專利名稱：：橡膠防撞墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于交通運(yùn)輸領(lǐng)域，涉及防撞墊，尤其是一種橡膠防撞墊。
背景技術(shù)：
：交通安全設(shè)施的作用，對(duì)于防護(hù)性安全設(shè)施(例如隔離墩)而言，本質(zhì)上是為了最大限度地保護(hù)車輛和人身安全而設(shè)置。設(shè)置隔離墩的目的，是為了在交通復(fù)雜路段、人車混行路段及機(jī)動(dòng)車非機(jī)動(dòng)車混行路段設(shè)置，以用來分隔車道，使機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人各行其道，進(jìn)而達(dá)到規(guī)范交通行為，最大化道路利用率，加快行車速度并保證各車道行車安全。在道路行車實(shí)際情況中，車輛常常撞在未經(jīng)處理的護(hù)欄末端和固定的物體上，由于車輛在極短時(shí)間內(nèi)突然停止，巨大的加速度很可能對(duì)車輛和乘客造成極大的傷害。同時(shí)，護(hù)欄的末端很可能切入車艙，或使車輛失控后翻車，導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。需要通過護(hù)欄端頭處理、消能設(shè)計(jì)等來逐漸緩沖減速，從而降低事故的嚴(yán)重程度。而隔離墩即為這樣一種結(jié)構(gòu)，國(guó)外很早便有了這方面的研究?？v觀隔離墩的發(fā)展，它的出現(xiàn)，最早只是單一的混凝土基材制造的立柱式隔離墩，但此類隔離墩缺點(diǎn)明顯，放置在道路中對(duì)交通造成的改善作用并不明顯，還會(huì)對(duì)交通系統(tǒng)造成不必要的安全隱患，因此，國(guó)際上已經(jīng)慢慢淘汰了純混凝土式隔離墩。后來，出現(xiàn)了隔離柵，但在隔離柵的起始處，由于隔離柵側(cè)面積小，導(dǎo)致司機(jī)不易發(fā)現(xiàn)，也非常容易引發(fā)交通事故，因此，現(xiàn)在普遍在隔離柵的端頭處設(shè)置表面積較大，易發(fā)現(xiàn)的隔離墩。目前我國(guó)正在制定的《城市道路交通設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范》擬明確提出，在分流端和橋墩前端應(yīng)設(shè)置防撞墊。雖然防撞墊在國(guó)內(nèi)外高速公路上已得到應(yīng)用，但造價(jià)高、占地面積大、安裝困難，不適用于城市道路?；谝陨显?，開發(fā)一種針對(duì)城市道路安全防護(hù)的低成本防撞墊迫在眉睫。由于橡膠材料具有緩沖性能好、造價(jià)低的特點(diǎn)，因此發(fā)明人開發(fā)研制了一種新型的橡膠防撞墊，達(dá)到能夠滿足城市道路安全防護(hù)需要的目標(biāo)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種橡膠防撞墊，其具有良好的緩沖性，且造價(jià)低。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是—種橡膠防撞墊，其采用橡膠制品制成，正面貼有鋁板，鋁板外側(cè)粘貼有反光膜。所述橡膠選用天然膠、順丁膠、丁苯膠，或者這幾種橡膠的混合物。所述防撞墊為中空結(jié)構(gòu)。所述中空結(jié)構(gòu)為四棱柱形，其頂部與防撞墊頂部相距防撞墊高度的1/6-1/10的距離，底部與防撞墊底部為同一水平位置。所述中空結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝有鐵板，鐵板安裝于中空結(jié)構(gòu)兩側(cè)，處于橡膠之間，由橡膠包裹。所述鐵板上下面與防撞墊上下外沿的距離均為防撞墊高度的1/6-1/10，橫向長(zhǎng)度大于中空結(jié)構(gòu)的橫向長(zhǎng)度，厚度為2-3mm。所述鐵板與防撞墊內(nèi)壁平行，且內(nèi)壁2-4cm。所述鋁板形狀與防撞墊正面相應(yīng)，且厚度為2-5mm。由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)本發(fā)明的橡膠防撞墊成本低，且一旦失控車輛與護(hù)欄發(fā)生碰撞時(shí)，防撞墊能夠吸收碰撞能量，減弱對(duì)駕駛員和乘客的損傷；而且在正面粘貼反光涂層，可以誘導(dǎo)駕駛員的視線，能清晰看到道路的輪廓及前進(jìn)方向的線形，增加行車的安全性。