專利名稱：用于汽車與護(hù)欄碰撞模擬實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)及模擬實(shí)驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于進(jìn)行結(jié)構(gòu)碰撞實(shí)驗(yàn)的方法，特別是涉及一種汽車與護(hù)欄碰撞模擬實(shí)驗(yàn)用的系統(tǒng)及模擬實(shí)驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
利用模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)施對(duì)高速公路護(hù)欄結(jié)構(gòu)等安全設(shè)施進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M是開發(fā)研制新型護(hù)欄過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。采用縮尺實(shí)驗(yàn)?zāi)M，可以節(jié)約開發(fā)費(fèi)用，同時(shí)可以針對(duì)不同參數(shù)的影響進(jìn)行較精確的測量。當(dāng)然，要使模型實(shí)驗(yàn)的結(jié)果能夠應(yīng)用于實(shí)際情況需要模型和實(shí)驗(yàn)參數(shù)與實(shí)際情況之間滿足一定的相似關(guān)系。
現(xiàn)有常用的重力驅(qū)動(dòng)式碰撞實(shí)驗(yàn)設(shè)施有兩種，它們都被廣泛應(yīng)用于材料和單結(jié)構(gòu)沖擊實(shí)驗(yàn)。一種是擺錘式，它將重力勢能轉(zhuǎn)化為擺動(dòng)動(dòng)能，由擺錘頭部沿其切線方向撞擊被撞結(jié)構(gòu)。另一種是落錘式，落錘在重力作用下進(jìn)行自由落體運(yùn)動(dòng)，將重力轉(zhuǎn)化成下落方向的平動(dòng)動(dòng)能，沿重力方向撞擊被撞結(jié)構(gòu)，新近建成的國內(nèi)最高的傳統(tǒng)式落錘所能獲得的最大速度為15m/s。但這些設(shè)備都很難被應(yīng)用于諸如汽車碰撞等碰撞過程的實(shí)驗(yàn)?zāi)M。在常用的能夠進(jìn)行汽車碰撞、汽車與護(hù)欄碰撞等實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)施和模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)施，一般都是采用汽車牽引驅(qū)動(dòng)、遙控自驅(qū)動(dòng)、卷揚(yáng)機(jī)牽引驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、彈射驅(qū)動(dòng)等方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，利用短落錘行程使模型車獲得高速，并使落錘塔的高度可以有一合理的選擇，從而提供一種造價(jià)低、操作方便的用于汽車與護(hù)欄碰撞模擬實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)及模擬實(shí)驗(yàn)方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的用于汽車與護(hù)欄碰撞模擬實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)，包括卷揚(yáng)機(jī)、模型車、重物落錘、動(dòng)滑輪組、定滑輪組、牽引機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、高速攝影機(jī)和加速度測量裝置；其中卷揚(yáng)機(jī)通過提升鉤與模型車的尾部脫鉤機(jī)構(gòu)相連，模型車的頭部通過牽引鉤與牽引鋼絲繩的一端相連，并通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向架與預(yù)應(yīng)力導(dǎo)向鋼絲繩并聯(lián)，牽引鋼絲繩的另一端通過定滑輪和動(dòng)滑輪組與重物落錘相連，預(yù)應(yīng)力導(dǎo)向鋼絲繩兩端固定在導(dǎo)向槽的兩端，導(dǎo)向架在導(dǎo)向槽中與導(dǎo)向鋼絲繩滑動(dòng)連接對(duì)模型車進(jìn)行導(dǎo)向；在導(dǎo)向槽中模型車的脫鉤位置安裝有導(dǎo)向架阻擋塊，高速攝影機(jī)安裝在可調(diào)節(jié)角度的攝影塔上，加速度測量裝置安裝在模型車上。