CN111062158A - 一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，包括护栏结构安全性能评价的仿真分系统、护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统、护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统和护栏事故后评价仿真分系统，以有限元法计算机仿真模拟作为技术手段，通过建立与实际工况相符的1∶1模型，参照《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05‑01)对护栏检测的碰撞条件，对护栏安全性能进行基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价；仿真模拟技术能够摒弃试验场地和车辆受限的弊病，即采用仿真技术模拟车辆模型、护栏模型等并模拟各种复杂公路路况、各种车辆类型，在不同碰撞条件下，对护栏结构的影响，具有费用省、周期短、可模拟各种复杂工况的优势。

Description

一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统及方法

技术领域

本发明涉及公路交通安全设施护栏的安全性能检测及评价技术领域，特别是一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统及方法。

背景技术

公路护栏作为事故车辆的最后一道防线，其安全性能至关重要。现行《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01—2013)规定采用实车足尺碰撞试验检测公路护栏的方法和评价指标，其中的“实车足尺碰撞试验”不仅是一个实现评价准确的基本要求，而且是一个确保碰撞试验真实、客观的条件指导，在提高我国公路行车运营安全方面发挥了重要作用，但由于实车足尺碰撞试验在特定试验场内进行，难以真实反映实际复杂公路条件，使得当前护栏安全性能评价工作受到较大程度限制，致使交管部门对于护栏的真实防护能力存在疑虑，同时实车足尺碰撞试验具有费用高、周期长、工况单一的缺点。

发明内容

本发明针对现有护栏评价技术中存在的缺陷或不足，提出一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统及方法，通过计算机仿真技术构建护栏安全综合评价系统，用以评价护栏防护能力，模拟各种复杂路况及各种车辆类型下的碰撞对护栏结构的影响，本发明一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统及方法能够有利于交管部门对护栏安全性在真实、客观的监测数据基础上进行综合性的准确评价和把控，也有利于业主和监理根据规范指标要求对护栏进行现场验收。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，其特征在于，包括护栏结构安全性能评价的仿真分系统、护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统、护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统和护栏事故后评价仿真分系统，所述护栏结构安全性能评价的仿真分系统、护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统和护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统均包括仿真模型建立与验证模块、仿真碰撞模块、护栏安全性能评价模块和护栏安全性能评价结论模块，所述仿真模型建立与验证模块包括车辆模型建立与验证分模块，和护栏模型建立与验证分模块，所述车辆模型建立与验证分模块包括标准车辆模型建立与验证子模块，所述标准车辆模型建立与验证子模块根据现行评价标准规定的标准车辆建立并验证标准车辆模型；所述护栏模型建立与验证分模块包括基础护栏模型建立子模块和基础护栏模型验证子模块，所述基础护栏模型建立子模块根据护栏结构尺寸、材料型号和性能指标严格按照护栏的设计图建立基础护栏模型；所述基础护栏模型验证子模块通过所述仿真碰撞模块进行仿真碰撞后的碰撞数据与真实护栏样品碰撞试验数据相比对，调整所述基础护栏模型使之得到验证；所述护栏安全性能评价模块包括护栏的结构安全性能评价分模块、护栏的公路适应安全性能评价分模块和护栏的车辆适应安全性能评价分模块；所述护栏结构安全性能评价的仿真分系统中，所述护栏的结构安全性能评价分模块包括结构碰撞条件和碰撞位置选取子模块、护栏的结构安全性能评价指标设定子模块、护栏的结构安全性能评价及结果展示子模块，所述结构碰撞条件和碰撞位置选取子模块根据现行标准中的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点的选取要求确定碰撞条件数据和碰撞点数据，所述仿真碰撞模块将所述碰撞条件数据和碰撞点数据赋予所述基础护栏模型和所述标准车辆模型进行仿真碰撞；所述护栏的结构安全性能评价指标设定子模块根据现行标准中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，设定所述护栏的结构安全性能评价指标；所述护栏的结构安全性能评价及结果展示子模块根据所述基础护栏模型和标准车辆模型仿真碰撞后的碰撞数据、所述护栏的结构安全性能评价指标进行结构安全性能评价，在护栏模型达到最大横向动态变形值之前验证所述标准车辆模型碰撞所述基础护栏模型的总能量变化是否超过5％、沙漏能是否超过系统初始总能量的5％、系统的总质量增加是否超过5％，验证计算结果物理形态变化是否合理，验证是否有单元爆炸，验证是否有负体积单元，考虑加载速度是否合理，若否，则需要调整修改所述车辆模型和/或所述护栏模型，若是，则给出护栏的结构安全性能评价结果；所述护栏安全性能评价结论模块根据所述护栏的结构安全性能评价结果，给出护栏结构是否满足防护等级要求的结论，编制并输出护栏的结构安全性能仿真评价报告。

作为优选，所述护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统中，所述护栏安全性能评价模块还包括护栏的公路适应安全性能评价分模块，所述护栏模型的建立与验证分模块还包括路况模型子模块，所述路况模型子模块包括公路沿线设施子模块和公路基本设施子模块；所述公路沿线设施子模块将公路沿线设施如符合实际公路应用场景的护栏基础、路侧构筑物等影响因素赋予所述基础护栏模型建立子模块，所述公路基本设施子模块将公路线型、路面建设情况等交通工程的影响因素赋予所述基础护栏模型建立子模块形成公路适应护栏模型；所述护栏模型的建立与验证分模块通过所述仿真碰撞模块进行仿真碰撞后的碰撞数据与真实护栏样品碰撞试验数据相比对，调整所述公路适应护栏模型使之得到验证；所述护栏的公路适应安全性能评价分模块包括公路适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块，护栏的公路适应安全性能评价指标设定子模块，和护栏的公路适应安全性能评价及结果展示子模块；所述公路适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块根据现行标准的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点的选取要求确定碰撞条件数据和碰撞点位置数据，并根据实际情况采用仿真方法在所述仿真碰撞模块中对碰撞点位置进行最不利分析确定最终碰撞点数据，所述仿真碰撞模块将所述碰撞条件数据和最终碰撞点数据赋予所述公路适应护栏模型和所述标准车辆模型进行仿真碰撞；所述护栏的公路适应安全性能评价指标设定子模块根据现行标准中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，设定所述护栏的公路适应安全性能评价指标；所述护栏的公路适应安全性能评价及结果展示子模块根据所述公路适应护栏模型和所述标准车辆模型的仿真碰撞数据、所述护栏的公路适应安全性能评价指标进行公路沿线设施及公路基本设施的影响程度分析，并进行护栏的公路适应安全性能评价，在护栏模型达到最大横向动态变形值之前验证所述标准车辆模型碰撞所述基础护栏模型的总能量变化是否超过5％、沙漏能是否超过系统初始总能量的5％、系统的总质量增加是否超过5％，验证计算结果物理形态变化是否合理，验证是否有单元爆炸，验证是否有负体积单元，考虑加载速度是否合理，若否，则需要调整修改所述车辆模型和/或所述公路适应护栏模型，若是，则给出护栏的公路适应安全性能评价结果；所述护栏安全性能评价结论模块根据所述护栏的公路适应安全性能评价结果，将所述护栏的公路适应安全性能分为优秀、良好、一般或差，编制并输出护栏的公路适应安全性能仿真评价报告。

作为优选，所述护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统中，所述护栏安全性能评价模块还包括护栏的车辆适应安全性能评价分模块，所述仿真模型的建立与验证模块还包括假人模型的建立与验证分模块；所述车辆模型建立与验证分模块还包括车辆适应评价车辆模型建立与验证子模块；所述车辆适应评价车辆模型建立与验证子模块根据交通流中存在较大比例的车型、或者某路段经常通过的罐车、混凝土搅拌车等车型来选取确定的一种或多种非标准车辆建立并验证车辆适应评价车辆模型；所述护栏的车辆适应安全性能评价分模块包括车辆适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块，护栏的车辆适应安全性能评价指标设定子模块，所述假人模型碰撞车辆影响程度分析子模块，和护栏的车辆适应安全性能评价结果展示子模块；所述车辆适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块根据现行标准的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点的选取要求确定碰撞条件数据和碰撞点数据，并根据公路交通流特征采用仿真方法确定最终碰撞条件数据，所述最终碰撞条件数据采用车辆适应评价车辆模型的不同碰撞条件进行模拟仿真；所述仿真碰撞模块将所述最终碰撞条件数据和碰撞点数据赋予所述基础护栏模型和所述车辆适应评价车辆模型；所述护栏的车辆适应安全性能评价指标设定子模块根据现行标准中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，设定所述护栏的车辆适应安全性能评价指标；所述假人模型碰撞车辆影响程度分析子模块将假人模型设置于所述车辆适应评价车辆模型驾驶席并根据碰撞条件分析假人模型碰撞所述车辆适应评价车辆模型对假人模型产生的冲击数据；

所述护栏的车辆适应安全性能评价及结果展示子模块根据所述基础护栏模型和所述车辆适应评价车辆模型的仿真碰撞结果、所述护栏的车辆适应安全性能评价指标和所述假人模型的冲击数据，进行车辆适应安全性能评价；在基础护栏模型达到最大横向动态变形值之前验证所述标准车辆模型碰撞所述基础护栏模型的总能量变化是否超过5％、沙漏能是否超过系统初始总能量的5％、系统的总质量增加是否超过5％，验证计算结果物理形态变化是否合理，验证是否有单元爆炸，验证是否有负体积单元，考虑加载速度是否合理，若否，则需要调整修改所述车辆适应评价车辆模型和/或所述护栏模型，若是，则给出护栏的车辆适应安全性能评价结果；所述护栏安全性能评价结论模块根据所述护栏的车辆适应安全性能评价结果，将所述护栏的车辆适应安全性能分为优秀、较差、差或极差，编制并输出护栏的车辆适应安全性能仿真评价报告。

作为优选，所述护栏的公路适应安全性能评价结果展示子模块还包括将所述护栏的公路适应安全性能评价结果与所述结构安全性能评价结果相比对的比较模块；所述护栏安全性能评价结论模块根据所述护栏的公路适应安全性能评价结果，所述护栏的公路适应安全性能评价结果与所述护栏的结构安全性能评价结果的对比结果，将所述护栏的公路适应安全性能分为优秀、良好、一般或差，编制并输出护栏的公路适应安全性能仿真评价报告。

作为优选，所述基础护栏模型建立子模块包括基础护栏整体模型建立子模块和基础护栏单元模型建立子模块，所述基础护栏单元模型建立子模块的基础护栏单元模型按照设计图纸进行装配形成所述基础护栏整体模型建立子模块的基础护栏整体模型；所述基础护栏模型验证子模块包括基础护栏整体模型验证子模块和基础护栏单元模型验证子模块，所述基础护栏整体模型验证子模块对所述基础护栏整体模型进行整体性能验证，所述基础护栏单元模型验证子模块对所述基础护栏关键零部件的基础护栏单元模型进行性能验证。

