjne sztywności) opisujących pracę elementu jedynie w zakresie liniowosprężystym. Drugi model umożliwia wprowadzenie 6 nieliniowo-sprężystych charakterystyk sztywno- 47

5 MODELOWANIE KOŃCÓWEK ODCINKA BARIERY SP-05/2 ( ) ściowych (3 translacyjne i 3 rotacyjne charakterystyki), uwzględniając różne charakterystyki przy rozciąganiu i ściskaniu. Odciążenie przebiega po tych samych krzywych, co obciążenie. W trzecim modelu deklaruje się 6 sztywności (3 translacyjne i 3 rotacyjne sztywności) opisujące pracę elementu w zakresie liniowo-sprężystym oraz 6 charakterystyk opisujących pracę elementu w zakresie plastycznym. Nie jest możliwe zdefiniowanie różnych sztywności przy rozciąganiu i ściskaniu. Odciążenie przebiega po sztywności początkowej (zakres liniowo-sprężysty). Rys. 6. Naprężenia zredukowane według hipotezy Hubera- Misesa-Hencky ego w elementach bariery SP-05/2, X1 miejsca uplastycznień dla wymuszenia 200 mm w kierunku powiększone Uzyskane wykresy F(s) (rys. 4) są silnie nieliniowe oraz różne dla rozciągania i ściskania. Głównymi kierunkami pracy końcówki bariery podczas testu zderzeniowegoo są kierunki X1 i Y1 (rys. 2), co pozwala na pominięcie różnych charakterystyk przy rozciąganiu i ściskaniu. Podczas obciążenia końcówki bariery w kierunku X1 (najważniejszy kierunek) występują lokalne uplasty- oraz cznienia w łączniku czołowym pojedynczym w słupkach SIGMA na poziomie powierzchni gruntu (rys. 6). Uwzględnienie uplastycznienia możliwe jest jedynie w modelu materiałowymm MAT_068_ NONLINEAR_PLASTIC DISCRETE_BEAM. We właściwościach geometrycznych elementu belkowego zdefiniowano [9, 10]: ELFORM=6 - sformułowanie elementów skończonych Discrete Beam/Cable; CID - lokalny układ współrzędnych; SCOOR=-1 - lokalizacja triady śledzenia rotacji elementu dyskretnego; RRCON=TRCON= = SSCON =1 - utwierdzenie rotacji odpowiednio względem osi r, t, s lokalnego układu współrzędnych. Rys. 7. Model wykorzystany w teście jednego elementu (dyskretny element belkowy ELFORM_6) Rys. 8. Aproksymacja charakterystykk sztywnościowych Pracę dyskretnego elementu belkowego zbadano za pomocą testu jednego elementu (rys. 7). Zastosowano wymuszenia kinematyczne u(r)=0 200 mm i v(s)= mm, liniowoo narastające w czasie analizy. Celem analizy było dobranie parametrów dyskretnego elementu belkowego tak, aby uzyskać reakcje w globalnym układzie współrzędnych odpowiadające zadeklarowanym sztywnościom. Dla modelu *MAT_068_NONLINEAR_PLASTIC_ DISCRETE BEAM wprowadzono sztywności dla zakresu liniowo-sprężystej pracy, 1,9 kn/mm i 0,1 kn/mm, odpowiednio dla kierunku r i s oraz charakterystyki w zakresie plastycznym, zgodnie z rys 8. Przy tak zdefiniowanych właściwościach geometrycznych dyskretnego elementu belkowego, uzyskano reakcje w kierunkach X i Y globalnego układu współrzędnych pokrywające się z wprowadzonymi sztywnościami zastępczymi (rys. 8) ). 3. SYMULOWANY TEST ZDERZENIOWY TB32 Przeprowadzono symulowany test zderzeniowy TB32 (samochód osobowy o masie 1500 kg, uderzający w system powstrzymywania z prędkością 110 km/h, pod kątem 20 ) dla systemu SP-05/2 [14, 15]. Zastosowano system o długości 60 m, w dwóch wariantach (rys. 9): 1/ z obcięciem końcówek bariery (kod TB32_C); 2/ z końcówkami bariery modelowanymi za pomocą dyskretnych elementów belkowych i modelu materiałowego *MAT_068 (kod TB32_D). Wyniki symulacji testów zderzeniowych TB32_C, TB32 D, przedstawiono na rys. 10 i 11. W obydwu przypadkach uszkodzenia oraz deformacjaa pojazdu dotyczy tylko przedniego zestawu kołowego. Dla testu TB32 C długość oddziaływania pojazdu z barierą 48

