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

MODELOWANIE INŻYNIERSKIE 2016 nr 60, ISSN 1896-771X 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

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 W150 13 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

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 13.0. 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 294838). 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

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 0 200 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

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)=0 2000 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

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

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 RF0010000 1,29 TB32_D 0,72 12,17 RF0010000 1,11 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 2013 2015 przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. 50

Daniel B. Nycz Literatura 1. Atahan A. O.: Finite element simulation of a strong-post W-beam guardrail system. Simulation 2002, 78, 10, p. 587 599. 2. Biegus A.: Połączenia śrubowe. Warszawa: Wyd. Nauk. PWN, 1997. 3. 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. 65 86. 4. 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. 644-659. 5. Nycz D.: Modelowanie i badania numeryczne testów zderzeniowych bariery klasy N2-W4-A na łukach dróg. Warszawa: Wyd. WAT, 2015. ISBN 978-83-7938-073-2. 6. Nycz D.B.: Modelowanie złączy śrubowych segmentów prowadnicy typu B. Modelowanie Inżynierskie 2016, nr 58, t. 27, s. 105 112. 7. 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. 73 86. 8. 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, 2007. 9. Hallquist J. O.: LS-DYNA theory manual. Livermore Software Technology Corp., Livermore, CA, USA, March 2006. 10. Hallquist J. O.: LS-DYNA keyword user s. Manual.Livermore Sofware Technology Corp., Livermore, CA, USA, May 2007. 11. PN-EN 1317-1:2010. Systemy ograniczające drogę część 1: Terminologia i ogólne kryteria metod badań. 12. PN-EN 1317-2:2010. Systemy ograniczające drogę część 2: Klasy działania, kryteria przyjęcia badań zderzeniowych i metody badań barier ochronnych i balustrad. 13. PN-EN 1317-5:2012. 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, 2011. 15. Stalowe bariery ochronne, Stalprodukt S.A., Bochnia, 2006. 16. Atest 2.2, Stalprodukt S.A., Bochnia, 2013. 17. Vehicle models, National Crash Analysis Center, USA, http://www.ncac.gwu.edu/vml/models.html, uploaded 2014-09-18. Artykuł dostępny na podstawie licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 Polska. http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/pl 51