作为优选，还包括存储模块，所述存储模块包括护栏模型数据库、车辆模型数据库，所述护栏模型建立与验证分模块，根据输入的护栏结构数据，建立并验证相应结构的护栏模型并将验证后的护栏模型存储于所述护栏模型数据库，或通过调用模块从所述护栏模型数据库调取相应结构的护栏模型；所述车辆模型建立与验证分模块，根据输入的车辆数据，建立并验证相应的车辆模型并存储于所述车辆模型数据库，或通过所述调用模块从所述车辆模型数据库调取相应的车辆模型。

所述护栏模型至少包括所述基础护栏模型和所述公路适应护栏模型，所述车辆模型至少包括所述标准车辆模型和所述车辆适应评价车辆模型；所述存储模块还包括仿真碰撞模型数据库，所述仿真碰撞模块将所述碰撞条件数据和碰撞点数据赋予所述护栏模型和所述车辆模型，形成仿真碰撞模型，并将所述仿真碰撞模型存储于所述仿真碰撞模型数据库，或通过所述调用模块从所述仿真碰撞模型数据库调取相应的仿真碰撞模型到所述仿真碰撞模块。

作为优选，所述护栏模型还包括护栏失效模型；所述车辆模型具有运动性能和准确的几何形状，所述车辆模型的重要结构采用有限元网格建模，所述车辆模型的非重要结构用具有惯性特性或功能特性的质量点或刚体建模；所述车辆模型以车辆长度方向为X轴，车辆宽度方向为Y轴，车辆高度方向为Z轴建立车辆坐标系，所述车辆坐标系遵守右手定则；所述车辆数据至少包括车辆模型总质量数据、几何尺寸数据和重心位置数据。

作为优选，所述基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统的开发系统应具备处理所述仿真碰撞模块的碰撞过程非线性问题的功能，具备或能够建立所述护栏模型和所述车辆模型的单元模型数据库，具备或能够建立所述护栏模型和所述车辆模型的材料数据库；具备或能够建立所述仿真碰撞模块中的所述车辆模型碰撞所述护栏模型物理过程的摩擦接触类型数据库；所述仿真碰撞模块应满足能够输出车辆模型和护栏模型的吸收能量的计算功能要求，能够处理所述车辆模型和所述护栏模型的绊阻的计算功能要求，能够定义加速度传感器及其计算功能要求，能够提取所述车辆模型运行轨迹的计算功能要求。

作为优选，所述车辆模型的包括车身模型、车架模型、悬架模型、车轮模型及转向系统模型，所述车身模型使用有限元模型中的壳单元建模，且所述车身模型的形状和材料属性与实际车辆相同，所述车身模型的材质至少包括钢或铝合金等金属；所述车架模型使用有限元模型中的壳单元建模，所述车架模型的内部构件连接模型采用刚性点焊单元模型和/或螺栓单元模型，所述车架模型建模计算过程中的车架模型数据包括车架的有效扭转刚度、车辆部件与车架刚性连接数据弹性连数据接；所述悬架模型在有限元模型中采用简化模型，所述悬架模型的导向机构及减震器使用简单的壳体或实体单元建模，所述悬架模型的弹性元件或转向节用离散一维单元建模；所述车轮模型包括轮毂模型和轮胎模型，所述车轮模型可自由滚动，所述轮胎模型的内部用安全气囊压力体积模拟充气状态，所述轮胎模型的表面与路面之间定义有静摩擦系数建模值和动态摩擦系数建模值，所述动摩擦系数建模值比实际轮胎动摩擦系数值低30％；所述转向系统模型包括方向盘模型、转向轴模型、转向器模型、转向横拉杆模型、减震机构模型及连接机构模型，所述转向系统模型中的转向横拉杆模型、方向盘模型和转向器模型使用壳体单元建模并进行配重，所述转向轴模型、转向横拉杆模型及连接机构模型用离散一维单元建模，所述转向系统模型还包括车辆前轮转弯组件模型；所述护栏模型使用有限元模型中的金属板壳单元建模，所述金属板壳单元采用四边形单元及三角形单元划分网格，所述三角形单元不应超过护栏模型中单元总数的5％，且在单个钣金中不应超过其单元总数的10％；所述车辆模型与所述护栏模型的验证用过实车足尺碰撞试验进行对比验证；所述车辆模型的验证通过所述车辆模型建立与验证模块进行车辆零部件验证、线形轨迹验证、过减速带验证及整车碰撞验证；所述护栏模型的验证通过所述车辆模型建立与验证模块进行护栏结构验证、护栏材料验证、护栏碰撞变形验证；所述车辆模型的各模型部件的连接和所述护栏模型的各模型部件的连接均通过焊接模型、胶粘模型及螺栓连接模型进行锚固连接；所述焊接模型使用有限元模型的刚性单元建模，焊接节点一一对应，焊接节点间的投影距离不超过7mm；焊接两个相邻板的两个焊接节点之间的最大距离不大于10mm，80％情况下不应该大于7mm；所述焊接模型的缝焊模型通过刚性连接焊缝中的各焊接节点来建模，并定义缝焊模型失效标准；所述胶粘模型胶粘处使用有限元模型的实体单元建模，如果胶粘处有结构性功能，则在重合的胶粘节点之间采用单自由度弹簧元件建模，提供足够的弹簧特性；如果胶粘处没有结构性功能，则忽略；所述螺栓连模型包括摩擦模型、接头滑移模型、螺栓张力模型、螺栓弯曲模型、螺栓剪切模型、接触定义模型、材料失效准则模型、螺栓预紧力模型和螺栓拉拔力模型。

作为优选，所述的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统还包括护栏事故后评价仿真分系统，所述护栏事故后评价仿真分系统包括公路护栏事故后仿真评价模块，所述公路护栏事故后仿真评价模块根据真实事故公路的护栏设计图建立或调取一致的护栏模型，根据真实事故的车辆建立或调取车辆模型，并根据护栏设计时的防护等级查找现行标准中的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点，在所述护栏的结构安全性能评价分模块的中，将该查找的碰撞条件和碰撞点转化为碰撞条件数据和碰撞点数据并赋予所述护栏模型和所述车辆模型进行仿真碰撞，并给出事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告；或者，若所述事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告中给出的结论为事故后护栏结构不满足防护等级要求，则所述公路护栏事故后仿真评价模块停止；若所述事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告中给出的结论为事故后护栏结构满足防护等级要求，则所述护栏事故后评价仿真分系统还包括护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统和/或护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统；公路护栏事故后仿真评价模块继续在护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统中和/或护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统中，进行公路适应安全性能评价和车辆适应安全性能评价，并给出事故后护栏的公路适应安全性能仿真评价报告和事故后护栏的车辆适应安全性能仿真评价报告，所述事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告、所述事故后护栏的公路适应安全性能仿真评价报告和所述事故后护栏的车辆适应安全性能仿真评价报告作为分析公路交通事故发生原因及事故责任区分的参考。

一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价方法，采用上述的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统进行护栏综合评价。

本发明的技术效果如下：

1、本发明一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统及方法，以有限元法计算机仿真模拟作为技术手段，通过建立与实际工况相符的1∶1模型，参照《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)对护栏检测的碰撞条件，对护栏安全性能进行基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价。仿真模拟技术能够摒弃试验场地和车辆受限的弊病，即采用仿真技术模拟车辆模型、护栏模型等并模拟各种复杂公路路况、各种车辆类型、不同碰撞条件下，车辆碰撞对护栏结构的影响。计算机仿真模拟技术具有费用省、周期短、可模拟各种复杂工况的优势。

2、本发明的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统及方法，护栏安全性能评价模块包括护栏的结构安全性能评价分模块、护栏的公路适应安全性能评价分模块和护栏的车辆适应安全性能评价分模块，既能够模拟分析撞击对驾乘人员的伤害，又能够准确设定碰撞位置、碰撞角度、碰撞速度以提高检测精度、检测效率和检测有效性或权威性，从而有利于交管部门对护栏安全性在真实、客观的监测数据基础上进行准确评价和把控，也有利于业主和监理根据规范指标要求对护栏进行现场验收，充分保障并加强公路护栏的安全性能。

3、本发明的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统及方法，护栏的公路适应安全性能评价分模块中，护栏模型的建立不仅考虑了基础护栏模型，还对基础护栏模型施加了括公路沿线设施模型和公路基本设施模型的路况模型，并进行了公路沿线设施影响程度分析，且采用了仿真方法对碰撞点位置进行最不利分析，使得仿真评价结果更加可靠。

4、本发明的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统及方法，护栏的车辆适应安全性能评价分模块中，设立了假人模型，除了标准车辆模型增加了车辆适应评价车辆模型，对车辆模型进行了进一步补充，且通过仿真碰撞模型，能够直观的看到碰撞对假人模型产生的影响，能够跟好的体现护栏对乘客的保护功能。

5、本发明的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统及方法结合护栏安全评价的现状与发展趋势，制订出符合我国国情的第一部《公路护栏安全性能仿真评价标准》，对现有标准体系起到补充和完善的作用。

附图说明

图1为本发明所述基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统的流程示意图；

图2为本发明所述基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统的护栏事故后评价仿真分系统的流程示意图；

图3为本发明所述基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统的护栏结构安全性能评价的仿真分系统流程示意图；

图4为本发明所述基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统的护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统的流程示意图；

图5为本发明所述基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统的护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统的流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，在结合附图1-5和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。

实施例1

如图1和图2所示，本发明一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，利用有限元法的仿真模拟软件建立仿真模型，模拟各种复杂公路路况、各种车辆类型下对护栏防护能力的影响，根据仿真模型计算结果对公路护栏安全性能进行评价并给出结论。

随着计算机软硬件的不断发展，采用基于有限元方法的计算机仿真模拟技术日趋成熟，相比现行标准《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)中的实车足尺碰撞试验，计算机仿真同样可以建立与实际工况相符的1∶1模型，且计算机仿真模拟技术具有费用省、周期短、可模拟各种复杂工况的优势。在公路护栏安全性能评价领域，计算机仿真模拟技术已经达到可以部分代替实车足尺碰撞试验的技术水平，并在很大程度上可以对其进行有效的补充和完善。计算机仿真可评价公路护栏结构是否达到相应防护等级，可评价公路护栏对于公路适应条件的安全性能，还可评价公路护栏对于车辆多样性的适应安全性能，将综合的评估护栏的安全水平，并给出相应结论。本发明人设想，如果通过基于有限元方法的计算机仿真模拟技术对护栏安全性能进行评价，就能够摒弃试验场地和车辆受限的弊病，即采用仿真技术模拟各种复杂公路路况、各种车辆类型下对护栏结构的影响。国外发达国家已经进行了仿真模拟方面标准的编制。鉴于此，本发明人完成了本发明，并且结合护栏安全评价的现状与发展趋势，制订出符合我国国情的《公路护栏安全性能仿真评价标准》，对现有标准体系起到补充和完善作用。