6 Daniel B. Nycz wynosi 18,44 m (rys. 12), a dla testu TB32_D 16,77 m (rys. 13). W obydwu przypadkach wyprowadzenie pojazdu w polu wyjścia jest prawidłowe. Rys. 9. Modele zakończenia systemu SP-05/2: a/ z obcięciem końcówki TB32_C; b/ końcówka modelowana za pomocą dyskretnego elementu belkowego TB32_D Rys. 11. Symulacja testu zderzeniowego TB32_D widok z góry Rys. 10. Symulacja testu zderzeniowego TB32_C widok z góry W tabeli 1 zestawiono wyniki wirtualnych testów zderzeniowych TB32, gdzie: ASI wskaźnik intensywności przyspieszenia, THIV prędkość teoretycznej głowy w czasie zderzenia, VCDI wskaźnik odkształcenia kabiny pojazdu, Wm szerokość pracująca, L długość odcinka interakcji pojazdu z barierą, PPO poprawne zachowanie pojazdu w polu wyjścia, E energia pochłonięta w wyniku niszczenia materiałów, vr prędkość residualna w momencie utraty kontaktu pojazdu z barierą. W porównaniu do testu TB32_C, wprowadzenie końcówek bariery powoduje zwiększenie ASI o 5,9% i prędkości residualnej o 12,9% oraz zmniejszenie THIV o 32,4%, szerokości pracującej o 14,0% i długości oddziaływania pojazdu z barierą o 9,1%. Na rys. 14 przedstawiono porównanie statycznych ugięć bocznych bariery SP-05/2 po przeprowadzonych symulowanych testach zderzeniowych. Uwzględnienie w obliczeniach końcówek bariery istotnie zmniejsza statyczne ugięcie boczne. Dla testów TB32_C 49

7 MODELOWANIE KOŃCÓWEK ODCINKA BARIERY SP-05/2 ( ) i TB32_D ekstremalne wartości bezwzględne ugięć bocznych wynoszą odpowiednio 1007,8 mm i 759,0 mm. Tabela 1. Zestawienie wyników analizowanych wirtualnych testów zderzeniowych Model układu dynamicznego ASI THIV [km\h] VCDI Wm [m] TB32_C 0,68 17,99 RF ,29 TB32_D 0,72 12,17 RF ,11 Model układu dynamicznego L [m] PPO E [MJ] vr [km\h] TB32_C 18,44 Tak 0,346 62,82 TB32_D 16,77 tak 0,299 70,91 Rys. 15. Porównanie wzdłużnych przemieszczeń jednego z końców prowadnicy dla testów TB32: linia ciągła TB32_C; linia przerywana TB32_D 4. PODSUMOWANIE Rys. 12. Wyprowadzenie pojazdu po zderzeniu z barierą oraz długość oddziaływania pojazdu z barierą dla testu TB32_C widok z góry Rys. 13. Wyprowadzenie pojazdu po zderzeniu z barierą oraz długość oddziaływania pojazdu na barierę dla testu TB32_D widok z góry Rys. 14. Porównanie statycznych ugięć bocznych dla testów TB32: linia ciągła TB32_C; linia przerywana TB32_D Na rys. 15 przedstawiono porównanie przemieszczeń wzdłużnych końca prowadnicy testowanego odcinka systemu SP-05/2. Maksymalne przemieszczenie wzdłużne dla testu TB32_C wynosi 144,3 mm, a dla testu TB32_D wynosi 76,7 mm. Na rys. 15 przedstawiono również końcową deformację wzdłużną prowadnicy i słupka (w chwili 1,5 s po rozpoczęciu zderzenia). W pracy przedstawiono metodologię modelowania ukośnych końcówek odcinka testowego drogowej bariery ochronnej na przykładzie bariery SP-05/2. Odcinki mają długość 12 m każda, a odcinek centralny z prowadnicą poziomą ma długość 60,0 m. Rozwinięta w pracy metodologia jest następująca: 1/ opracowanie modelu geometrycznego 3D odcinka końcowego zagłębionego w gruncie; 2/ opracowanie modelu numerycznego 