曾舜　孟云伟

【摘要】为了规范农村公路上应用较为普遍的、但本身并没有经历过防护能力验证的网石拦挡的用法，需对其安全性能及适用条件进行深入分析。基于最新的JTG 05-01-2013《公路护栏安全性能评价标准》要求，应用Hypermesh软件建立汽车-拦挡碰撞的有限元模型，并在LS-DYNA环境下进行计算机仿真碰撞分析，根据分析结果来研究其安全性能和适用条件。结果表明：网石拦挡的阻挡功能和缓冲功能能满足C级防护标准的要求，导向功能不满足规范要求，其安全性能不满足规范要求；网石拦挡宜做警示墩使用，以警示作用为主。

【关键词】Hypermesh/LS-Dyna；网石拦挡；安全性能；适用条件

【中图分类号】U491

【Abstract】In order to standardize the application of Stonoe mesh guardrail used commonly on rural roads， whose safety performance did not experience verification， so it is necessary to analysis its safety performance and suitable conditions. Based on the latest JTG B05-01-2013 "highway guardrail safety performance evaluation standards" requirement， using Hypermesh to establish cars - guardrail finite element model， and simulating collision and crash Process in LS-DYNA， according to the results of the analysis to study its safety performance and suitable conditions. The results show that Stone mesh guardrail barrier function and buffering functions are to meet the requirements of the standard C-level protection， guiding function does not meet the regulatory requirements， Its safety performance does not meet the regulatory requirements； Stone mesh guardrail should make use of warning.

【Key words】Hypermesh / LS-Dyna；Stone mesh guardrail；Safety performance；Suitable conditions

1. 前言

（1）近年来，随着经济的发展，特别是各地政府提出“村村通”等政策，农村公路的通车里程不断增长[1]。与此同时，随着农民收入的增加，农村车辆数量不断增加，但由于农村公路設计等级较低，大部分属于等外级公路，尤其在西南地区，地形起伏大，雨水充足，再加上道路线形较差，因此导致农村公路交通事故频发。根据统计，所有农村公路交通事故中，其中约三分之一属于路侧安全事故，因此路侧安全属于保障农村公路安全的重要节点[2]。网石拦挡是常用的一种乡土化路侧安全设施，车辆撞击后对驾驶员及乘客伤害程度小，如图1。网石拦挡制作工序简单，造价低且施工方便，比较适合应用于石材丰富的地区[3]。但网石拦挡的安全性能并没有经过系统、深入的分析，安全程度和适用条件还有待规范。

（2）国外对路侧安全设施的安全性能的研究起步较早，成果也比较丰富，具有比较成熟的路侧安全设施安全性能的评价标准，以及大型的实车实验碰撞场[4]。国内对路侧安全设施的安全性能研究起步较

晚，并且研究较为滞后，于2013年颁布了新标准

《公路护栏安全性能评价标准》，对路侧护栏安全性能的评价标准与评价流程做了详细的介绍。由于实车实验成本较为昂贵，因此国内主要是利用仿真手段对路侧安全性性能进行模式实验，实车实验只是作为仿真结果验证。基于此，本文利用HypermeshLs和Dyna软件对网石拦挡的安全性能与使用条件进行研究。

2. 试验方案及仿真碰撞试验条件

2.1试验方案

根据规范《公路护栏安全性能评价标准》的要求，分析评价网石拦挡安全性能的步骤。第一步：根据网石拦挡的防撞等级，选择合适的碰撞车辆、碰撞的速度以及碰撞的角度等仿真试验参数；第二步：利用Hypermesh软件构建车辆和网石拦挡的有限元模型，并导入到LS-Dyna软件进行计算；第三步：根据LS-Dyna仿真得到的结果，从缓冲功能、导向功能以及阻挡功能三个方面对网石拦挡的安全性能进行评价；最后，根据安全评价结果以及评价标准对网石拦挡的适用条件进行分析。

2.2仿真碰撞试验条件

鉴于网石拦挡的实际应用情况，经过软甲你初次试碰，确定网石拦挡的防撞等级为 级，碰撞能量确定为 ，根据 级防撞等级，选择中型货车以及中型客车进行碰撞时试验，具体的碰撞试验数据如表1所示。

3. 有限元模型建立

利用Hypermesh软件构建中型货车、中型客车以及网石拦挡的有限元模型，为了提高模型的计算时间，模型上较大的、对仿真结果影响较小的部件，增大其划分网格尺寸，确定壳单元的最小尺寸为15mm ，刚体的最小尺寸为20mm ，单元翘曲角小于 15°，车身的尺寸在20～60mm之间 。

3.1网石拦挡模型。

网石拦挡是由钢丝、石头以及砂浆填充组成，网石拦挡长度2m，宽度1m，高度1m，净距1.5m。网石拦挡的一次设置最小长度<15m。在Hypermesh软件对网石拦挡依次进行建模、网格划分 、定义材料 、赋属性 、作连接和接触 ，共建立4个parts ，Nodes的数量为25414个 ，Shell为1个 ，Elements为20001个，将网石拦挡各部分的材料参数以及属性如表2所示（网石拦档仿真型见图2）。