具体地，一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，其特征在于，包括护栏结构安全性能评价的仿真分系统、护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统、护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统和护栏事故后评价仿真分系统，所述护栏结构安全性能评价的仿真分系统、护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统和护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统均包括仿真模型建立与验证模块、仿真碰撞模块、护栏安全性能评价模块和护栏安全性能评价结论模块；

在本发明一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统搭建之前，需要进行前期的资料调研，比如，在进行护栏结构安全性能评价的仿真分系统建立之前，至少需要获取护栏的详细构造图；在进行护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统建立之前，至少需要获取公路现场的连续摄像或图片、护栏及公路的相关设计图和施工图、已有的护栏结构安全性能评价资料和其他可用于评价的相关资料；进行护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统建立之前，至少需要获取公路的交通流特征和护栏的详细构造图。

所述仿真模型建立与验证模块包括车辆模型建立与验证分模块，和护栏模型建立与验证分模块；所述车辆模型建立与验证分模块包括标准车辆模型建立与验证子模块，所述标准车辆模型建立与验证子模块根据现行评价标准规定的标准车辆建立并验证标准车辆模型。

在所述护栏结构安全性能评价的仿真分系统中，所述护栏模型建立与验证分模块包括基础护栏模型建立子模块和基础护栏模型验证子模块，所述基础护栏模型建立子模块根据护栏结构尺寸、材料型号和性能指标严格按照护栏的设计图建立基础护栏模型；所述基础护栏模型建立子模块包括基础护栏整体模型建立子模块和基础护栏单元模型建立子模块，所述基础护栏单元模型建立子模块的基础护栏单元模型按照设计图纸进行装配形成所述基础护栏整体模型建立子模块的基础护栏整体模型；所述基础护栏模型验证子模块包括基础护栏整体模型验证子模块和基础护栏单元模型验证子模块，所述基础护栏整体模型验证子模块对所述基础护栏整体模型进行整体性能验证，所述基础护栏单元模型验证子模块对所述基础护栏关键零部件的基础护栏单元模型进行性能验证。

所述的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，还包括存储模块，所述存储模块包括护栏模型数据库、车辆模型数据库；所述护栏模型建立与验证分模块，根据输入的护栏结构数据，建立并验证相应结构的护栏模型并将验证后的护栏模型存储于所述护栏模型数据库，或通过调用模块从所述护栏模型数据库调取相应结构的护栏模型；所述车辆模型建立与验证分模块，根据输入的车辆数据，建立并验证相应的车辆模型并存储于所述车辆模型数据库，或通过所述调用模块从所述车辆模型数据库调取相应的车辆模型。所述存储模块还包括仿真碰撞模型数据库，所述仿真碰撞模块将所述碰撞条件数据和碰撞点数据赋予所述护栏模型和所述车辆模型，形成仿真碰撞模型，并将所述仿真碰撞模型存储于所述仿真碰撞模型数据库，或通过所述调用模块从所述仿真碰撞模型数据库调取相应的仿真碰撞模型到所述仿真碰撞模块。

所述车辆模型具有运动性能和准确的几何形状，所述车辆模型的重要结构采用有限元网格建模，所述车辆模型的非重要结构用具有惯性特性或功能特性的质量点或刚体建模；所述车辆模型以车辆长度方向为X轴，车辆宽度方向为Y轴，车辆高度方向为Z轴建立车辆坐标系，所述车辆坐标系遵守右手定则；所述车辆数据至少包括车辆模型总质量数据、几何尺寸数据和重心位置数据；所述护栏模型还包括护栏失效模型。

所述车辆模型的包括整体模型和分模型，其分模型包括车身模型、车架模型、悬架模型、车轮模型及转向系统模型，所述车身模型使用有限元模型中的壳单元建模，且所述车身模型的形状和材料属性与实际车辆相同，所述车身模型的材质至少包括钢或铝合金等金属；车辆模型均应对其整体模型和分模型的性能进行验证；所述车架模型使用有限元模型中的壳单元建模，所述车架模型的内部构件连接模型采用刚性点焊单元模型和/或螺栓单元模型，所述车架模型建模计算过程中的车架模型数据包括车架的有效扭转刚度、车辆部件与车架刚性连接数据弹性连数据接；所述悬架模型在有限元模型中采用简化模型，所述悬架模型的导向机构及减震器使用简单的壳体或实体单元建模，所述悬架模型的弹性元件或转向节用离散一维单元建模；所述车轮模型包括轮毂模型和轮胎模型，所述车轮模型可自由滚动，所述轮胎模型的内部用安全气囊压力体积模拟充气状态，所述轮胎模型的表面与路面之间定义有静摩擦系数建模值和动态摩擦系数建模值，所述动摩擦系数建模值比实际轮胎动摩擦系数值低30％；所述转向系统模型包括方向盘模型、转向轴模型、转向器模型、转向横拉杆模型、减震机构模型及连接机构模型，所述转向系统模型中的转向横拉杆模型、方向盘模型和转向器模型使用壳体单元建模并进行配重，所述转向轴模型、转向横拉杆模型及连接机构模型用离散一维单元建模，所述转向系统模型还包括车辆前轮转弯组件模型。所述护栏模型使用有限元模型中的金属板壳单元建模，所述金属板壳单元采用四边形单元及三角形单元划分网格，所述三角形单元不应超过护栏模型中单元总数的5％，且在单个钣金中不应超过其单元总数的10％；所述车辆模型与所述护栏模型的验证用过实车足尺碰撞试验进行对比验证；所述车辆模型的验证通过所述车辆模型建立与验证模块进行车辆零部件验证、线形轨迹验证、过减速带验证及整车碰撞验证；所述护栏模型的验证通过所述车辆模型建立与验证模块进行护栏结构验证、护栏材料验证、护栏碰撞变形验证；所述车辆模型的各模型部件的连接和所述护栏模型的各模型部件的连接均通过焊接模型、胶粘模型及螺栓连接模型进行锚固连接；所述焊接模型使用有限元模型的刚性单元建模，焊接节点一一对应，焊接节点间的投影距离不超过7mm；焊接两个相邻板的两个焊接节点之间的最大距离不大于10mm，80％情况下不应该大于7mm；所述焊接模型的缝焊模型通过刚性连接焊缝中的各焊接节点来建模，并定义缝焊模型失效标准；所述胶粘模型胶粘处使用有限元模型的实体单元建模，如果胶粘处有结构性功能，则在重合的胶粘节点之间采用单自由度弹簧元件建模，提供足够的弹簧特性；如果胶粘处没有结构性功能，则忽略；所述螺栓连模型包括摩擦模型、接头滑移模型、螺栓张力模型、螺栓弯曲模型、螺栓剪切模型、接触定义模型、材料失效准则模型、螺栓预紧力模型和螺栓拉拔力模型。

所述护栏安全性能评价模块包括护栏的结构安全性能评价分模块、护栏的公路适应安全性能评价分模块和护栏的车辆适应安全性能评价分模块；所述护栏的结构安全性能评价分模块包括结构碰撞条件和碰撞位置选取子模块、护栏的结构安全性能评价指标设定子模块、护栏的结构安全性能评价及结果展示子模块，所述结构碰撞条件和碰撞位置选取子模块根据现行标准中的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点的选取要求确定碰撞条件数据和碰撞点数据，所述仿真碰撞模块将所述碰撞条件数据和碰撞点数据赋予所述基础护栏模型和所述标准车辆模型进行仿真碰撞；所述护栏的结构安全性能评价指标设定子模块根据现行标准中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，设定所述护栏的结构安全性能评价指标；所述护栏的结构安全性能评价及结果展示子模块根据所述基础护栏模型和标准车辆模型仿真碰撞后的碰撞数据、所述护栏的结构安全性能评价指标进行结构安全性能评价，在护栏模型达到最大横向动态变形值之前验证所述标准车辆模型碰撞所述基础护栏模型的总能量变化是否超过5％、沙漏能是否超过系统初始总能量的5％、系统的总质量增加是否超过5％，验证计算结果物理形态变化是否合理，验证是否有单元爆炸，验证是否有负体积单元，考虑加载速度是否合理，若否，则需要调整修改所述车辆模型和/或所述护栏模型，若是，则给出护栏的结构安全性能评价结果；所述护栏安全性能评价结论模块根据所述护栏的结构安全性能评价结果，给出护栏结构是否满足防护等级要求的结论，比如结论用“护栏结构满足(不满足)一级(或二级或其他等级)防护要求”形式给出，编制并输出护栏的结构安全性能仿真评价报告。

所述护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统可单独应要求进行护栏的公路适应安全性能评价，或者也可能是在所述护栏结构满足防护等级要求的情况下，所述护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统进一步进行护栏的公路适应安全性能评价。

具体地，在所述所述护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统中，所述护栏安全性能评价模块还包括护栏的公路适应安全性能评价分模块，此时，其护栏模型的建立与验证分模块除了上述的护栏结构安全性能评价的仿真分系统中的基础护栏模型的建立与验证分模块外，还包括路况模型子模块，所述路况模型子模块包括公路沿线设施子模块和公路基本设施子模块；所述公路沿线设施子模块将公路沿线设施如符合实际公路应用场景的路侧构筑物(包括桥墩、隧道检修道、隧道洞门、标志立柱、照明灯柱、斜拉索、吊杆、监控设施、声屏障、防眩设施、防抛网、边沟等)等影响因素赋予所述基础护栏模型建立子模块，所述公路基本设施子模块将公路工程条件包括公路线型、路面建设情况和公路基础条件等交通工程的影响因素赋予所述基础护栏模型建立子模块形成公路适应护栏模型；所述护栏模型的建立与验证分模块通过所述仿真碰撞模块进行仿真碰撞后的碰撞数据与真实护栏样品碰撞试验数据相比对，调整所述基础护栏模型使之得到验证；；所述公路基础条件包括路基公路条件和桥梁公路条件，所述路基公路条件包括路基的基础形式、埋深、土基压实度、土路肩、边坡、人孔等条件，所述桥梁公路条件包括翼缘板形式(混凝土箱梁、钢箱梁)、梁板厚度、配筋、预埋连接、伸缩缝、桥台等条件。

