Обоснование использования физической модели материальной точки при исследовании кинематических характеристик автомобильного транспортного средства при косом наезде на боковые тросовые ограждения

Введение. Выполнен обзор применения методов теоретической механики для разработки алгоритмов приближенного аналитического моделирования движения автомобильного транспортного средства (АТС) при косом наезде на боковые тросовые ограждения. Обосновано представление АТС как материальной точки при таком типе наезда. Цель работы — обосновать использование физической модели материальной точки для описания динамики АТС при косом наезде на боковые тросовые ограждения.

Материалы и методы. Предложена новая физическая модель, описывающая противодействие движению АТС со стороны тросового ограждения при косом наезде; представлены новые методы приближенного аналитического построения перемещений АТС при косом наезде на боковые тросовые ограждения. Результаты аналитического расчета подтверждены данными конечно-элементного (КЭ) моделирования наезда по данным натурных испытаний. КЭ-моделирование проводилось с помощью многоцелевого конечно-элементного комплекса LS-Dyna.

Результаты исследования. Разработаны новые алгоритмы для аналитического расчета перемещений АТС при косом наезде на боковые тросовые ограждения, а также новая физическая модель, описывающая противодействие движению АТС со стороны тросовых ограждений. Научно обосновано использование физической модели материальной точки для исследования динамики АТС при косом наезде на боковые тросовые ограждения, в том числе на основе сравнительного анализа кинематических результатов виртуального испытания с кинематическими расчетами, полученными на основе алгоритмов аналитического построения перемещений АТС.

Обсуждение и заключение. Анализ результатов виртуального испытания в сравнении с аналитическими кинематическими расчетами показал, что представление АТС в качестве материальной точки при косом наезде на боковые тросовые ограждения является обоснованным, так как его движение при таком типе наезда близко к поступательному. Полученные результаты могут быть использованы при разработке и анализе корректности КЭ- моделирования бокового наезда АТС на тросовые ограждения.

1. McClanahan, D. Washington State Cable Median Barrier In-Service Study / D. McClanahan, R. B. Albin, J. C. Milton // In: Presentation at the 83-rd Annual Meeting of the National Transportation Research Board, Washington D. C. – 2004. – Available from: http://www.wsdot.wa.gov/publications/fulltext/Policy/ CableBarriersubmittalforTRB.pdf (accessed : 02.11.2020)

2. Amato, G. A scaling method for modeling the crashworthiness of novel roadside barrier designs / G. Amato, B. Ghosh, F. O’Brien [et al.] // International Journal of Crashwhorthiness. – 2013. – Vol. 18, iss. 3. – Available from: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/13588265.2013.783429. (accessed : 23.11.2020)

3. Tuan, C. Y. Progressive failure simulation of security cable barriers / C. Y. Tuan, R. D. Sarmah, A. Y. Tuan [et al.] // International Journal of Nonlinear Sciences and Numerical Simulation. – 2010. – Vol. 11(9). – P. 755–775.

4. Hunter, W. W. Three-Strand Cable Median Barrier in North Carolina / W. W. Hunter, J. R Stewart, K. A. Eccles [et al.] // Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. – 2001. – Vol. 1743, iss. 1. – P. 97–103.

5. Карпов, И. А. Разработка конечно-элементных моделей тросовых дорожных ограждений с использованием программного комплекса LS-DYNA / И. А. Карпов // Автомобиль. Дорога. Инфраструктура : [сайт]. — 2014. — № 2(2). — URL : https://www.adi-madi.ru/madi/article/view/91/pdf_36 (дата обращения : 08.01.2021).

6. Колесникова, Г. П. Приближенное математическое моделирование траектории движения АТС при косом наезде на боковые тросовые ограждения / Г. П. Колесникова, А. Р. Гасайниев // Автомобиль. Дорога. Инфраструктура : [сайт]. — 2018. — № 1(15). — URL: https://www.adi-madi.ru/madi/article/view/515 (дата обращения: 08.01.2021).

7. Райнус, Г. Э. Расчет многопролетных тросов и многопролетных ферм из тросов / Г. Э. Райнус. — Ленинград : Стройиздат, 1968. — 135 с.

8. Демьянушко, И. В. Расчетно-экспериментальный анализ тросовых дорожных ограждений безопасности / И. В. Демьянушко, А. Г. Общев. // Вопросы строительной механики и надежности машин и конструкций : сб. стат. — Москва : Изд-во Мос. авто.-дор. гос. техн. ун-та, 2012. — С. 34–44.

9. Bateman, M. B. Validation of a computer simulation of the impact performance of a wire rope safety fence / M. B. Bateman, I. C. Howard, J. M. Walton [et al.] // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C : Journal of Mechanical Engineering Science. – 2007. – Vol. 221, iss. 12. – P. 1557–1570.

10. Курс теоретической механики / В. И. Дронг, В. В. Дубинин, М. М. Ильин [и др.]. — 5-е изд., испр. — Москва : Изд-во Мос. гос. техн. ун-та им. Н. Э. Баумана, 2017. — 580 с.

11. Колесникова, Г. П. Аналитический расчет кинематических характеристик автомобильного транспортного средства при косом наезде на боковые тросовые ограждения с учетом удара / Г. П. Колесникова // Автомобиль. Дорога. Инфраструктура : [сайт]. — 2019. — № 4(22). — URL: https://www.adi- madi.ru/madi/article/view/833/pdf_480 (дата обращения : 08.01.2021).

12. Olson, R. M. Tentative service requirements for bridge rail systems / R. M. Olson, E. R. Post, W. F. McFarland // Highway research board. National academy of Sciences – National research council. – 1970. –Available from: http://onlinepubs.trb.org/Onlinepubs/nchrp/nchrp_rpt_86.pdf. (accessed : 02.11.2020)

13. Колесникова, Г. П. Приближенные методы аналитического моделирования траектории движения АТС при косом наезде на боковые тросовые ограждения / Г. П. Колесникова // Автомобиль. Дорога. Инфраструктура : [сайт]. — 2018. — № 2(16). — URL: https://www.adi-madi.ru/madi/article/view/568/pdf_354 (дата обращения : 08.01.2021).