當(dāng)落錘下落到沙面上時(shí)，阻擋塊使安裝在導(dǎo)向架上的牽引鉤與模型車分離。通過滑輪變速，利用落錘與模型車質(zhì)量比來調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)中模型車的速度?；喗M的作用是將卷揚(yáng)機(jī)的水平拉力轉(zhuǎn)化到垂直方向提升落錘，并將落錘垂直方向下落的拉力在水平方向作用于模型車，使模型車在水平方向獲得加速，同時(shí)可以利用短的落錘行程獲得模型車的高速度，通過滑輪變速，利用落錘與模型車質(zhì)量比來調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)中模型車的速度。利用高速攝影機(jī)進(jìn)行觀測和記錄，同時(shí)利用加速度測量裝置進(jìn)行測量。
所述的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是由導(dǎo)向槽，導(dǎo)向鋼絲繩及帶有牽引構(gòu)的導(dǎo)向架組成。但也可以是其它形式如軌道型等。
本發(fā)明提供的汽車與護(hù)欄碰撞模擬實(shí)驗(yàn)方法首先將卷揚(yáng)機(jī)通過提升鉤與模型車相連，模型車的另一端通過牽引鋼絲繩連到動(dòng)滑輪組和定滑輪組，落錘與動(dòng)滑輪組相連；然后啟動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)工作，卷揚(yáng)機(jī)水平方向拉模型車時(shí)就將落錘提升，使卷揚(yáng)機(jī)與模型車脫鉤，這時(shí)落錘在重力作用下下落，并給模型車以拉力，由于定滑輪組和動(dòng)滑輪組的作用，使落錘的垂直于地面的下落運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟Ｐ蛙嚨乃竭\(yùn)動(dòng)，使模型車加速；利用安裝在槽中的預(yù)應(yīng)力導(dǎo)向鋼絲繩對(duì)模型車的加速運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向；落錘下落到沙面上時(shí)，它對(duì)模型車的拉力就不復(fù)存在了，這時(shí)通過阻擋塊使?fàn)恳^與模型車脫鉤，模型車就以高速撞向護(hù)攔。還包括在整個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)過程中高速攝影機(jī)進(jìn)行跟蹤觀測和記錄，同時(shí)利用加速度測量裝置進(jìn)行測量。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明提供的用于汽車與護(hù)欄碰撞模擬實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)和方法區(qū)別于傳統(tǒng)的重力式實(shí)驗(yàn)設(shè)施的特征是，它實(shí)現(xiàn)了被驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)體(車體)在水平面的自由出射，同時(shí)解決了利用短落錘行程使模型車獲得高速的問題，使落錘塔的高度可以有一合理的選擇。其造價(jià)又比常用的汽車碰撞實(shí)驗(yàn)設(shè)施低很多，而且操作方便。這種實(shí)驗(yàn)設(shè)施，可以根據(jù)不同情況對(duì)模型車進(jìn)行修改，使之可以進(jìn)行其他用途的結(jié)構(gòu)碰撞模擬實(shí)驗(yàn)，如飛機(jī)與結(jié)構(gòu)物的碰撞，火車相撞等等。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意面說明如下1-牽引鉤 2-預(yù)應(yīng)力導(dǎo)向鋼絲繩 3-牽引鋼絲繩4-阻擋塊 5-卷揚(yáng)機(jī)6-模型車7-護(hù)攔 8-定滑輪9-動(dòng)滑輪10-重物落錘 11-高速攝影機(jī) 12-沙坑13-落錘架14-提升鉤具體實(shí)施方式
如圖1所示，建成的一用于汽車與護(hù)欄碰撞模擬實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)及模擬實(shí)驗(yàn)方法的實(shí)例，該實(shí)例為重物落錘行程H＝2.5m，模型車最大加速長度為L＝4×H＝10m，落錘重M可以在0-2t范圍內(nèi)調(diào)整，模型車?yán)碚撥囁儆上率酱_定v2＝32gH/(1+16a)其中g(shù)為重力加速度，a＝m/M，m為模型車總質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)場地和模型車采用與實(shí)物比為1∶5的縮尺模型。根據(jù)模型率2t的小型車輛的模型車應(yīng)該是16kg，這樣模型車最大車速就可以達(dá)到26m/s，相當(dāng)于實(shí)際的車速約為58m/s，即約為209km/h。
一常規(guī)的卷揚(yáng)機(jī)5通過提升鉤14與模型車6的尾部常規(guī)的脫鉤機(jī)構(gòu)相連，一金屬落錘架13坐落在一沙坑12上，落錘架13下的水平位置固定一定滑輪8，另外兩個(gè)定滑輪8分別固定在落錘架13的橫粱上，一根牽引鋼絲繩3的一端與導(dǎo)向架1的牽引構(gòu)相連，導(dǎo)向架1與預(yù)應(yīng)力導(dǎo)向鋼絲繩2滑動(dòng)連接，在模型車6的頭部與導(dǎo)向架1的牽引鉤相連；牽引鋼絲繩3的另一端通過3個(gè)定滑輪8并在其上安裝一個(gè)雙輪動(dòng)滑輪組9，在動(dòng)滑輪組的下方懸掛一重物落錘10，重物落錘離地面的距離為H＝2.5m，預(yù)應(yīng)力導(dǎo)向鋼絲繩2兩端安裝在導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向槽中對(duì)模型車6進(jìn)行導(dǎo)向；在導(dǎo)向槽中的模型車6的脫鉤位置安裝有導(dǎo)向架1阻擋塊4，高速攝影機(jī)11安裝在可調(diào)節(jié)角度的攝影塔上，加速度測量裝置安裝在模型車6內(nèi)。
本實(shí)施例的汽車與護(hù)欄碰撞模擬實(shí)驗(yàn)方法首先將卷揚(yáng)機(jī)5通過提升鉤14與模型車6相連，模型車6的另一端通過牽引鋼絲繩3連到動(dòng)滑輪組9和定滑輪組8，重物落錘10與動(dòng)滑輪組9相連；然后啟動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)5工作，卷揚(yáng)機(jī)5水平方向拉模型車6時(shí)就將重物落錘10提升，使卷揚(yáng)機(jī)5與模型車6脫鉤，這時(shí)重物落錘10在重力作用下下落，并給模型車6以拉力，由于定滑輪組8和動(dòng)滑輪組9的作用，使重物落錘10的垂直于地面的下落運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟Ｐ蛙?的水平運(yùn)動(dòng)，使模型車6加速；利用安裝在槽中的預(yù)應(yīng)力導(dǎo)向鋼絲繩2對(duì)模型車6的加速運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向；重物落錘10下落到沙面上時(shí)，它對(duì)模型車6的拉力就不復(fù)存在了，這時(shí)通過阻擋塊4使?fàn)恳^1與模型車6脫鉤，模型車6就以高速撞向護(hù)攔7。還包括在整個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)過程中高速攝影機(jī)11進(jìn)行跟蹤觀測和記錄，同時(shí)利用加速度測量裝置進(jìn)行測量。
該方法特別是①利用滑輪組變速和轉(zhuǎn)向裝置及牽引裝置(3、8、9)將重物落錘(10)的垂直與地面的下落運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為高速的模型結(jié)構(gòu)(車)(6)的水平運(yùn)動(dòng)，并且②利用卷揚(yáng)機(jī)(5)通過提升鉤(14)模型車(6)牽引鋼絲繩(3)等將落錘提升到確定的高度，③利用脫鉤裝置(14)使模型車與卷揚(yáng)機(jī)脫開起動(dòng)模型車，④利用安裝在槽中的預(yù)應(yīng)力導(dǎo)向鋼絲繩(2)對(duì)模型車在碰撞前的加速過程中進(jìn)行導(dǎo)向，⑤利用阻擋塊(4)和沙坑(12)沙面，通過沙面限制住對(duì)牽引鋼絲繩限位和阻擋塊阻擋導(dǎo)向裝置，使安裝于導(dǎo)向架上的牽引鉤(1)在碰撞前與模型車分離。通過滑輪變速系統(tǒng)，利用落錘(10)與模型車(6)的質(zhì)量比來調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)中模型車的速度。
權(quán)利要求
1.一種用于汽車與護(hù)欄碰撞模擬實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)，包括一卷揚(yáng)機(jī)、一模型車、重物落錘；其特征是還包括動(dòng)滑輪組、定滑輪組、牽引機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、高速攝影機(jī)和加速度測量裝置；其中卷揚(yáng)機(jī)通過提升鉤與模型車的尾部脫鉤機(jī)構(gòu)相連，模型車的頭部通過牽引鉤與牽引鋼絲繩的一端相連，并通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向架與預(yù)應(yīng)力導(dǎo)向鋼絲繩并聯(lián)，牽引鋼絲繩的另一端通過定滑輪和動(dòng)滑輪組與重物落錘相連，預(yù)應(yīng)力導(dǎo)向鋼絲繩兩端固定在導(dǎo)向槽的兩端，導(dǎo)向架在導(dǎo)向槽中與導(dǎo)向鋼絲繩滑動(dòng)連接對(duì)模型車進(jìn)行導(dǎo)向；在導(dǎo)向槽中模型車的脫鉤位置安裝有導(dǎo)向架阻擋塊，高速攝影機(jī)安裝在可調(diào)節(jié)角度的攝影塔上，加速度測量裝置安裝在模型車上。
2.按權(quán)利要求1所述的用于汽車與護(hù)欄碰撞模擬實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)，其特征是所述的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是由導(dǎo)向槽，導(dǎo)向鋼絲繩及帶有牽引構(gòu)的導(dǎo)向架組成或是軌道型。
3.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的用于汽車與護(hù)欄碰撞模擬實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的方法，其特征是首先將卷揚(yáng)機(jī)通過提升鉤與模型車相連，模型車的另一端通過牽引鋼絲繩連到動(dòng)滑輪組和定滑輪組，落錘與動(dòng)滑輪組相連；然后啟動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)工作，卷揚(yáng)機(jī)水平方向拉模型車時(shí)就將落錘提升，使卷揚(yáng)機(jī)與模型車脫鉤，這時(shí)落錘在重力作用下下落，并給模型車以拉力，由于定滑輪組和動(dòng)滑輪組的作用，使落錘的垂直于地面的下落運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟Ｐ蛙嚨乃竭\(yùn)動(dòng)，使模型車加速；利用安裝在槽中的預(yù)應(yīng)力導(dǎo)向鋼絲繩對(duì)模型車的加速運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向；落錘下落到沙面上時(shí)，它對(duì)模型車的拉力就不復(fù)存在了，這時(shí)通過阻擋塊使?fàn)恳^與模型車脫鉤，模型車就以高速撞向護(hù)攔。
4.按權(quán)利要求3所述的用于汽車與護(hù)欄碰撞模擬實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的方法，其特征是還包括在整個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)過程中高速攝影機(jī)進(jìn)行跟蹤觀測和記錄，同時(shí)利用加速度測量裝置進(jìn)行測量。
全文摘要
本發(fā)明涉及汽車與護(hù)欄碰撞模擬實(shí)驗(yàn)用的系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)方法。它包括卷揚(yáng)機(jī)通過提升鉤與模型車的尾部脫鉤機(jī)構(gòu)相連，模型車的頭部通過牽引鉤與牽引鋼絲繩的一端相連，并通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向架與預(yù)應(yīng)力導(dǎo)向鋼絲繩并聯(lián)，牽引鋼絲繩的另一端通過定滑輪和動(dòng)滑輪組與重物落錘相連，預(yù)應(yīng)力導(dǎo)向鋼絲繩兩端固定在導(dǎo)向槽的兩端，導(dǎo)向架在導(dǎo)向槽中與導(dǎo)向鋼絲繩滑動(dòng)連接對(duì)模型車進(jìn)行導(dǎo)向；在導(dǎo)向槽中模型車的脫鉤位置安裝有導(dǎo)向架阻擋塊，高速攝影機(jī)安裝在可調(diào)節(jié)角度的攝影塔上，加速度測量裝置安裝在模型車上。當(dāng)落錘下落到沙面上時(shí)，阻擋塊使安裝在導(dǎo)向裝置上的一牽引鉤與模型車分離，通過滑輪變速和牽引系統(tǒng)等轉(zhuǎn)變?yōu)槟Ｐ蛙嚨钠絼?dòng)動(dòng)能并最終自由地撞向模擬護(hù)欄。
文檔編號(hào)E01F15/02GK1417055SQ01134758
公開日2003年5月14日 申請(qǐng)日期2001年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月9日
發(fā)明者丁樺, 黃婉莉 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所