所述护栏的公路适应安全性能评价分模块包括公路适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块，护栏的公路适应安全性能评价指标设定子模块，和护栏的公路适应安全性能评价及结果展示子模块；所述公路适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块根据现行标准的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点的选取要求确定碰撞条件数据和碰撞点位置数据，并根据实际情况采用仿真方法在所述仿真碰撞模块中对碰撞点位置进行最不利分析确定最终碰撞点数据，所述仿真碰撞模块将所述碰撞条件数据和最终碰撞点数据赋予所述公路适应护栏模型和所述标准车辆模型进行仿真碰撞；所述护栏的公路适应安全性能评价指标设定子模块根据现行标准中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，设定所述护栏的公路适应安全性能评价指标；所述护栏的公路适应安全性能评价及结果展示子模块根据所述公路适应护栏模型和所述标准车辆模型的仿真碰撞数据、所述护栏的公路适应安全性能评价指标进行公路沿线设施及公路基本设施的影响程度分析，并进行护栏的公路适应安全性能评价，在护栏模型达到最大横向动态变形值之前验证所述标准车辆模型碰撞所述基础护栏模型的总能量变化是否超过5％、沙漏能是否超过系统初始总能量的5％、系统的总质量增加是否超过5％，验证计算结果物理形态变化是否合理，验证是否有单元爆炸，验证是否有负体积单元，考虑加载速度是否合理，若否，则需要调整修改所述车辆模型和/或所述护栏模型，若是，则给出护栏的公路适应安全性能评价结果；所述护栏的公路适应安全性能评价结果展示模块将所述护栏的公路适应安全性能评价结果与所述护栏的结构安全性能评价结果进行对比。

所述护栏安全性能评价结论模块根据所述护栏的公路适应安全性能评价结果，所述护栏的公路适应安全性能评价结果与所述护栏的结构安全性能评价结果的对比结果，将所述护栏的公路适应安全性能分为优秀、良好、一般或差，编制并输出护栏的公路适应安全性能仿真评价报告。

所述护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统可单独应要求进行护栏的车辆适应安全性能评价，或者也可能是在所述护栏结构满足防护等级要求的情况下，所述护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统进一步进行护栏的车辆适应安全性能评价。

所述护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统中，与护栏结构适应安全性能评价的仿真分系统不同地是，所述护栏安全性能评价模块还包括护栏的车辆适应安全性能评价分模块，其仿真模型的建立与验证模块还包括假人模型的建立与验证分模块；其仿真模型的建立与验证模块中的车辆模型建立与验证分模块除了上述护栏结构安全性能评价的仿真分系统中的标准车辆模型建立与验证分模块外，还包括车辆适应评价车辆模型建立与验证子模块；所述车辆适应评价车辆模型建立与验证子模块根据交通流中存在较大比例的车型、或者某路段经常通过的罐车、混凝土搅拌车等车型来选取确定的一种或多种非标准车辆建立并验证车辆适应评价车辆模型；所述护栏的车辆适应安全性能评价分模块包括车辆适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块，护栏的车辆适应安全性能评价指标设定子模块，所述假人模型碰撞车辆影响程度分析子模块，和护栏的车辆适应安全性能评价结果展示子模块；所述车辆适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块根据现行标准的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点的选取要求确定碰撞条件数据和碰撞点数据，并根据公路交通流特征采用仿真方法确定最终碰撞条件数据，所述最终碰撞条件数据采用车辆适应评价车辆模型的不同碰撞条件进行模拟仿真；所述仿真碰撞模块将所述最终碰撞条件数据和碰撞点数据赋予所述基础护栏模型和所述车辆模型；所述护栏的车辆适应安全性能评价指标设定子模块根据现行标准中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，设定所述护栏的车辆适应安全性能评价指标；所述假人模型碰撞车辆影响程度分析子模块将假人模型设置于车辆模型驾驶席并根据碰撞条件分析假人模型碰撞车辆模型对假人模型产生的冲击数据；所述假人模型设置于车辆模型驾驶席时，应给假人模型赋予安全带数据。

所述护栏的车辆适应安全性能评价及结果展示子模块根据所述基础护栏模型和车辆模型的仿真碰撞结果、所述护栏的车辆适应安全性能评价指标和所述假人模型的冲击数据，进行车辆适应安全性能评价；在护栏模型达到最大横向动态变形值之前验证所述标准车辆模型碰撞所述基础护栏模型的总能量变化是否超过5％、沙漏能是否超过系统初始总能量的5％、系统的总质量增加是否超过5％，验证计算结果物理形态变化是否合理，验证是否有单元爆炸，验证是否有负体积单元，考虑加载速度是否合理，若否，则需要调整修改所述车辆模型和/或所述护栏模型，若是，则给出护栏的车辆适应安全性能评价结果；所述护栏安全性能评价结论模块根据所述护栏的车辆适应安全性能评价结果，将所述护栏的车辆适应安全性能分为优秀、较差、差或极差，编制并输出护栏的车辆适应安全性能仿真评价报告。所述的公路护栏事故后评价仿真分系统包括公路护栏事故后仿真评价模块，所述公路护栏事故后仿真评价模块根据真实事故公路的护栏设计图建立或调取一致的护栏模型，根据真实事故的车辆建立或调取车辆模型，并根据护栏设计时的防护等级查找现行标准中的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点，在所述护栏的结构安全性能评价分模块的中，将该查找的碰撞条件和碰撞点转化为碰撞条件数据和碰撞点数据并赋予所述护栏模型和所述车辆模型进行仿真碰撞，并给出事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告。

所述事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告作为分析公路交通事故发生原因及事故责任区分的参考；若所述事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告给出的结论为事故后护栏结构不满足防护等级要求，则护栏结构可能是该公路交通事故的原因之一；若所述事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告中给出的结论是护栏结构满足防护等级要求，则护栏结构不是该公路交通事故主要责任方。

若所述事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告中给出的结论为事故后护栏结构不满足防护等级要求，则所述公路护栏事故后仿真评价模块停止；若所述事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告中给出的结论为事故后护栏结构满足防护等级要求，则公路护栏事故后仿真评价模块继续在公路适应安全性能评价分模块中和车辆适应安全性能评价分模块中，进行公路适应安全性能评价和车辆适应安全性能评价，并给出事故后护栏的公路适应安全性能仿真评价报告和事故后护栏的车辆适应安全性能仿真评价报告，所述事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告、所述事故后护栏的公路适应安全性能仿真评价报告和所述事故后护栏的车辆适应安全性能仿真评价报告作为分析公路交通事故发生原因及事故责任区分的参考。

本发明所述的结构安全性能评价是指按现行标准《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)对公路护栏安全性能评价指标及碰撞条件的要求，采用仿真评价方法评价公路护栏结构是否达到相应防护等级；本发明所述的公路适应安全性能评价是结合与公路护栏设置相关的公路沿线设施及交通工程条件，参照现行标准《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)对公路护栏安全性能评价指标及碰撞条件的要求，采用仿真评价方法进行模拟计算，将计算结果与结构安全性能评价结果进行对比，以评价公路护栏对于公路适应的安全性能。本发明所述的车辆适应安全性能评价：采用多种车型，参照现行标准《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)对公路护栏设计防护能量及安全性能评价指标的要求，采用仿真评价方法进行模拟计算，评价公路护栏对于车辆适应的安全性。本发明所述的事故后评价：按一定的评价程序，采用仿真评价方法，对车辆碰撞公路护栏类事故进行分析与评价，评价结论可作为分析公路交通事故原因与区分事故责任的参考。

以下术语解释也适用于本发明的其他实施例，物理形态变化：指车辆模型碰撞护栏模型过程中，车辆模型的姿态、轨迹，车辆模型和护栏模型的形状变化。

标准车辆模型：是指按照现行标准比如行业标准《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)规定中的车型比如小型客车、中型客车、鞍式列车等进行建模得到的车辆模型；行业标准《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)规定采用实车足尺碰撞试验的方式评价护栏的安全性能，并给出了具有一定代表性的车型，并对每种车型车辆的重量、速度、碰撞角度、重心、车辆结构部分技术参数进行了规定。

车辆适应评价车辆模型是指通过某种手段，比如根据交通流中存在较大比例的车型、或者路段经常出没的罐车、混凝土搅拌车等车型，可合理选取并建立车辆模型，该车型的选取可以有一定的主观性，在车辆模型数据库中，该类型型的车辆模型可能是一个，也可能是多个，也可能没有，车辆适应评价车辆模型在车辆模型数据库中可以不断更新和丰富。在仿真碰撞模型中，一次碰撞有一辆车辆适应评价车辆模型与护栏模型进行碰撞。但是仿真碰撞模型并非是一成不变的，随着技术的成熟，可能会出现一次碰撞有多辆车辆模型与护栏模型进行碰撞。

总能量、沙漏能、质量增加：采用有限元方法建立的仿真模型可输出总能量、沙漏能、质量增加等参数，依据有限元计算方法，这三个参数的输出满足一定要求时，可认为仿真计算结果是可靠的，若不满足要求，则仿真模型计算结果可能不准确。负体积单元是采用有限元方法计算时，计算结果出现的一种不合理现象。

实施例2

如图3所示，一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，可仅包括护栏结构安全性能评价的仿真分系统，所述护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统包括仿真模型建立与验证模块、仿真碰撞模块、护栏安全性能评价模块和护栏安全性能评价结论模块；所述仿真模型建立与验证模块包括车辆模型建立与验证分模块，和护栏模型建立与验证分模块；所述车辆模型建立与验证分模块包括标准车辆模型建立与验证子模块，所述标准车辆模型建立与验证子模块根据现行评价标准规定的标准车辆建立并验证标准车辆模型。

所述护栏模型建立与验证分模块包括基础护栏模型建立子模块和基础护栏模型验证子模块，所述基础护栏模型建立子模块根据护栏结构尺寸、材料型号和性能指标严格按照护栏的设计图建立基础护栏模型；所述基础护栏模型建立子模块包括基础护栏整体模型建立子模块和基础护栏单元模型建立子模块，所述基础护栏单元模型建立子模块的基础护栏单元模型按照设计图纸进行装配形成所述基础护栏整体模型建立子模块的基础护栏整体模型；所述基础护栏模型验证子模块包括基础护栏整体模型验证子模块和基础护栏单元模型验证子模块，所述基础护栏整体模型验证子模块对所述基础护栏整体模型进行整体性能验证，所述基础护栏单元模型验证子模块对所述基础护栏关键零部件的基础护栏单元模型进行性能验证。