圖1為本發(fā)明實(shí)施例橡膠防撞墊正面示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例橡膠防撞墊底部示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例橡膠防撞墊俯視圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例橡膠防撞墊側(cè)面示意圖。圖5為仿真加速度結(jié)果示意圖。圖6為仿真碰撞力結(jié)果示意圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1-圖4所示，本發(fā)明的防撞墊1為橡膠制品，其采用中空結(jié)構(gòu)2，其一般安裝于混凝土護(hù)欄的端部、快速路出口三角區(qū)的分流端、橋墩前端等重點(diǎn)位置，因此其形狀設(shè)計(jì)為與普通混凝土隔離墩相近。防撞墊1的外沿頂部寬度為15cm，底部寬度52cm，橫向長(zhǎng)度30cm，高度80cm。內(nèi)部中空部分2形狀為四棱柱，中空部分2上面內(nèi)壁矩形規(guī)格為10cmX20cm，下面矩形規(guī)格為22X20cm，橫向長(zhǎng)度為20cm，中空部分2上面內(nèi)壁距外沿頂部10cm，其下面一直延伸至底部，即底部呈開口形式。鐵板3縱向高度60cm，距防撞墊1上下外沿的距離均為10cm，橫向長(zhǎng)度25cm，厚度2mm。鐵板3處于防撞墊1橡膠之間，由橡膠包裹，放置于中空部分左右兩側(cè)且與內(nèi)壁平行，距內(nèi)壁2.5cm。防撞墊1左右兩側(cè)各設(shè)置一塊鐵板，以增大防撞墊1受到撞擊時(shí)候所能吸收的能量。鋁板4在機(jī)動(dòng)車與防撞墊1相撞擊的正面粘貼安裝，外形與防撞墊正面圖一樣，厚度為3mm，其主要是增強(qiáng)反光膜的粘附性，同時(shí)控制碰撞時(shí)橡膠防撞墊1的反彈力。反光膜粘貼在鋁板4上。本發(fā)明通過選取適當(dāng)?shù)南鹉z材料，設(shè)計(jì)一種橡膠防撞墊，根據(jù)所選定橡膠材料的力學(xué)參數(shù)，建立橡膠材料的非線性有限元模型，并通過構(gòu)件或單元試驗(yàn)校準(zhǔn)模型的精度。通過計(jì)算機(jī)仿真模擬碰撞過程，驗(yàn)證橡膠防撞墊安全性能。橡膠材料選擇本發(fā)明采用廣泛運(yùn)用于港口的橡膠護(hù)舷的橡膠，經(jīng)過對(duì)其進(jìn)行的應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試，發(fā)現(xiàn)此材料應(yīng)力應(yīng)變曲線呈近似線性，彈性良好，受壓后有良好的伸縮性能，在卸載后能很好的還原，保證了此橡膠隔離墩的耐久性能，為理想的道路隔離墩防撞材料。下表為選取橡膠材料的物理性能參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>橡膠可以選用有天然膠、順丁膠、丁苯膠，或者這幾種橡膠的混合物，或者說達(dá)到上述表格中所述參數(shù)要求的橡膠即可。橡膠防撞墊的設(shè)計(jì)經(jīng)過參考《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》JTG/TD81-2006以及《公路交通安全設(shè)施施工技術(shù)規(guī)范》JTGF71-2006，研究設(shè)計(jì)了一種橡膠防撞墊，如圖l所示。根據(jù)橡膠材料建立非線性有限元模型并進(jìn)行仿真分析橡膠防撞墊的力學(xué)計(jì)算主要應(yīng)用了大變形幾何非線性、材料非線性、邊界非線性動(dòng)力學(xué)物理過程，應(yīng)用LSTC公司開發(fā)的世界上著名的通用有限元分析程序Ls-dyna完成建模計(jì)算，其顯示分析模塊能夠模擬真實(shí)世界的各種復(fù)雜問題，特別適合求解各種二維、三維非線性結(jié)構(gòu)的高速碰撞、爆炸和金屬成型等非線性動(dòng)力沖擊問題，及流固耦合問題。1.大變形動(dòng)態(tài)顯式有限元方法采用拉格朗日增量描述的大變形動(dòng)力學(xué)顯式有限元求解方程為A^(0=P()-C;(f)(1)式中M為總體質(zhì)量矩陣；(/)和X(/)分別為整體節(jié)點(diǎn)加速度向量和速度向?yàn)檎w載荷向量；F(t)為單元應(yīng)力場(chǎng)的整體等效節(jié)點(diǎn)力向量；C為總體阻尼矩陣。