2D/3D odcinka końcowego zagłębionego w gruncie; 3/ wyznaczenie charakterystyk sztywnościowych F(s) w przekroju skrajnym końcówki prowadnicy, w kierunku wzdłużnym i poziomym poprzecznym; 4/ odwzorowanie końcówek za pomocą elementów belkowych poziomych wzdłużnych zamocowanych do przekrojów skrajnych; 5/ przeprowadzenie modelowania i symulacji testu zderzeniowego TB32 dla środkowego odcinka testowego z zastosowaniem elementów belkowych poziomych wzdłużnych modelujących końcówki bariery. Na podstawie przeprowadzonycvh badań numerycznych można sformułować następujące wnioski końcowe: 1/ Uwzględnienie w modelowaniu numerycznym połączeń śrubowych segmentów prowadnicy ma niewielki wpływ na charakterystyki sztywnościowe końcówek bariery SP-05/2. Aproksymowano charakterystyki dokładniejsze, tj. odpowiadające modelowi S. 2/ Końcówki odcinka testowego bariery znacząco wpływają na parametry funkcjonalne bariery w odniesiueniu do testu TB32. Następuje m.in. istotne zmniejszenie szerokości pracującej oraz długości oddziaływania pojazdu z barierą. Praca została częściowo wykonana w ramach projektu badawczego PBS1, nr umowy PBS/B6/14/2012 (akronim ENERBAR), finansowanego w latach przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. 50

8 Daniel B. Nycz Literatura 1. Atahan A. O.: Finite element simulation of a strong-post W-beam guardrail system. Simulation 2002, 78, 10, p Biegus A.: Połączenia śrubowe. Warszawa: Wyd. Nauk. PWN, Klasztorny M., Nycz D., Romanowski R.: Rubber/foam/composite overlay on guide b of barrier on arc of road. Archives of Automotive Engineering 2015, 69, 3, p Klasztorny M., Nycz D. B., Szurgott P.: Modelling and simulation od crash tests of N2-W4-A category safety road barrier in horizontal concave arc. International Journal of Crashworthiness 2016, 21, 6, p Nycz D.: Modelowanie i badania numeryczne testów zderzeniowych bariery klasy N2-W4-A na łukach dróg. Warszawa: Wyd. WAT, ISBN Nycz D.B.: Modelowanie złączy śrubowych segmentów prowadnicy typu B. Modelowanie Inżynierskie 2016, nr 58, t. 27, s Nycz D. B.: Wpływ złączy prowadnicy B bariery drogowej na wirtualne testy zderzeniowe TB11 i TB32. The Archives of Automotive Engineering - Archiwum Motoryzacji 2016, 71, 1, p Vesenjak M., Borovinšek M., Ren Z.: Computational simulations of road safety barriers using LS-DYNA, 6. LS- DYNA Anwenderforum, CD Proc. pp. 1-8, DYNAmore, GmbH, Frankenthal, Hallquist J. O.: LS-DYNA theory manual. Livermore Software Technology Corp., Livermore, CA, USA, March Hallquist J. O.: LS-DYNA keyword user s. Manual.Livermore Sofware Technology Corp., Livermore, CA, USA, May PN-EN :2010. Systemy ograniczające drogę część 1: Terminologia i ogólne kryteria metod badań. 12. PN-EN :2010. Systemy ograniczające drogę część 2: Klasy działania, kryteria przyjęcia badań zderzeniowych i metody badań barier ochronnych i balustrad. 13. PN-EN :2012. Systemy ograniczające drogę część 5: Wymagania w odniesieniu do wyrobów i ocena zgodności dotycząca systemów powstrzymujących pojazd. 14. System N2 W4 (SP-5/2), Stalprodukt S.A., Bochnia, Stalowe bariery ochronne, Stalprodukt S.A., Bochnia, Atest 2.2, Stalprodukt S.A., Bochnia, Vehicle models, National Crash Analysis Center, USA, uploaded Artykuł dostępny na podstawie licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 Polska. 51