所述的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，还包括存储模块，所述存储模块包括护栏模型数据库、车辆模型数据库；所述护栏模型建立与验证分模块，根据输入的护栏结构数据，建立并验证相应结构的护栏模型并将验证后的护栏模型存储于所述护栏模型数据库，或通过调用模块从所述护栏模型数据库调取相应结构的护栏模型；所述车辆模型建立与验证分模块，根据输入的车辆数据，建立并验证相应的车辆模型并存储于所述车辆模型数据库，或通过所述调用模块从所述车辆模型数据库调取相应的车辆模型。所述存储模块还包括仿真碰撞模型数据库，所述仿真碰撞模块将所述碰撞条件数据和碰撞点数据赋予所述护栏模型和所述车辆模型，形成仿真碰撞模型，并将所述仿真碰撞模型存储于所述仿真碰撞模型数据库，或通过所述调用模块从所述仿真碰撞模型数据库调取相应的仿真碰撞模型到所述仿真碰撞模块。

所述车辆模型具有运动性能和准确的几何形状，所述车辆模型的重要结构采用有限元网格建模，所述车辆模型的非重要结构用具有惯性特性或功能特性的质量点或刚体建模；所述车辆模型以车辆长度方向为X轴，车辆宽度方向为Y轴，车辆高度方向为Z轴建立车辆坐标系，所述车辆坐标系遵守右手定则；所述车辆数据至少包括车辆模型总质量数据、几何尺寸数据和重心位置数据；所述护栏模型还包括护栏失效模型。

所述车辆模型的包括车身模型、车架模型、悬架模型、车轮模型及转向系统模型，所述车身模型使用有限元模型中的壳单元建模，且所述车身模型的形状和材料属性与实际车辆相同，所述车身模型的材质至少包括钢或铝合金等金属；

所述车架模型使用有限元模型中的壳单元建模，所述车架模型的内部构件连接模型采用刚性点焊单元模型和/或螺栓单元模型，所述车架模型建模计算过程中的车架模型数据包括车架的有效扭转刚度、车辆部件与车架刚性连接数据弹性连数据接；

所述悬架模型在有限元模型中采用简化模型，所述悬架模型的导向机构及减震器使用简单的壳体或实体单元建模，所述悬架模型的弹性元件或转向节用离散一维单元建模；所述车轮模型包括轮毂模型和轮胎模型，所述车轮模型可自由滚动，所述轮胎模型的内部用安全气囊压力体积模拟充气状态，所述轮胎模型的表面与路面之间定义有静摩擦系数建模值和动态摩擦系数建模值，所述动摩擦系数建模值比实际轮胎动摩擦系数值低30％；所述转向系统模型包括方向盘模型、转向轴模型、转向器模型、转向横拉杆模型、减震机构模型及连接机构模型，所述转向系统模型中的转向横拉杆模型、方向盘模型和转向器模型使用壳体单元建模并进行配重，所述转向轴模型、转向横拉杆模型及连接机构模型用离散一维单元建模，所述转向系统模型还包括车辆前轮转弯组件模型；所述护栏模型使用有限元模型中的金属板壳单元建模，所述金属板壳单元采用四边形单元及三角形单元划分网格，所述三角形单元不应超过护栏模型中单元总数的5％，且在单个钣金中不应超过其单元总数的10％；所述车辆模型与所述护栏模型的验证用过实车足尺碰撞试验进行对比验证；所述车辆模型的验证通过所述车辆模型建立与验证模块进行车辆零部件验证、线形轨迹验证、过减速带验证及整车碰撞验证；所述护栏模型的验证通过所述车辆模型建立与验证模块进行护栏结构验证、护栏材料验证、护栏碰撞变形验证；所述车辆模型的各模型部件的连接和所述护栏模型的各模型部件的连接均通过焊接模型、胶粘模型及螺栓连接模型进行锚固连接；所述焊接模型使用有限元模型的刚性单元建模，焊接节点一一对应，焊接节点间的投影距离不超过7mm；焊接两个相邻板的两个焊接节点之间的最大距离不大于10mm，80％情况下不应该大于7mm；所述焊接模型的缝焊模型通过刚性连接焊缝中的各焊接节点来建模，并定义缝焊模型失效标准；所述胶粘模型胶粘处使用有限元模型的实体单元建模，如果胶粘处有结构性功能，则在重合的胶粘节点之间采用单自由度弹簧元件建模，提供足够的弹簧特性；如果胶粘处没有结构性功能，则忽略；所述螺栓连模型包括摩擦模型、接头滑移模型、螺栓张力模型、螺栓弯曲模型、螺栓剪切模型、接触定义模型、材料失效准则模型、螺栓预紧力模型和螺栓拉拔力模型。

所述护栏安全性能评价模块包括护栏的结构安全性能评价分模块；所述护栏的结构安全性能评价分模块包括结构碰撞条件和碰撞位置选取子模块、护栏的结构安全性能评价指标设定子模块、护栏的结构安全性能评价及结果展示子模块，所述结构碰撞条件和碰撞位置选取子模块根据现行标准中的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点的选取要求确定碰撞条件数据和碰撞点数据，所述仿真碰撞模块将所述碰撞条件数据和碰撞点数据赋予所述基础护栏模型和所述标准车辆模型进行仿真碰撞；所述护栏的结构安全性能评价指标设定子模块根据现行标准中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，设定所述护栏的结构安全性能评价指标；所述护栏的结构安全性能评价及结果展示子模块根据所述基础护栏模型和标准车辆模型仿真碰撞后的碰撞数据、所述护栏的结构安全性能评价指标进行结构安全性能评价，在护栏模型达到最大横向动态变形值之前验证所述标准车辆模型碰撞所述基础护栏模型的总能量变化是否超过5％、沙漏能是否超过系统初始总能量的5％、系统的总质量增加是否超过5％，验证计算结果物理形态变化是否合理，验证是否有单元爆炸，验证是否有负体积单元，考虑加载速度是否合理，若否，则需要调整修改所述车辆模型和/或所述护栏模型，若是，则给出护栏的结构安全性能评价结果；所述护栏安全性能评价结论模块根据所述护栏的结构安全性能评价结果，给出护栏结构是否满足防护等级要求的结论，比如结论用“护栏结构满足(不满足)一级(或二级或其他等级)防护要求”形式给出，编制并输出护栏的结构安全性能仿真评价报告。

实施例3

如图4所示，一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统可仅包括护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统，所述护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统包括仿真模型建立与验证模块、仿真碰撞模块、护栏安全性能评价模块和护栏安全性能评价结论模块；

与实施例2中不一致的是，所述护栏安全性能评价模块包括护栏的公路适应安全性能评价分模块；所述护栏模型的建立与验证分模块还包括路况模型子模块所述路况模型子模块包括公路沿线设施子模块和公路基本设施子模块；所述公路沿线设施子模块将公路沿线设施如符合实际公路应用场景的路侧构筑物(包括桥墩、隧道检修道、隧道洞门、标志立柱、照明灯柱、斜拉索、吊杆、监控设施、声屏障、防眩设施、防抛网、边沟等)等影响因素赋予所述基础护栏模型建立子模块，所述公路基本设施子模块将公路工程条件包括公路线型、路面建设情况和公路基础条件等交通工程的影响因素赋予所述基础护栏模型建立子模块形成公路适应护栏模型；所述护栏模型的建立与验证分模块通过所述仿真碰撞模块进行仿真碰撞后的碰撞数据与真实护栏样品碰撞试验数据相比对，调整所述公路适应护栏模型使之得到验证；所述公路基础条件包括路基公路条件和桥梁公路条件，所述路基公路条件包括路基的基础形式、埋深、土基压实度、土路肩、边坡、人孔等条件，所述桥梁公路条件包括翼缘板形式(混凝土箱梁、钢箱梁)、梁板厚度、配筋、预埋连接、伸缩缝、桥台等条件。

所述护栏的公路适应安全性能评价分模块包括公路适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块，护栏的公路适应安全性能评价指标设定子模块，和护栏的公路适应安全性能评价及结果展示子模块；所述公路适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块根据现行标准的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点的选取要求确定碰撞条件数据和碰撞点位置数据，并根据实际情况采用仿真方法在所述仿真碰撞模块中对碰撞点位置进行最不利分析确定最终碰撞点数据，所述仿真碰撞模块将所述碰撞条件数据和最终碰撞点数据赋予所述公路适应护栏模型和所述标准车辆模型进行仿真碰撞；所述护栏的公路适应安全性能评价指标设定子模块根据现行标准中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，设定所述护栏的公路适应安全性能评价指标；所述护栏的公路适应安全性能评价及结果展示子模块根据所述公路适应护栏模型和所述标准车辆模型的仿真碰撞数据、所述护栏的公路适应安全性能评价指标进行公路沿线设施及公路基本设施的影响程度分析，并进行护栏的公路适应安全性能评价，在护栏模型达到最大横向动态变形值之前验证所述标准车辆模型碰撞所述基础护栏模型的总能量变化是否超过5％、沙漏能是否超过系统初始总能量的5％、系统的总质量增加是否超过5％，验证计算结果物理形态变化是否合理，验证是否有单元爆炸，验证是否有负体积单元，考虑加载速度是否合理，若否，则需要调整修改所述车辆模型和/或所述护栏模型，若是，则给出护栏的公路适应安全性能评价结果；所述护栏安全性能评价结论模块根据所述护栏的公路适应安全性能评价结果，将所述护栏的公路适应安全性能分为优秀、良好、一般或差，编制并输出护栏的公路适应安全性能仿真评价报告。

实施例4

如图5所示，一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，可仅包括护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统，所述护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统包括仿真模型建立与验证模块、仿真碰撞模块、护栏安全性能评价模块和护栏安全性能评价结论模块；所述仿真模型建立与验证模块包括车辆模型建立与验证分模块，和护栏模型建立与验证分模块；所述车辆模型建立与验证分模块包括标准车辆模型建立与验证子模块，所述标准车辆模型建立与验证子模块根据现行评价标准规定的标准车辆建立并验证标准车辆模型。

所述护栏模型建立与验证分模块包括基础护栏模型建立子模块和基础护栏模型验证子模块，所述基础护栏模型建立子模块根据护栏结构尺寸、材料型号和性能指标严格按照护栏的设计图建立基础护栏模型；所述基础护栏模型建立子模块包括基础护栏整体模型建立子模块和基础护栏单元模型建立子模块，所述基础护栏单元模型建立子模块的基础护栏单元模型按照设计图纸进行装配形成所述基础护栏整体模型建立子模块的基础护栏整体模型；所述基础护栏模型验证子模块包括基础护栏整体模型验证子模块和基础护栏单元模型验证子模块，所述基础护栏整体模型验证子模块对所述基础护栏整体模型进行整体性能验证，所述基础护栏单元模型验证子模块对所述基础护栏关键零部件的基础护栏单元模型进行性能验证。

