轿车与混凝土电杆的碰撞研究.pdf
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1、: / 轿车与混凝土电杆的碰撞研究 陈芳 (长沙电力职业技术学院 湖南 长沙 ) 摘 要: 依据国内某乘用车及国标 建立车辆与电杆碰撞有限元模型 进行汽车正面碰 撞及电杆弯曲强度验证 在此基础上 进行了 种碰撞速度下轿车冲击对电杆损坏程度 的模拟分析 结果表明 种情况下电杆都因剪切力产生了折断 但在不同速度下 电杆 损坏程度及断裂点有所不同 针对此特点 提供了电杆在冲击下的强度设计参考标准 提出了电杆在碰撞中抗折损性能的措施 关键词: 混凝土电杆 电杆折损 柱碰撞 有限元方法 供电可靠性 中图分类号: 文献标志码: 文章编号: () 收稿日期: 目前 对于在低压输配电线路中使用十分普遍 的电杆
2、 大多考虑其在工作状态下的挠度及抗裂性 能 而对于冲击载荷下的电杆损伤行为则研究 得较少 为了了解电杆在汽车冲击下的断裂情况 在 年进行了 组混凝土电杆台车的碰 撞实验 探讨了受冲击时的电杆破坏情况 实 验结果表明在碰撞中剪切破坏是电杆折损的主要形 式 并提出了增大壁厚和加密碰撞区的螺旋筋数量 可以增强电杆的抗剪能力 汽车与电杆的碰撞位置一般发生在汽车前端和 侧面 发生在汽车前端的碰撞形式在汽车碰撞安全 中属于低重叠率碰撞 国内在对车辆碰撞安全时进 行了相关的研究 如: 分析了在正面 正 面碰撞、 前碰撞及柱碰撞形式下 汽车的变形 及耐撞性特点 杨济匡及 通过 有限元方法研究了车辆在与树及电杆
3、等柱体碰撞时 的车辆变形及乘员损伤情况 在大部分的柱碰 撞研究中 研究对象多为汽车的耐撞性及乘员安 全 相应研究中也将电杆模拟成不变形的刚性 柱 这不仅与实际碰撞不相符 也无法得到电 杆在碰撞中的损坏情况 文中旨在对混凝土电杆在与汽车前碰撞时的损 坏机理进行数值模拟及分析 建立汽车与混凝土电 杆的有限元碰撞模型 并分别对轿车模型进行正面 碰撞及混凝土电杆弯曲强度验证 在此基础上对不 同碰撞速度下电线杆的损坏机理进行仿真分析 然 后根据分析结果提出电杆在汽车碰撞中的强度设计 方案及提高电杆抗折断性能具体方法应对电杆折断 事故 从而提高供电可靠性 碰撞模型的建立及验证 模型基于有限元前处理软件 建
4、立 碰撞中的轿车来源于国内某乘用车 整车包括了车 身、 底盘、 动力总成、 电器以及部分内饰等 该模 型使用的材料 刚度特性等关键参数根据实验测 得 仿真中涉及的 个机械假人以及相关配重用集 中质量单元来模拟 建立的车辆有限元模型质量为 部件数为 个 单元数 个 节点数 个 混凝土电杆基于文献 的数据建立 选 用目前使用较普遍的锥形预应力混凝土电杆 杆长 为 根径为 梢径为 壁厚 为 纵向配筋为 螺旋 筋间隔为 使用不低于 的硅酸盐水泥 砂、 石为优质中粗砂或 花岗岩碎石或卵石 (水灰配置比例: 水 水泥 砂 碎 石 ) 混凝土强度等级不低于 级 电杆总 重量为 模型中电杆采用分离式建模 混凝
5、 第 卷第 期 湖 南 电 力 年 月 土及配筋都采用可变形实体单元建模 模型中假定 混凝土及配筋之间的位移完全协调而采用共节点连 接 关于材料本构的选用 混凝土采用 中的损伤塑性模型本构模型对混凝土的力学性能进 行描述 其材料特性参数来自文献 密度 / 弹性模量 泊松比为 最大 压缩屈服应力为 拉伸破坏应力为 冷拉钢丝配筋采用双线性弹塑性本构模型 模拟 其弹性模量为 张拉控制应力为 名义抗拉强度为 模型中 材料的失效定义标准为应变 即当材料达到设定的 失效应变值 则自动删除该单元 为了验证车模的有效性 作者将实车的 / 的正面碰撞实验结果与其仿真结果进行对比 通过比较仿真与试验的整车变形情况
6、及代表车体整 体动态响应的 柱加速度曲线的差异来验证模型 的有效性 图 为实验与仿真的整车碰撞变形对比 试验 中整车轴向变形量为 仿真中的变形量为 且仿真与试验的前舱变形情况也极为接 近 从图 的代表整车在碰撞中的动态响应的 柱下端加速度曲线的对比来看 碰撞加速度曲线的 波形趋势及加速度峰值大小和出现的时间都在合理 的误差范围内 可认为实验与仿真具有较高的近似 程度 () 实车碰撞 () 仿真 图 实车碰撞与仿真变形比较 图 实验与仿真中的车辆 柱加速度曲线比较 混凝土电杆通过其悬臂式挠度实验指标是否达 到国家 级标准来验证其可靠性 仿真中的设置 根据文献 的要求建立 在距根部 及 支持点处放
7、置 的硬木制成的 形垫板支 撑 在距梢端 处加载逐步增大的径向载荷 至电杆失效产生 如图 所示 图 悬臂式挠度实验设置示意图 图 为悬臂式挠度实验失效前时刻应力云图 在载荷上升到 时 电杆初始失效处发生在 距梢端 处的受拉应力侧 而受压侧的最 大应力为 根据 得到电杆在 开裂检测中的失效弯矩为 达到 级 标准 的 倍 大于文献 中的 要求 (安全系数大于 ) 而电杆在破坏时刻产生 的挠度为 亦低于标准中小于 / 的标准 图 悬臂式挠度实验失效前时刻应力云图 根据比较汽车正面刚性墙的碰撞的仿真结果 可认为汽车有限元模型材料本构选用合理、 建模方 法正确 前部刚度与实验结果有较好的对应 具有 较高
8、精度 在对电杆的悬臂式挠度仿真实验中 应 力分布合理 且符合文献 的设计要求 可 以用于下一步的研究 轿车与电杆不同碰撞速度下的损伤 结果与分析 在上述的验证的模型上 建立了轿车与钢筋混 凝土电杆的碰撞模型 电杆支持点 (埋入深度) 为 并对电杆埋入地下部分使用刚性圆筒进 行约束 设定轿车与电杆碰撞的区域为轴向的中间 部位 轿车对电杆碰撞的碰撞速度 分别为 / / 及 / 碰撞动态仿真计算时 第 卷第 期陈芳: 轿车与混凝土电杆的碰撞研究 年 月 间为 碰撞模型如图 所示 图 轿车与电杆碰撞设置 在 组汽车与混凝土电杆碰撞的虚拟实验中 电杆都产生了折断破坏 如图 所示 在碰撞发生 时 汽车前保
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