采用中心差分法對(duì)式(1)進(jìn)行時(shí)間積分，得;P(t)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>(2)(3)(4)式中^)、;(^)、X(tJ分別為、時(shí)刻的節(jié)點(diǎn)加速度向量、、時(shí)刻的節(jié)點(diǎn)速度向時(shí)刻的節(jié)點(diǎn)位移向量；P(tn)與F(t》分別為tn時(shí)刻的載荷與節(jié)點(diǎn)力向量。顯式中心差分法是條件穩(wěn)定的，只有時(shí)間步長(zhǎng)小于臨界值A(chǔ)tCT時(shí)，計(jì)算結(jié)果才穩(wěn)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(H邊形單元)(三角形單元)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>式中WMX為系統(tǒng)最高固有振動(dòng)頻率；LS為單元特征長(zhǎng)度；C為聲速；E為楊氏彈性為材料密度；u為泊松比；AS為單元面積；Li(i=1，2，3，4)為單元邊長(zhǎng)。2.材料非線性理論車輛和護(hù)欄主要由鋼鐵類彈塑性材料和橡膠彈性材料組成，在碰撞過程中材料易產(chǎn)生屈服或斷裂，由于應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系再不成比例關(guān)系，因此發(fā)生材料非線性。通過試驗(yàn)得到材料本構(gòu)關(guān)系作為仿真模型參數(shù)，計(jì)算過程中，首先判斷結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)是否達(dá)到屈服，如果沒有達(dá)到，則按線彈性材料本構(gòu)進(jìn)行處理，如果應(yīng)力超過屈服強(qiáng)度，則按塑性或脆性變形本構(gòu)計(jì)算結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力-應(yīng)變。在有限元分析中，采用V.Mises屈服準(zhǔn)則判斷材料是否進(jìn)入塑性F0(Oij，k0)=f(。ij)-k。=0(8)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>式中，ou表示應(yīng)力張量分量，k。是給定的材料參數(shù)。F°(oij，k。)為初始屈服面，os。是材料的初始屈服應(yīng)力，Sij是偏斜應(yīng)力張量分量，。m是平均正應(yīng)力。其中Sij和等效應(yīng)力o有以下關(guān)系<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>2稱為第二應(yīng)力不變量，將(10)式代入(8)式，得到o=Of可以得到當(dāng)?shù)刃?yīng)力等于材料的初始屈服應(yīng)力時(shí)，材料開始進(jìn)入塑性變形。3.邊界非線性處理方法發(fā)生碰撞時(shí)，物體之間會(huì)發(fā)生接觸，導(dǎo)致接觸界面速度瞬時(shí)不連續(xù)，產(chǎn)生邊界非線性。接觸會(huì)給離散方程時(shí)間積分帶來困難，在有限元理論中，有懲罰函數(shù)、動(dòng)態(tài)約束、分布參數(shù)三種接觸處理方式。懲罰函數(shù)法基本原理是在每一個(gè)時(shí)間步開始前，首先檢查各從節(jié)點(diǎn)是否穿越主面，如沒有穿透則不做任何處理。如果穿透，則在該從節(jié)點(diǎn)與被穿透主面間引入界面接觸力，其大小與穿透深度、主面剛度成正比。這種處理方法相當(dāng)于在界面間放置法向彈簧，以限制從節(jié)點(diǎn)對(duì)主面的穿透。動(dòng)態(tài)約束法基本原理是在每一時(shí)間步At修正構(gòu)形之前，搜索所有未與主面接觸的從節(jié)點(diǎn)，看是否在此At內(nèi)穿透了主面。如果穿透，則縮小At，使那些穿透主面的從節(jié)點(diǎn)正好到達(dá)主面。在計(jì)算下一At之前，對(duì)所有已經(jīng)與主面接觸的從節(jié)點(diǎn)都施加約束條件，以保持從節(jié)點(diǎn)與主面接觸而不貫穿。此外，檢查和主面接觸的從節(jié)點(diǎn)所屬單元是否受到拉應(yīng)力作用。