所述的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，还包括存储模块，所述存储模块包括护栏模型数据库、车辆模型数据库；所述护栏模型建立与验证分模块，根据输入的护栏结构数据，建立并验证相应结构的护栏模型并将验证后的护栏模型存储于所述护栏模型数据库，或通过调用模块从所述护栏模型数据库调取相应结构的护栏模型；所述车辆模型建立与验证分模块，根据输入的车辆数据，建立并验证相应的车辆模型并存储于所述车辆模型数据库，或通过所述调用模块从所述车辆模型数据库调取相应的车辆模型。所述存储模块还包括仿真碰撞模型数据库，所述仿真碰撞模块将所述碰撞条件数据和碰撞点数据赋予所述护栏模型和所述车辆模型，形成仿真碰撞模型，并将所述仿真碰撞模型存储于所述仿真碰撞模型数据库，或通过所述调用模块从所述仿真碰撞模型数据库调取相应的仿真碰撞模型到所述仿真碰撞模块。

所述车辆模型具有运动性能和准确的几何形状，所述车辆模型的重要结构采用有限元网格建模，所述车辆模型的非重要结构用具有惯性特性或功能特性的质量点或刚体建模；所述车辆模型以车辆长度方向为X轴，车辆宽度方向为Y轴，车辆高度方向为Z轴建立车辆坐标系，所述车辆坐标系遵守右手定则；所述车辆数据至少包括车辆模型总质量数据、几何尺寸数据和重心位置数据；所述护栏模型还包括护栏失效模型。

所述车辆模型的包括车身模型、车架模型、悬架模型、车轮模型及转向系统模型，所述车身模型使用有限元模型中的壳单元建模，且所述车身模型的形状和材料属性与实际车辆相同，所述车身模型的材质至少包括钢或铝合金等金属；所述车架模型使用有限元模型中的壳单元建模，所述车架模型的内部构件连接模型采用刚性点焊单元模型和/或螺栓单元模型，所述车架模型建模计算过程中的车架模型数据包括车架的有效扭转刚度、车辆部件与车架刚性连接数据弹性连数据接；所述悬架模型在有限元模型中采用简化模型，所述悬架模型的导向机构及减震器使用简单的壳体或实体单元建模，所述悬架模型的弹性元件或转向节用离散一维单元建模；所述车轮模型包括轮毂模型和轮胎模型，所述车轮模型可自由滚动，所述轮胎模型的内部用安全气囊压力体积模拟充气状态，所述轮胎模型的表面与路面之间定义有静摩擦系数建模值和动态摩擦系数建模值，所述动摩擦系数建模值比实际轮胎动摩擦系数值低30％；所述转向系统模型包括方向盘模型、转向轴模型、转向器模型、转向横拉杆模型、减震机构模型及连接机构模型，所述转向系统模型中的转向横拉杆模型、方向盘模型和转向器模型使用壳体单元建模并进行配重，所述转向轴模型、转向横拉杆模型及连接机构模型用离散一维单元建模，所述转向系统模型还包括车辆前轮转弯组件模型；所述护栏模型使用有限元模型中的金属板壳单元建模，所述金属板壳单元采用四边形单元及三角形单元划分网格，所述三角形单元不应超过护栏模型中单元总数的5％，且在单个钣金中不应超过其单元总数的10％；所述车辆模型与所述护栏模型的验证用过实车足尺碰撞试验进行对比验证；所述车辆模型的验证通过所述车辆模型建立与验证模块进行车辆零部件验证、线形轨迹验证、过减速带验证及整车碰撞验证；所述护栏模型的验证通过所述车辆模型建立与验证模块进行护栏结构验证、护栏材料验证、护栏碰撞变形验证；所述车辆模型的各模型部件的连接和所述护栏模型的各模型部件的连接均通过焊接模型、胶粘模型及螺栓连接模型进行锚固连接；所述焊接模型使用有限元模型的刚性单元建模，焊接节点一一对应，焊接节点间的投影距离不超过7mm；焊接两个相邻板的两个焊接节点之间的最大距离不大于10mm，80％情况下不应该大于7mm；所述焊接模型的缝焊模型通过刚性连接焊缝中的各焊接节点来建模，并定义缝焊模型失效标准；所述胶粘模型胶粘处使用有限元模型的实体单元建模，如果胶粘处有结构性功能，则在重合的胶粘节点之间采用单自由度弹簧元件建模，提供足够的弹簧特性；如果胶粘处没有结构性功能，则忽略；所述螺栓连模型包括摩擦模型、接头滑移模型、螺栓张力模型、螺栓弯曲模型、螺栓剪切模型、接触定义模型、材料失效准则模型、螺栓预紧力模型和螺栓拉拔力模型。

所述护栏安全性能评价模块还包括护栏的车辆适应安全性能评价分模块，所述仿真模型的建立与验证模块还包括假人模型的建立与验证分模块；所述车辆模型建立与验证分模块还包括车辆适应评价车辆模型建立与验证子模块；所述车辆适应评价车辆模型建立与验证子模块根据交通流中存在较大比例的车型、或者某路段经常通过的罐车、混凝土搅拌车等车型来选取确定的一种或多种非标准车辆建立并验证车辆适应评价车辆模型；所述护栏的车辆适应安全性能评价分模块包括车辆适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块，护栏的车辆适应安全性能评价指标设定子模块，所述假人模型碰撞车辆影响程度分析子模块，和护栏的车辆适应安全性能评价结果展示子模块；所述车辆适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块根据现行标准的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点的选取要求确定碰撞条件数据和碰撞点数据，并根据公路交通流特征，采用仿真方法确定最终碰撞条件数据，所述最终碰撞条件数据采用车辆适应评价车辆模型的不同碰撞条件进行模拟仿真；所述仿真碰撞模块将所述最终碰撞条件数据和碰撞点数据赋予所述基础护栏模型和所述车辆模型(包括标准车辆模型和车辆适应评价车辆模型)；现行《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)中给出了具有一定代表性的车型，但是并不能涵盖实际运营公路上的重要车型，例如小客车中的“运动型多用途车(SUV)”、货运车辆中的“罐车”等。为更好的评价护栏安全性能对车辆适应安全性能的影响，本发明首次提出采用更多车型的不同碰撞条件来开展计算机仿真模拟评价。且车辆适应评价车辆模型建立或调取时的车型根据公路交通流特征，也即是公路交通流中存在较大比例的车型、或者仿真模拟路段经常出没的罐车、混凝土搅拌车等车型进行建立或调取。

所述护栏的车辆适应安全性能评价指标设定子模块根据现行标准中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，设定所述护栏的车辆适应安全性能评价指标；所述假人模型碰撞车辆影响程度分析子模块将假人模型设置于车辆模型驾驶席并根据碰撞条件分析假人模型碰撞车辆模型对假人模型产生的冲击数据；所述护栏的车辆适应安全性能评价及结果展示子模块根据所述基础护栏模型和车辆模型的仿真碰撞结果、所述护栏的车辆适应安全性能评价指标和所述假人模型的冲击数据，进行车辆适应安全性能评价；在护栏模型达到最大横向动态变形值之前验证所述标准车辆模型碰撞所述基础护栏模型的总能量变化是否超过5％、沙漏能是否超过系统初始总能量的5％、系统的总质量增加是否超过5％，验证计算结果物理形态变化是否合理，验证是否有单元爆炸，验证是否有负体积单元，考虑加载速度是否合理，若否，则需要调整修改所述车辆模型和/或所述护栏模型，若是，则给出护栏的车辆适应安全性能评价结果；所述护栏安全性能评价结论模块根据所述护栏的车辆适应安全性能评价结果，将所述护栏的车辆适应安全性能分为优秀、较差、差或极差，编制并输出护栏的车辆适应安全性能仿真评价报告。

实施例5

一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，如图2所示，可仅包括护栏事故后评价仿真分系统，所述护栏事故后评价仿真分系统包括上述的护栏结构安全性能评价的仿真分系统，或者还包括上述的护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统和/或护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统中。

所述护栏事故后评价仿真分系统包括公路护栏事故后仿真评价模块，所述公路护栏事故后仿真评价模块根据真实事故公路的护栏设计图建立或调取一致的护栏模型，根据真实事故的车辆建立或调取车辆模型，并根据护栏设计时的防护等级查找现行标准中的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点，在所述护栏的结构安全性能评价分模块的中，将该查找的碰撞条件和碰撞点转化为碰撞条件数据和碰撞点数据并赋予所述护栏模型和所述车辆模型进行仿真碰撞，并给出事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告。

所述事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告作为分析公路交通事故发生原因及事故责任区分的参考；若所述事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告给出的结论为事故后护栏结构不满足防护等级要求，则护栏结构可能是该公路交通事故的原因之一；若所述事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告中给出的结论是护栏结构满足防护等级要求，则护栏结构不是该公路交通事故主要责任方。

若所述事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告中给出的结论为事故后护栏结构不满足防护等级要求，则所述护栏事故后评价仿真分系统停止运行。

或者，所述护栏事故后评价仿真分系统还包括上述的护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统和/或护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统时，若所述事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告中给出的结论为事故后护栏结构满足防护等级要求，则公路护栏事故后仿真评价模块继续在护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统中和/或护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统中，进行公路适应安全性能评价和车辆适应安全性能评价，并给出事故后护栏的公路适应安全性能仿真评价报告和事故后护栏的车辆适应安全性能仿真评价报告，所述事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告、所述事故后护栏的公路适应安全性能仿真评价报告和所述事故后护栏的车辆适应安全性能仿真评价报告作为分析公路交通事故发生原因及事故责任区分的参考。

实施例6

一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价方法，采用上述的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统进行护栏安全的综合评价。

具体地，本发明所述的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价方法是指利用有限元法建立仿真模型，根据仿真模型计算结果对公路护栏安全性能进行评价的一种方法，具体包括以下步骤：

(1)前期资料调研：至少需要获取护栏的详细构造图，获取公路现场的连续摄像或图片、护栏及公路的相关设计图和施工图、已有的护栏结构安全性能评价资料和其他可用于评价的相关资料，获取公路的交通流特征和护栏的详细构造图，并通过查询现行标准《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)，获取护栏结构数据，公路特征数据，车辆数据及碰撞条件等；

(2)通过有限元法的仿真模拟软件建立上述的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统；其中，护栏模型、车辆模型、路况模型应至少满足下述条件：

