用于汽车与护栏碰撞模拟实验的系统及模拟实验方法技术方案

本发明专利技术涉及汽车与护栏碰撞模拟实验用的系统及实验方法。它包括：卷扬机通过提升钩与模型车的尾部脱钩机构相连，模型车的头部通过牵引钩与牵引钢丝绳的一端相连，并通过导向机构的导向架与预应力导向钢丝绳并联，牵引钢丝绳的另一端通过定滑轮和动滑轮组与重物落锤相连，预应力导向钢丝绳两端固定在导向槽的两端，导向架在导向槽中与导向钢丝绳滑动连接对模型车进行导向；在导向槽中模型车的脱钩位置安装有导向架阻挡块，高速摄影机安装在可调节角度的摄影塔上，加速度测量装置安装在模型车上。当落锤下落到沙面上时，阻挡块使安装在导向装置上的一牵引钩与模型车分离，通过滑轮变速和牵引系统等转变为模型车的平动动能并最终自由地撞向模拟护栏。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于进行结构碰撞实验的方法，特别是涉及一种汽车与护栏碰撞模拟实验用的系统及模拟实验方法。
技术介绍
利用模拟实验设施对高速公路护栏结构等安全设施进行实验模拟是开发研制新型护栏过程中的一个重要环节。采用缩尺实验模拟，可以节约开发费用，同时可以针对不同参数的影响进行较精确的测量。当然，要使模型实验的结果能够应用于实际情况需要模型和实验参数与实际情况之间满足一定的相似关系。现有常用的重力驱动式碰撞实验设施有两种，它们都被广泛应用于材料和单结构冲击实验。一种是摆锤式，它将重力势能转化为摆动动能，由摆锤头部沿其切线方向撞击被撞结构。另一种是落锤式，落锤在重力作用下进行自由落体运动，将重力转化成下落方向的平动动能，沿重力方向撞击被撞结构，新近建成的国内最高的传统式落锤所能获得的最大速度为15m/s。但这些设备都很难被应用于诸如汽车碰撞等碰撞过程的实验模拟。在常用的能够进行汽车碰撞、汽车与护栏碰撞等实验的实验设施和模拟实验设施，一般都是采用汽车牵引驱动、遥控自驱动、卷扬机牵引驱动、气动驱动、弹射驱动等方式。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术的缺点，利用短落锤行程使模型车获得高速，并使落锤塔的高度可以有一合理的选择，从而提供一种造价低、操作方便的。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术提供的用于汽车与护栏碰撞模拟实验的系统，包括卷扬机、模型车、重物落锤、动滑轮组、定滑轮组、牵引机构、导向机构、高速摄影机和加速度测量装置；其中卷扬机通过提升钩与模型车的尾部脱钩机构相连，模型车的头部通过牵引钩与牵引钢丝绳的一端相连，并通过导向机构的导向架与预应力导向钢丝绳并联，牵引钢丝绳的另一端通过定滑轮和动滑轮组与重物落锤相连，预应力导向钢丝绳两端固定在导向槽的两端，导向架在导向槽中与导向钢丝绳滑动连接对模型车进行导向；在导向槽中模型车的脱钩位置安装有导向架阻挡块，高速摄影机安装在可调节角度的摄影塔上，加速度测量装置安装在模型车上。当落锤下落到沙面上时，阻挡块使安装在导向架上的牵引钩与模型车分离。通过滑轮变速，利用落锤与模型车质量比来调节实验中模型车的速度。滑轮组的作用是将卷扬机的水平拉力转化到垂直方向提升落锤，并将落锤垂直方向下落的拉力在水平方向作用于模型车，使模型车在水平方向获得加速，同时可以利用短的落锤行程获得模型车的高速度，通过滑轮变速，利用落锤与模型车质量比来调节实验中模型车的速度。利用高速摄影机进行观测和记录，同时利用加速度测量装置进行测量。所述的导向机构是由导向槽，导向钢丝绳及带有牵引构的导向架组成。但也可以是其它形式如轨道型等。本专利技术提供的汽车与护栏碰撞模拟实验方法首先将卷扬机通过提升钩与模型车相连，模型车的另一端通过牵引钢丝绳连到动滑轮组和定滑轮组，落锤与动滑轮组相连；然后启动卷扬机工作，卷扬机水平方向拉模型车时就将落锤提升，使卷扬机与模型车脱钩，这时落锤在重力作用下下落，并给模型车以拉力，由于定滑轮组和动滑轮组的作用，使落锤的垂直于地面的下落运动转变为模型车的水平运动，使模型车加速；利用安装在槽中的预应力导向钢丝绳对模型车的加速运动进行导向；落锤下落到沙面上时，它对模型车的拉力就不复存在了，这时通过阻挡块使牵引钩与模型车脱钩，模型车就以高速撞向护拦。