3.2试验车型模型。

碰撞仿真试验中，中型客车车辆总长9512mm ，宽为2453mm，总高为3152mm ，重心高度1456mm 。 中型货车车辆总长7052mm，宽为2302mm ，总高为3640mm，重心高度为1412mm 。两种试验车辆的有限元模型如图3所示。

4. 仿真碰撞过程及安全性能评价

4.1仿真碰撞过程。

利用仿真软件对碰撞过程进行仿真，得到各试验车辆不同时刻的碰撞状态，如图4所示。

4.2网石安全性能评价。

评价护栏安全性的指标主要有：阻挡功能、导向功能以及缓冲功能[5]。阻挡功能应满足：能够阻止车辆翻越、穿过或者跨过护栏，被撞护栏构件以及其脱离件不能进入车舱内。导向功能应满足：车辆碰撞护栏后，车辆应不会翻车[6]。缓冲功能应满足：驾驶员和乘客的碰撞速度的纵向和横向速度分量都不能超过12m/s，并且碰撞后的加速度的纵向和横向加速度不得超过200m/s2。

4.2.1阻挡功能。

根据仿真结果，可得如表3所示的试验车辆和拦挡的实验数据，其中车辆最大动态外倾当量值VIn 根据以下公式计算得到：

从图4碰撞过程可以看出，两种试验车辆在碰撞过程中均为出现穿越、跨越以及骑越网石拦挡，且并未有试验构建进入车辆车舱，车辆在碰撞护栏伟出现翻车。因此，网石拦挡是满足阻挡功能要求。

4.2.2导向功能。

根据图4碰撞过程可知，中型货车在碰撞后前轮严重受损，网石拦挡对试验车辆产生了绊阻功能，使车辆在碰撞后不能顺利推出，沿路线正常运行。因此，网石拦挡不满足导向功能要求。

4.2.3缓冲功能。

（1）乘员碰撞后的加速度。

对LS-Dyna计算完成生成的nodout文件进行后处理，选择假人头部传感器节点数据并对数据进行滤波，可得到碰撞过程中假人头部X方向和Y方向的加速度变化曲线，如图5所示。

对车辆重心点处的传感器的节点数据进行处理，可得车辆在碰撞过程中车辆重心处横向和纵向的加速度变换曲线，如图6所示：

根据图6可得，车辆重心处横向加速度最大值为13.636g ，纵向加速度最大值为10.042g。

即αx=13.636g，αy= 10.042g， ，分别带入式（1）和（2）中，计算可得：

Vx=10.43m/s<12m/s

Vy=7.68m/s<12m/s

乘员碰撞后的速度分量的最大值满足规范要求。因此，网石拦挡满足缓冲功能。

综上所属，通过对网石拦挡安全性能进行仿真分析，可得网石拦挡能够满足阻挡功能以及缓冲功能，但不能满足导向功能。

5. 网石拦挡适用条件分析

（1）通过以上对网石拦挡安全性能的仿真分析可知：网石拦挡满足阻挡功能和缓冲功能，满足规范要求的B级防撞等级，但不满足导向功能。网石拦挡不满足规范要求的导向功能，即车辆碰撞后不能够顺利导出，沿路线正常行驶，在农村公路上，这并不影响乘员和车辆的安全。因此，网石拦挡可以在农村公路上推广应用。

（2）但是网石拦挡不能满足规范要求的导向功能，因此网石拦挡不符合规范要求，所以网石拦挡不能作为路侧防撞设施推广应用。但网石拦挡在一定程度上能够减轻事故的人员伤亡以及财产损失。因此网石拦挡在实际应用中可以作为警示墩使用。

6. 结语

根据规范的要求，通过评估网石拦挡的安全性能，网石拦挡只满足阻挡功能和缓冲功能，却不满足导向功能。因此网石拦挡不可作为路侧防撞护栏推广使用，而应该用作警示墩，起警示作用。基于Hypermesh/LS-Dyna软件进行模拟仿真的模型具有较强的可信度和可操作性，对研究路侧安全设施的安全性能、保障农村公路的安全具有一定的参考意义。

参考文献

[1]卫军， 金秀娜， 董荣珍，等. 波形梁护栏结构参数对防撞性能的影响[J].武汉理工大学学报， 2013， 35（4）：90～95.

[2]雷正保， 孙祯祥. Am 级中央分隔带柔性护栏耐撞性拓扑优化设计[J]. 长沙理工大学学报：自然科学版， 2015， （01）：29～34.

[3]应聃， 徐良杰， 奚少新. 城市道路中央隔离栏受撞仿真实验分析[J]. 武汉理工大学学报：交通科学与工程版， 2015， （2）：437～440.

[4]雷正保， 周屏艳， 颜海棋，等. 汽车——护栏系统耐撞性研究的有限元模型[J]. 中國安全科学学报， 2006， 第8期：9～16.

[5]侯德藻， 李勇， 杨曼娟，等. 高速公路组合型波形板活动式钢护栏开发[J].公路交通科技， 2012， 28（9）：136～141.

[6]闫书明. 防撞活动护栏碰撞分析[J]. 武汉理工大学学报：交通科学与工程版， 2013， 37（5）：1046～1050.