①车辆模型应具有真实的运动性能和准确的几何形状；

②车辆模型重要结构应采用有限元网格建模，简化部件可用具有惯性特性或功能特性的质量点或刚体表示；

③车辆模型坐标系应为：车辆长度方向为X轴，车辆宽度方向为Y轴，车辆高度方向为Z轴，X-Y-Z坐标系遵守右手定则；

④护栏模型应按照护栏结构与工况条件进行建模，包含重要部件、部件连接、边界条件；

⑤护栏模型使用的材料应与真实测试样品的材料一致；

⑥护栏模型应使用与车辆模型统一的坐标系；

⑦各种路况模型应符合实际应用的基础、路侧构筑物、公路线形、路面建设情况。

所述基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统应当进行，仿真模型系统的准确性验证：即通过对仿真模型的计算机仿真结果，与符合《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)要求的碰撞试验结果或实际道路发生的事故情况进行对比，保证仿真模型的准确性，其车辆模型和护栏模型应至少由认证机构或《公路护栏安全性能仿真评价标准》的主编单位进行审查验证；验证范围包括但不限于：

①车辆模型应通过必要的测试对其整体模型和分模型的性能进行验证；

②护栏模型可通过护栏单元模型验证子模块对所述护栏关键零部件的护栏单元模型进行性能验证；

③护栏模型应能够应用于不同的车辆模型碰撞分析，并要求在数值上稳定；

④护栏模型应能够实现失效模式；

⑤仿真模型验证应编制《公路护栏安全性能仿真评价模型验证报告》。

(3)护栏结构安全性能仿真评价：护栏结构安全性能仿真评价时，护栏模型的碰撞条件和碰撞点位置应参照现行《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)的规定，同时满足现行《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，认定是否满足相应的防护等级；最终的结构安全性能评价应编制《公路护栏安全性能仿真评价结构安全性能评价报告》；具体地，

①所述护栏安全性能评价模块应采用与步骤(2)中同种类型的仿真模拟软件；

②车辆模型应与与步骤(2)一致，且车辆模型总质量、几何尺寸、重心位置等主要技术参数应与对应车型的技术参数一致；

③护栏模型的结构尺寸、材料性能指标、基础和设置条件等应与其设计图纸要求一致，且护栏模型的结构长度应符合现行《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)中试验护栏设置长度的相关规定；

④护栏模型达到最大横向动态变形值之前，车辆碰撞护栏系统的总能量变化不得超过5％，沙漏能不得超过系统初始总能量的5％，系统的总质量增加不得超过5％；

(4)护栏的公路适应安全性能仿真评价，护栏模型的碰撞条件和碰撞点位置应参照现行《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)的规定，评价护栏对于公路其它沿线设施及交通工程条件适应的安全性能；护栏的公路适应安全性能仿真评价可在步骤(3)的结构安全性能仿真评价合格后进行，并可通过与结构安全性能评价结果进行对比来评价公路适应安全性能，且需同时满足现行《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，评判护栏的公路适应安全性能为优秀或良好或一般或差；最终的公路适应安全性能评价应编制《公路护栏安全性能仿真评价公路适应安全性能评价报告》。

(5)护栏的车辆适应安全性能仿真评价，《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)中给出了具有一定代表性的车型，但是并不能全部涵盖实际运营公路上的重要车型，护栏的碰撞条件和碰撞点位置应参照现行《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)的规定，评价护栏对于不同车型不同碰撞条件适应的安全性能；护栏对车辆适应安全性能评价宜在结构安全性能评价合格后进行，通过与结构安全性能评价结果进行对比来评价车辆适应安全性能，且需同时满足现行《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，评判护栏的公路适应安全性能为优秀或良好或一般或差；最终的车辆适应安全性能评价应编制《公路护栏安全性能仿真评价车辆适应安全性能评价报告》；其中护栏的车辆适应安全性能仿真评价应满足以下要求：

①应在车辆模型驾驶席上设置假人模型，并保证安全带模型的完好和有效。

②公路护栏的安全性能最终要通过对乘员的保护来体现，增添假人模型可直观的考察碰撞过程中乘员头部是否碰撞护栏，能够更好的体现护栏对乘员的保护功能。

(6)最终每种护栏的综合评价形成四本评价报告，包括仿真模型验证编制的《公路护栏安全性能仿真评价模型验证报告》，护栏结构安全性能评价编制的《公路护栏安全性能仿真评价结构安全性能评价报告》，护栏与公路适应安全性能评价编制的《公路护栏安全性能仿真评价公路适应安全性能评价报告》，护栏与车辆适应安全性能评价编制的《公路护栏安全性能仿真评价车辆适应安全性能评价报告》，在《公路护栏安全性能仿真评价结构安全性能评价报告》中根据现行《公路护栏安全性能评价标准》(JTG B05-01)中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，依据计算机仿真计算结果，给出其护栏结构满足相应的防护等级的要求，或者不满足所验证防护等级要求的评价结论；在《公路护栏安全性能仿真评价公路适应安全性能评价报告》中给出护栏的公路适应安全性能优秀、或良好、或一般、或差的结论；在《公路护栏安全性能仿真评价车辆适应安全性能评价报告》中给出护栏的车辆适应安全性能优秀、或较差、或差、或极差的结论。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改变，其均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。

Claims (11)

1.一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，其特征在于，包括护栏结构安全性能评价的仿真分系统、护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统、护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统和护栏事故后评价仿真分系统，所述护栏结构安全性能评价的仿真分系统、护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统和护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统均包括仿真模型建立与验证模块、仿真碰撞模块、护栏安全性能评价模块和护栏安全性能评价结论模块，

所述仿真模型建立与验证模块包括车辆模型建立与验证分模块，和护栏模型建立与验证分模块，

所述车辆模型建立与验证分模块包括标准车辆模型建立与验证子模块，所述标准车辆模型建立与验证子模块根据现行评价标准规定的标准车辆建立并验证标准车辆模型；

所述护栏模型建立与验证分模块包括基础护栏模型建立子模块和基础护栏模型验证子模块，所述基础护栏模型建立子模块根据护栏结构尺寸、材料型号和性能指标严格按照护栏的设计图建立基础护栏模型；所述基础护栏模型验证子模块通过所述仿真碰撞模块进行仿真碰撞后的碰撞数据与真实护栏样品碰撞试验数据相比对，调整所述基础护栏模型使之得到验证；

所述护栏安全性能评价模块包括护栏的结构安全性能评价分模块、护栏的公路适应安全性能评价分模块和护栏的车辆适应安全性能评价分模块；

所述护栏结构安全性能评价的仿真分系统中，所述护栏的结构安全性能评价分模块包括结构碰撞条件和碰撞位置选取子模块、护栏的结构安全性能评价指标设定子模块、护栏的结构安全性能评价及结果展示子模块，

所述结构碰撞条件和碰撞位置选取子模块根据现行标准中的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点的选取要求确定碰撞条件数据和碰撞点数据，所述仿真碰撞模块将所述碰撞条件数据和碰撞点数据赋予所述基础护栏模型和所述标准车辆模型进行仿真碰撞；

所述护栏的结构安全性能评价指标设定子模块根据现行标准中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，设定所述护栏的结构安全性能评价指标；

所述护栏的结构安全性能评价及结果展示子模块根据所述基础护栏模型和标准车辆模型仿真碰撞后的碰撞数据、所述护栏的结构安全性能评价指标进行结构安全性能评价，在护栏模型达到最大横向动态变形值之前验证所述标准车辆模型碰撞所述基础护栏模型的总能量变化是否超过5％、沙漏能是否超过系统初始总能量的5％、系统的总质量增加是否超过5％，验证计算结果物理形态变化是否合理，验证是否有单元爆炸，验证是否有负体积单元，考虑加载速度是否合理，若否，则需要调整修改所述车辆模型和/或所述护栏模型，若是，则给出护栏的结构安全性能评价结果；

所述护栏安全性能评价结论模块根据所述护栏的结构安全性能评价结果，给出护栏结构是否满足防护等级要求的结论，编制并输出护栏的结构安全性能仿真评价报告。

2.根据权利要求1所述的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，其特征在于，所述护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统中，所述护栏安全性能评价模块还包括护栏的公路适应安全性能评价分模块，

所述护栏模型的建立与验证分模块还包括路况模型子模块，所述路况模型子模块包括公路沿线设施子模块和公路基本设施子模块；所述公路沿线设施子模块将公路沿线设施如符合实际公路应用场景的护栏基础、路侧构筑物等影响因素赋予所述基础护栏模型建立子模块，所述公路基本设施子模块将公路线型、路面建设情况等交通工程的影响因素赋予所述基础护栏模型建立子模块形成公路适应护栏模型；所述护栏模型的建立与验证分模块通过所述仿真碰撞模块进行仿真碰撞后的碰撞数据与真实护栏样品碰撞试验数据相比对，调整所述公路适应护栏模型使之得到验证；

所述护栏的公路适应安全性能评价分模块包括公路适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块，护栏的公路适应安全性能评价指标设定子模块，和护栏的公路适应安全性能评价及结果展示子模块；

所述公路适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块根据现行标准的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点的选取要求确定碰撞条件数据和碰撞点位置数据，并根据实际情况采用仿真方法在所述仿真碰撞模块中对碰撞点位置进行最不利分析确定最终碰撞点数据，所述仿真碰撞模块将所述碰撞条件数据和最终碰撞点数据赋予所述公路适应护栏模型和所述标准车辆模型进行仿真碰撞；

所述护栏的公路适应安全性能评价指标设定子模块根据现行标准中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，设定所述护栏的公路适应安全性能评价指标；所述护栏的公路适应安全性能评价及结果展示子模块根据所述公路适应护栏模型和所述标准车辆模型的仿真碰撞数据、所述护栏的公路适应安全性能评价指标进行公路沿线设施及公路基本设施的影响程度分析，并进行护栏的公路适应安全性能评价，在护栏模型达到最大横向动态变形值之前验证所述标准车辆模型碰撞所述基础护栏模型的总能量变化是否超过5％、沙漏能是否超过系统初始总能量的5％、系统的总质量增加是否超过5％，验证计算结果物理形态变化是否合理，验证是否有单元爆炸，验证是否有负体积单元，考虑加载速度是否合理，若否，则需要调整修改所述车辆模型和/或所述护栏模型，若是，则给出护栏的公路适应安全性能评价结果；

所述护栏安全性能评价结论模块根据所述护栏的公路适应安全性能评价结果，将所述护栏的公路适应安全性能分为优秀、良好、一般或差，编制并输出护栏的公路适应安全性能仿真评价报告。

3.根据权利要求1所述的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，其特征在于，所述护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统中，所述护栏安全性能评价模块还包括护栏的车辆适应安全性能评价分模块，

所述仿真模型的建立与验证模块还包括假人模型的建立与验证分模块；所述车辆模型建立与验证分模块还包括车辆适应评价车辆模型建立与验证子模块；所述车辆适应评价车辆模型建立与验证子模块根据交通流中存在较大比例的车型、或者某路段经常通过的罐车、混凝土搅拌车等车型来选取确定的一种或多种非标准车辆建立并验证车辆适应评价车辆模型；