如受到拉應(yīng)力，則施加釋放條件，使節(jié)點(diǎn)脫離主面。分布參數(shù)法基本原理是將每一個(gè)正在接觸從單元的一半質(zhì)量分配到被接觸的主面面積上，同時(shí)根據(jù)每個(gè)正在接觸從單元的內(nèi)應(yīng)力確定作用在接受質(zhì)量分配的主面面積上的分布?jí)毫ΑＴ谕瓿少|(zhì)量和壓力分配后，修正主面加速度，然后對(duì)從節(jié)點(diǎn)的加速度和速度施加約束，以保證從節(jié)點(diǎn)在主面上滑動(dòng)，不允許從節(jié)點(diǎn)穿透主面，從而避免反彈現(xiàn)象。在計(jì)算機(jī)仿真分析中(如圖5、圖6所示)，利用上述有限元算法，模擬碰撞過程，分析并調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，檢驗(yàn)橡膠防撞墊的安全性。仿真條件是自重兩噸的機(jī)動(dòng)車以40km/h的速度正面撞擊橡膠防撞墊。在模擬碰撞過程中，車輛碰撞防撞墊過程姿態(tài)良好，車輛僅前端凹陷。經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真檢驗(yàn)，此橡膠防撞墊安全性良好，能夠有效吸收車輛撞擊時(shí)產(chǎn)生的能量，保障機(jī)動(dòng)車的安全，能夠滿足城市道路安全防護(hù)要求。將此橡膠防撞墊安裝于混凝土護(hù)欄的端部、快速路出口三角區(qū)的分流端、橋墩前端等重點(diǎn)位置，當(dāng)發(fā)生撞擊事故時(shí)，此橡膠防撞墊能有效吸收撞擊能量，減少撞擊反力，保護(hù)機(jī)動(dòng)車乘客的安全，并在撞擊后能自我復(fù)原。上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求一種橡膠防撞墊，其特征在于其采用橡膠制品制成，正面貼有鋁板，鋁板外側(cè)粘貼有反光膜。2.如權(quán)利要求1所述的橡膠防撞墊，其特征在于所述橡膠選用天然膠、順丁膠、丁苯膠，或者這幾種橡膠的混合物。3.如權(quán)利要求1所述的橡膠防撞墊，其特征在于所述防撞墊為中空結(jié)構(gòu)。4.如權(quán)利要求3所述的橡膠防撞墊，其特征在于所述中空結(jié)構(gòu)為四棱柱形，其頂部與防撞墊頂部相距防撞墊高度的1/6-1/10的距離，底部與防撞墊底部為同一水平位置。5.如權(quán)利要求3所述的橡膠防撞墊，其特征在于所述中空結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝有鐵板，鐵板安裝于中空結(jié)構(gòu)兩側(cè)，處于橡膠之間，由橡膠包裹。6.如權(quán)利要求5所述的橡膠防撞墊，其特征在于所述鐵板上下面與防撞墊上下外沿的距離均為防撞墊高度的1/6-1/10，橫向長(zhǎng)度大于中空結(jié)構(gòu)的橫向長(zhǎng)度，厚度為2-3mm。7.如權(quán)利要求5所述的橡膠防撞墊，其特征在于所述鐵板與防撞墊內(nèi)壁平行，且內(nèi)壁2-4cm。8.如權(quán)利要求1所述的橡膠防撞墊，其特征在于所述鋁板形狀與防撞墊正面相應(yīng)，且厚度為2-5mm。全文摘要本發(fā)明一種橡膠防撞墊，其采用橡膠制品制成，正面貼有鋁板，鋁板外側(cè)粘貼有反光膜，防撞墊采用中空結(jié)構(gòu)，且中空結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝有鐵板，鐵板安裝于中空結(jié)構(gòu)兩側(cè)，處于橡膠之間，由橡膠包裹，以增大防撞墊受到撞擊時(shí)候所能吸收的能量。本發(fā)明橡膠防撞墊成本低，且一旦失控車輛與護(hù)欄發(fā)生碰撞時(shí)，防撞墊能夠吸收碰撞能量，減弱對(duì)駕駛員和乘客的損傷；而且在正面粘貼反光涂層，可以誘導(dǎo)駕駛員的視線，能清晰看到道路的輪廓及前進(jìn)方向的線形，增加行車的安全性。文檔編號(hào)E01F15/00GK101694088SQ20091019771公開日2010年4月14日申請(qǐng)日期2009年10月27日優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日發(fā)明者張?zhí)m芳,方守恩,桂玉峰,王俊驊,郭強(qiáng),陳雨人申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué);