Конечно-элементное моделирование краш-тестов для мачт дорожного освещения, поглощающих энергию удара при аварии (2006 г.)

Tehomet Ltd, Fibrocom Ltd и Mikkeli Polytechnic Research Center YTI (Финляндия) разработали энергопоглощающие мачты дорожного освещения. Разработка и дизайн выполнены с помощью конечно-элементного моделирования, предварительных экспериментов на ударное воздействие и полномасштабных краш-тестов выполненными Университетом технологий, г.Хельсинки (HUT) и YTI.

Полномасштабные краш-тесты, как правило, дорогостоящи и требуют значительного времени, при этом они не позволяют в достаточно короткие сроки дать оптимальное решение в проектировании. Поэтому серии краш-тестов должны быть сведены до минимума в силу экономических факторов. В связи с этим специалисты YTI  обратились в CompMechLab для  проведения конечно-элементного (КЭ) моделирования краш-тестов и поиска оптимальных решений для конструкции композитных мачт. Задача CompMechLab заключалась в разработке КЭ моделей композитных мачт дорожного освещения с достаточными свойствами поглощения энергии при ударе, моделирование серии краш-тестов и верификация с экспериментальными данными, выдача рекомендаций по оптимизации структуры композита.

Для проведения нелинейного динамического анализа краш-теста в данном проекте использовалась КЭ система LS-DYNA. Разработанные пространственные CAD и FE модели различных типов мачт позволяют моделировать удар при различной скорости автомобиля, пластическое деформирование армированных частей мачт  и деталей автомобиля, множественное контактное взаимодействие между объектами с учетом больших деформаций/поворотов/перемещений и динамического разрушения (progressive damage).

Пространственная КЭ модель реального прототипа автомобиля, основанная на прототипе FHWA/NHTSA National Crash Analysis Center учитывает радиатор, двигатель, передние и задние подвески, систему тормозов и многие другие детали с возможностью контактного взаимодействия и нелинейных свойств материалов. Конструкция прототипа доработана для получения значительной схожести с реальным автомобилем в экспериментах. Пространственные модели мачт учитывают основание, опоры с фонарями (одна или две), армированную композитную структуру мачты. Всего 216 различных материалов учтено в пространственной КЭ модели автомобиля и мачты освещения.

Результаты КЭ моделирования, полученные на этих моделях, верифицированы натурным экспериментом и показывают отличие в замедлении автомобиля не более 14%.

Расчетные кривые замедления позволили рассчитать Head Injury Criteria (HIC) – критерий оценки травмоопасности при ударе - для всех типов мачт. Для всех типов мачт показана низкая травмоопасность при ударе в соответствии с международными стандартами.

JEC Composite Show, Париж

Мачты дорожного освещения Tehomet Oy получили награду в категории «Энергия и Промышленность» на JEC Composite show в Париже в 2006 году. Благодаря уникальной технологии композитных мачт удалось обеспечить низкий вес конструкции, высокую прочность, высокие энергопоглощающие свойства и безопасность при конкурентно способной стоимости изделия. Мачты удостоены наилучшей классификации по европейскому стандарту EN 12767.

Материалы проекта:

The impact simulation of crash safe composite lighting columns. Abstract, images and simulation results. PDF, 900 Kb. Скачать.

Моделирование краш-теста в LS-DYNA. Сравнение с экспериментом. Часть 1. GIF, 2.98Mb. Скачать 

Моделирование краш-теста в LS-DYNA. Сравнение с экспериментом. Часть 2. GIF, 5.22Mb. Скачать