所述护栏的车辆适应安全性能评价分模块包括车辆适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块，护栏的车辆适应安全性能评价指标设定子模块，所述假人模型碰撞车辆影响程度分析子模块，和护栏的车辆适应安全性能评价结果展示子模块；

所述车辆适应碰撞条件和碰撞位置选取子模块根据现行标准的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点的选取要求确定碰撞条件数据和碰撞点数据，并根据公路交通流特征采用仿真方法确定最终碰撞条件数据，所述最终碰撞条件数据采用车辆适应评价车辆模型的不同碰撞条件进行模拟仿真；所述仿真碰撞模块将所述最终碰撞条件数据和碰撞点数据赋予所述基础护栏模型和所述车辆模型；

所述护栏的车辆适应安全性能评价指标设定子模块根据现行标准中阻挡功能、缓冲功能和导向功能对应的指标要求，设定所述护栏的车辆适应安全性能评价指标；

所述假人模型碰撞车辆影响程度分析子模块将假人模型设置于车辆模型驾驶席并根据碰撞条件分析假人模型碰撞车辆模型对假人模型产生的冲击数据；

所述护栏的车辆适应安全性能评价及结果展示子模块根据所述基础护栏模型和车辆模型的仿真碰撞结果、所述护栏的车辆适应安全性能评价指标和所述假人模型的冲击数据，进行车辆适应安全性能评价；在护栏模型达到最大横向动态变形值之前验证所述标准车辆模型碰撞所述基础护栏模型的总能量变化是否超过5％、沙漏能是否超过系统初始总能量的5％、系统的总质量增加是否超过5％，验证计算结果物理形态变化是否合理，验证是否有单元爆炸，验证是否有负体积单元，考虑加载速度是否合理，若否，则需要调整修改所述车辆模型和/或所述护栏模型，若是，则给出护栏的车辆适应安全性能评价结果；

所述护栏安全性能评价结论模块根据所述护栏的车辆适应安全性能评价结果，将所述护栏的车辆适应安全性能分为优秀、较差、差或极差，编制并输出护栏的车辆适应安全性能仿真评价报告。

4.根据权利要求2所述的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，其特征在于，所述护栏的公路适应安全性能评价结果展示子模块还包括将所述护栏的公路适应安全性能评价结果与所述结构安全性能评价结果相比对的比较模块；所述护栏安全性能评价结论模块根据所述护栏的公路适应安全性能评价结果，所述护栏的公路适应安全性能评价结果与所述护栏的结构安全性能评价结果的对比结果，将所述护栏的公路适应安全性能分为优秀、良好、一般或差，编制并输出护栏的公路适应安全性能仿真评价报告。

5.根据权利要求1所述的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，其特征在于，所述基础护栏模型建立子模块包括基础护栏整体模型建立子模块和基础护栏单元模型建立子模块，所述基础护栏单元模型建立子模块的基础护栏单元模型按照设计图纸进行装配形成所述基础护栏整体模型建立子模块的基础护栏整体模型；所述基础护栏模型验证子模块包括基础护栏整体模型验证子模块和基础护栏单元模型验证子模块，所述基础护栏整体模型验证子模块对所述基础护栏整体模型进行整体性能验证，所述基础护栏单元模型验证子模块对所述基础护栏关键零部件的基础护栏单元模型进行性能验证。

6.根据权利要求1所述的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，其特征在于，还包括存储模块，所述存储模块包括护栏模型数据库、车辆模型数据库，

所述护栏模型建立与验证分模块，根据输入的护栏结构数据，建立并验证相应结构的护栏模型并将验证后的护栏模型存储于所述护栏模型数据库，或通过调用模块从所述护栏模型数据库调取相应结构的护栏模型；

所述车辆模型建立与验证分模块，根据输入的车辆数据，建立并验证相应的车辆模型并存储于所述车辆模型数据库，或通过所述调用模块从所述车辆模型数据库调取相应的车辆模型。

所述护栏模型至少包括所述基础护栏模型和所述公路适应护栏模型，所述车辆模型至少包括所述标准车辆模型和所述车辆适应评价车辆模型；所述存储模块还包括仿真碰撞模型数据库，所述仿真碰撞模块将所述碰撞条件数据和碰撞点数据赋予所述护栏模型和所述车辆模型，形成仿真碰撞模型，并将所述仿真碰撞模型存储于所述仿真碰撞模型数据库，或通过所述调用模块从所述仿真碰撞模型数据库调取相应的仿真碰撞模型到所述仿真碰撞模块。

7.根据权利要求6所述的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，其特征在于，所述护栏模型还包括护栏失效模型；所述车辆模型具有运动性能和准确的几何形状，所述车辆模型的重要结构采用有限元网格建模，所述车辆模型的非重要结构用具有惯性特性或功能特性的质量点或刚体建模；

所述车辆模型以车辆长度方向为X轴，车辆宽度方向为Y轴，车辆高度方向为Z轴建立车辆坐标系，所述车辆坐标系遵守右手定则；

所述车辆数据至少包括车辆模型总质量数据、几何尺寸数据和重心位置数据。

8.根据权利要求1所述的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，其特征在于，所述基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统的开发系统应具备处理所述仿真碰撞模块的碰撞过程非线性问题的功能，具备或能够建立所述护栏模型和所述车辆模型的单元模型数据库，具备或能够建立所述护栏模型和所述车辆模型的材料数据库；具备或能够建立所述仿真碰撞模块中的所述车辆模型碰撞所述护栏模型物理过程的摩擦接触类型数据库；

所述仿真碰撞模块应满足能够输出车辆模型和护栏模型的吸收能量的计算功能要求，能够处理所述车辆模型和所述护栏模型的绊阻的计算功能要求，能够定义加速度传感器及其计算功能要求，能够提取所述车辆模型运行轨迹的计算功能要求。

9.根据权利要求6所述的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，其特征在于，所述车辆模型的包括车身模型、车架模型、悬架模型、车轮模型及转向系统模型，所述车身模型使用有限元模型中的壳单元建模，且所述车身模型的形状和材料属性与实际车辆相同，所述车身模型的材质至少包括钢或铝合金等金属；

所述车架模型使用有限元模型中的壳单元建模，所述车架模型的内部构件连接模型采用刚性点焊单元模型和/或螺栓单元模型，所述车架模型建模计算过程中的车架模型数据包括车架的有效扭转刚度、车辆部件与车架刚性连接数据弹性连数据接；

所述悬架模型在有限元模型中采用简化模型，所述悬架模型的导向机构及减震器使用简单的壳体或实体单元建模，所述悬架模型的弹性元件或转向节用离散一维单元建模；

所述车轮模型包括轮毂模型和轮胎模型，所述车轮模型可自由滚动，所述轮胎模型的内部用安全气囊压力体积模拟充气状态，所述轮胎模型的表面与路面之间定义有静摩擦系数建模值和动态摩擦系数建模值，所述动摩擦系数建模值比实际轮胎动摩擦系数值低30％；

所述转向系统模型包括方向盘模型、转向轴模型、转向器模型、转向横拉杆模型、减震机构模型及连接机构模型，所述转向系统模型中的转向横拉杆模型、方向盘模型和转向器模型使用壳体单元建模并进行配重，所述转向轴模型、转向横拉杆模型及连接机构模型用离散一维单元建模，所述转向系统模型还包括车辆前轮转弯组件模型；

所述护栏模型使用有限元模型中的金属板壳单元建模，所述金属板壳单元采用四边形单元及三角形单元划分网格，所述三角形单元不应超过护栏模型中单元总数的5％，且在单个钣金中不应超过其单元总数的10％；

所述车辆模型与所述护栏模型的验证用过实车足尺碰撞试验进行对比验证；所述车辆模型的验证通过所述车辆模型建立与验证模块进行车辆零部件验证、线形轨迹验证、过减速带验证及整车碰撞验证；所述护栏模型的验证通过所述车辆模型建立与验证模块进行护栏结构验证、护栏材料验证、护栏碰撞变形验证；

所述车辆模型的各模型部件的连接和所述护栏模型的各模型部件的连接均通过焊接模型、胶粘模型及螺栓连接模型进行锚固连接；所述焊接模型使用有限元模型的刚性单元建模，焊接节点一一对应，焊接节点间的投影距离不超过7mm；焊接两个相邻板的两个焊接节点之间的最大距离不大于10mm，80％情况下不应该大于7mm；所述焊接模型的缝焊模型通过刚性连接焊缝中的各焊接节点来建模，并定义缝焊模型失效标准；

所述胶粘模型胶粘处使用有限元模型的实体单元建模，如果胶粘处有结构性功能，则在重合的胶粘节点之间采用单自由度弹簧元件建模，提供足够的弹簧特性；如果胶粘处没有结构性功能，则忽略；

所述螺栓连模型包括摩擦模型、接头滑移模型、螺栓张力模型、螺栓弯曲模型、螺栓剪切模型、接触定义模型、材料失效准则模型、螺栓预紧力模型和螺栓拉拔力模型。

10.根据权利要求9所述的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统，其特征在于，包括护栏事故后评价仿真分系统，所述护栏事故后评价仿真分系统包括公路护栏事故后仿真评价模块，所述公路护栏事故后仿真评价模块根据真实事故公路的护栏设计图建立或调取一致的护栏模型，根据真实事故的车辆建立或调取车辆模型，并根据护栏设计时的防护等级查找现行标准中的实车足尺碰撞试验的碰撞条件和碰撞点，在所述护栏的结构安全性能评价分模块的中，将该查找的碰撞条件和碰撞点转化为碰撞条件数据和碰撞点数据并赋予所述护栏模型和所述车辆模型进行仿真碰撞，并给出事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告；

或者，若所述事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告中给出的结论为事故后护栏结构不满足防护等级要求，则所述公路护栏事故后仿真评价模块停止；若所述事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告中给出的结论为事故后护栏结构满足防护等级要求，则所述护栏事故后评价仿真分系统还包括护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统和/或护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统；公路护栏事故后仿真评价模块继续在护栏公路适应安全性能评价的仿真分系统中和/或护栏车辆适应安全性能评价的仿真分系统中，进行公路适应安全性能评价和车辆适应安全性能评价，并给出事故后护栏的公路适应安全性能仿真评价报告和事故后护栏的车辆适应安全性能仿真评价报告，所述事故后护栏的结构安全性能仿真评价报告、所述事故后护栏的公路适应安全性能仿真评价报告和所述事故后护栏的车辆适应安全性能仿真评价报告作为分析公路交通事故发生原因及事故责任区分的参考。

11.一种基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价方法，采用如权利要求1-10所述的基于计算机仿真技术的护栏安全综合评价系统进行护栏综合评价。

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