On analysis of double-impact test of 1500-kg vehicle into w-beam guardrail system

• Autorzy: Wilde Krzysztof , Burski Dawid , Burzyński Stanisław , Chróścielewski Jacek , Pachocki Łukasz , Witkowski Wojciech

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.137157

Warianty tytułu

PL

Analiza podwójnego uderzenia pojazdem o masie 1500 kg w barierę o prowadnicy typu W

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Every day on roads many scenarios of accidents may occur. One of the measures to minimize their consequences is road safety barriers. Finite Element analyses are being increasingly used to support the physical testing of these devices. The paper addresses the issue of a secondary impact into the previously damaged w-beam guardrail system. This situation belongs to one of the most dangerous which can happen on roads and may cause serious hazards, especially if the vehicle goes through the barrier. To evaluate the crashworthiness of the road barrier, the computational model of the crash test was developed and validated against the full-scale crash test. Then two simulations of TB32 crash tests were conducted on both damaged and undamaged road barriers to assess the influence of damage on the effectiveness of the safety system during vehicular impact. The study has revealed that the partially damaged system preserved some of its original functionality.

PL

Systemy ograniczające drogę stosuje się, aby redukować potencjalnie negatywne skutki zjazdu pojazdów z toru jezdni. Przede wszystkim chodzi o zminimalizowanie występowania obrażeń bądź ich intensywności dla uczestników ruchu, w tym dla kierujących pojazdami, pasażerów oraz pieszych. Jednym z typów wypadków są zderzenia pojazdów z barierami drogowymi pod względnie małym kącie uderzenia. Charakteryzują się tym, że bariera pozostaje w niewielkim stopniu zdeformowana, a kierowca często może kontynuować jazdę i odjeżdża z miejsca zdarzenia. Może zdarzyć się tak, że tego typu uszkodzenia przez długi czas pozostają niezgłoszone do służb utrzymujących drogi. Może to powodować, że taki odcinek bariery drogowej może zostać wtórnie uderzony. W związku z powyższym postanowiono przyjrzeć się temu zjawisku przy pomocy narzędzia w postaci symulacji numerycznych MES. Aktualnie metody numeryczne MES są używane na całym świecie, przez wszystkie czołowe Uniwersytety, firmy z branży motoryzacyjnej oraz bezpieczeństwa ruchu drogowego. Niewątpliwą zaletą jest redukcja kosztów w porównaniu do pełnowymiarowych testów zderzeniowych, przy jednoczesnym zachowaniu wiarygodności wyników. Warunkiem wiarygodności jest kompetentny zespół badaczy lub pracowników, który przeprowadza symulację oraz przyrównanie wyników symulacji do co najmniej jednego rzeczywistego testu zderzeniowego. W tej pracy wybrano właśnie tę drogę, gdzie przygotowany został model numeryczny ok. 73 m stalowej bariery drogowej o prowadnicy typu W. Następnie skorzystano z numerycznego modelu samochodu marki BMW o masie 1500 kg, którym zasymulowano uderzenie w tę barierę z prędkością 110 km/h pod kątem 7°. Wyniki tej symulacji porównano z rzeczywistym testem zderzeniowym przeprowadzonym przez Instytut Badawczy Dróg i Mostów (IBDiM) na poligonie Instytutu Badań Ochronnych Systemów (IBOS) w Inowrocławiu. Walidację symulacji numerycznej przeprowadzono zgodnie z raportem technicznym PD CEN/TR 1603-1:2012. Raport ten dopuszcza pewien subiektywizm podczas walidacji, aby go ograniczyć zdecydowano się dodatkowo porównać rezultat ASI z symulacji i pełnowymiarowego testu przy pomocy wskaźników MPC oraz ANOVA, które służą do zbadania podobieństwa dwóch krzywych. Na podstawie przeprowadzonej walidacji użyte modele uznano za poprawne, przez co można przejść do kolejnego kroku. Po poprawniej walidacji modelu przeprowadzono symulację numeryczną zderzenia TB32 (110 km/h, 20°) w dwóch wariantach: Przypadek 1-szy - zderzenie z barierą nieuszkodzoną, Przypadek 2-gi - zderzenie z barierą wstępnie uszkodzoną pojazdem BMW 1500 kg, który uderzył w nią z prędkością 110 km/h pod kątem 7°. Rezultaty symulacji porównano ze sobą i rezultaty pokazują, że wskaźniki deformacji bariery: szerokość pracująca oraz ugięcie dynamiczne (wg EN 1317), dla obu przypadków wychodzą sobie równe. Jeżeli chodzi o wskaźniki intensywności zderzenia ASI oraz THIV (wg EN 1317) to ASI wychodzi nieznacznie wyższe dla przypadku ze wstępnie uszkodzoną barierą, natomiast dla tego samego przypadku THIV uzyskało wartość niższą. Rezultaty pokazują, że barierę podczas obu przypadków zderzenia można zaklasyfikować do tej samej klasy. Większe różnice przy obu przypadkach można zauważyć dopiero podczas analizy efektywnych plastycznych odkształceń, gdzie dla wstępnie uszkodzonej bariery można zaobserwować większe uplastycznienie w okolicach otworów śrubowych. W pracy przebadano stalową barierę drogową o prowadnicy typu W. Poprawnie przeprowadzono walidację modelu, a następnie dokonano analizy przypadku zderzenia TB32 w barierę nienaruszoną oraz wstępnie uszkodzoną. Z przedstawionych rezultatów wynika, że dla testu TB32 bariera utrzymała swoje cechy funkcjonalne, tj. zachowała swoją klasę szerokości pracującej, ugięcia dynamicznego, oraz intensywności zderzenia. Poza tym poprawnie powstrzymała i wyprowadziła pojazd na swój tor. Należy mieć na uwadze, że jest to wyłącznie analiza konkretnego przypadku i w celu wyciągania bardziej ogólnych wniosków należałoby ją odpowiednio rozszerzyć. Kolejnym kierunkiem do badania mogłoby być sprawdzenie jak uszkodzony system mógłby się zachować przy zderzeniu o większej energii kinetycznej, np. uderzenie pojazdem ciężkim.

Słowa kluczowe

EN

crash test; TB32; w-beam guardrail; numerical simulation; double-impact; accident analysis; crashworthiness

PL

test zderzeniowy; TB32; prowadnica typu W; symulacja numeryczna; uderzenie podwójne; analiza wypadku; odporność na zderzenia

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 2
• Strony: 101--115
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Wilde Krzysztof

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Gdańsk, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-6878-3126

autor

Burski Dawid

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Gdańsk, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1598-3911

autor

Burzyński Stanisław

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Gdańsk, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-5201-4362

autor

Chróścielewski Jacek

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Gdańsk, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-7648-2785

autor

Pachocki Łukasz

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Gdańsk, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1286-6621

autor

Witkowski Wojciech

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Gdańsk, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2832-7892

Bibliografia

• [1] F. La Torre, C. Erginbas, R. Thomson, G. Amato, B. Pengal, C. Stefan, G. Hemmings, “Selection of the most appropriate roadside vehicle restraint system - the SAVeRS project”, Transportation Research Procedia 14, pp. 4237-4246, 2016. https://doi.org/10.1016/j.trpro.2016.05.395
• [2] M. Budzyński, A. Gobis, K. Jamroz, Ł. Jeliński, K. Ostrowski, “Road Restraint Systems as a Basis for Roadside Safety Improvement”, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 471, WMCAUS 2018, pp. 1-10, 2019. https://doi.org/10.1088/1757-899x/471/6/062029
• [3] M. Budzyński, K. Jamroz, Ł. Jeliński, “Assessment Of Road Restraint Systems In Polish Conditions”, Journal of KONBiN 1 (17) , pp. 1-9, 2018. https://doi.org/10.2478/jok-2018-0017
• [4] M. Budzyński, K. Wilde, K. Jamroz, J. Chróścielewski, W. Witkowski, S. Burzyński, D. Bruski, Ł. Jeliński, Ł. Pachocki, “The effect of vehicle restraint systems on road safety”, MATEC Web of Conferences 262, 05003, KRYNICA 2018, pp. 1-8, 2019. https://doi.org/10.1051/matecconf/201926205003
• [5] K. Wilde, K. Jamroz, D. Bruski, M. Budzyński, S. Burzyński, J. Chróścielewski, W. Witkowski, “Curb-to-barrier face distance variation in a TB51 bridge barrier crash test simulation”, Archives of Civil Engineering, Vol. LXIII, iss. 2, pp. 187-199, 2017. https://doi.org/10.1515/ace-2017-0024
• [6] M. Gutowski, E. Palta; H. Fang, “Crash analysis and evaluation of vehicular impacts on W-beam guardrails placed on sloped medians using finite element simulations” Advances in Engineering Software, 112, pp. 88-100, 2017. https://doi.org/10.1016/j.advengsoft.2017.04.004
• [7] P. Baranowski, J. Małachowski, J. Janiszewski, J. Wekezer, “Detailed tyre FE modelling with multistage validation for dynamic analysis”, Materials and Design, 96, pp. 68-79, 2016. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.02.029
• [8] M. Klasztorny, K. Zielonka, D.B. Nycz, P. Posuniak, R.K. Romanowski, ”Experimental validation of simulated TB32 crash tests for SP-05/2 barrier on horizontal concave arc without and with composite overlay”, Archives of Civil and Mechanical Engineering, 18, pp. 339-355, 2018. https://doi.org/10.1016/j.acme.2017.07.007
• [9] Ł. Pachocki, D. Bruski, “Modeling, simulation, and validation of a TB41 crash test of the H2/W5/B concrete vehicle restraint system”, Archives of Civil and Mechanical Engineering, 20, pp. 1-23, 2020. https://doi.org/10.1007/s43452-020-00065-7
• [10] Hallquist, J. LS-DYNA, Theory Manual, 2006.
• [11] LS-DYNA, keyword user’s manual. Vol. I. 2015.
• [12] LS-DYNA, keyword user’s manual. Vol. II. Material Models, 2015.
• [13] H. Fang, Q. Wang, D. C. Weggel, “Crash analysis and evaluation of cable median barriers on sloped medians using an efficient finite element model”, Advances in Engineering Software, Vol. 82, pp. 1-13, 2015. https://doi.org/10.1016/j.advengsoft.2014.12.009
• [14] D. Bruski, S. Burzyński, J. Chróścielewski, K. Jamroz, Ł. Pachocki, W. Witkowski, K. Wilde, “Experimental and numerical analysis of the modified TB32 crash tests of the cable barrier system”, Engineering Failure Analysis, 104, pp. 227-246, 2019. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.05.023
• [15] K. Wilde, D. Bruski, M. Budzyński, S. Burzyński, J. Chróścielewski, K. Jamroz, Ł. Pachocki, W. Witkowski, “Numerical analysis of TB32 crash tests for 4-cable guardrail barrier system installed on the horizontal convex curves of road”, International Journal of Nonlinear Sciences and Numerical Simulation, pp. 1-17, 2019. https://doi.org/10.1515/ijnsns-2018-0169
• [16] M. Soltani, A. Topa, M.R. Karim, N.H.R. Sulong, “Crashworthiness of G4(2W) guardrail system: a finite element parametric study”. International Journal of Crashworthiness, 22, pp. 169-189, 2016. https://doi.org/10.1080/13588265.2016.1243636
• [17] N. Dinnella, S. Chiappone, M. Guerrieri, “The innovative “NDBA” concrete safety barrier able to withstand two subsequent TB81 crash tests”, Engineering Failure Analysis, 115, pp. 1-13, 2020. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2020.104660
• [18] R.G. Sargent, “Verification and Validation of Simulation Models”, Proc. 2007 Winter Simul. Conf. 124-137, 2007. https://doi.org/10.1057/jos.2012.20
• [19] L. Kwaśniewski, “On practical problems with verification and validation of computational models”, Archives of Civil Engineering, 55 (3): 323-346, 2009.
• [20] PN-EN 1317-1:2010. Road restraint systems - part 1: Terminology and general criteria for test methods 2010.
• [21] PN-EN 1317-2:2010. Road restraint systems - part 2: Performance classes, impact test acceptance criteria and test methods for safety barriers including vehicle parapets; 2010.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).