还包括在整个模拟实验过程中高速摄影机进行跟踪观测和记录，同时利用加速度测量装置进行测量。本专利技术的优点在于本专利技术提供的用于汽车与护栏碰撞模拟实验的系统和方法区别于传统的重力式实验设施的特征是，它实现了被驱动结构体(车体)在水平面的自由出射，同时解决了利用短落锤行程使模型车获得高速的问题，使落锤塔的高度可以有一合理的选择。其造价又比常用的汽车碰撞实验设施低很多，而且操作方便。这种实验设施，可以根据不同情况对模型车进行修改，使之可以进行其他用途的结构碰撞模拟实验，如飞机与结构物的碰撞，火车相撞等等。附图说明图1是本专利技术的系统结构示意面说明如下1-牵引钩 2-预应力导向钢丝绳 3-牵引钢丝绳4-阻挡块 5-卷扬机6-模型车7-护拦 8-定滑轮9-动滑轮10-重物落锤 11-高速摄影机 12-沙坑13-落锤架14-提升钩具体实施方式如图1所示，建成的一的实例，该实例为重物落锤行程H＝2.5m，模型车最大加速长度为L＝4×H＝10m，落锤重M可以在0-2t范围内调整，模型车理论车速由下式确定v2＝32gH/(1+16a)其中g为重力加速度，a＝m/M，m为模型车总质量。实验场地和模型车采用与实物比为1∶5的缩尺模型。根据模型率2t的小型车辆的模型车应该是16kg，这样模型车最大车速就可以达到26m/s，相当于实际的车速约为58m/s，即约为209km/h。一常规的卷扬机5通过提升钩14与模型车6的尾部常规的脱钩机构相连，一金属落锤架13坐落在一沙坑12上，落锤架13下的水平位置固定一定滑轮8，另外两个定滑轮8分别固定在落锤架13的横粱上，一根牵引钢丝绳3的一端与导向架1的牵引构相连，导向架1与预应力导向钢丝绳2滑动连接，在模型车6的头部与导向架1的牵引钩相连；牵引钢丝绳3的另一端通过3个定滑轮8并在其上安装一个双轮动滑轮组9，在动滑轮组的下方悬挂一重物落锤10，重物落锤离地面的距离为H＝2.5m，预应力导向钢丝绳2两端安装在导向机构的导向槽中对模型车6进行导向；在导向槽中的模型车6的脱钩位置安装有导向架1阻挡块4，高速摄影机11安装在可调节角度的摄影塔上，加速度测量装置安装在模型车6内。本实施例的汽车与护栏碰撞模拟实验方法首先将卷扬机5通过提升钩14与模型车6相连，模型车6的另一端通过牵引钢丝绳3连到动滑轮组9和定滑轮组8，重物落锤10与动滑轮组9相连；然后启动卷扬机5工作，卷扬机5水平方向拉模型车6时就将重物落锤10提升，使卷扬机5与模型车6脱钩，这时重物落锤10在重力作用下下落，并给模型车6以拉力，由于定滑轮组8和动滑轮组9的作用，使重物落锤10的垂直于地面的下落运动转变为模型车6的水平运动，使模型车6加速；利用安装在槽中的预应力导向钢丝绳2对模型车6的加速运动进行导向；重物落锤10下落到沙面上时，它对模型车6的拉力就不复存在了，这时通过阻挡块4使牵引钩1与模型车6脱钩，模型车6就以高速撞向护拦7。还包括在整个模拟实验过程中高速摄影机11进行跟踪观测和记录，同时利用加速度测量装置进行测量。该方法特别是①利用滑轮组变速和转向装置及牵引装置(3、8、9)将重物落锤(10)的垂直与地面的下落运动转换为高速的模型结构(车)(6)的水平运动，并且②利用卷扬机(5)通过提升钩(14)模型车(6)牵引钢丝绳(3)等将落锤提升到确定的高度，③利用脱钩装置(14)使模型车与卷扬机脱开起动模型车，④利用安装在槽中的预应力导向钢丝绳(2)对模型车在碰撞前的加速过程中进行导向，⑤利用阻挡块(4)和沙坑(12)沙面，通过沙面限制住对牵引钢丝绳限位和阻挡块阻挡导向装置，使安装于导向架上的牵引钩(1)在碰撞前与模型车分离。通过滑轮变速系统，利用落锤(10)与模型车(6)的质量比来调节实验中模型车的速度。权利要求1.一种用于汽车与护栏碰撞模拟实验的系统，包括一卷扬机、一模型车、重物落锤；其特征是还包括动滑轮组、定滑轮组、牵引机构、导向机构、高速摄影机和加速度测量装置；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于汽车与护栏碰撞模拟实验的系统，包括：一卷扬机、一模型车、重物落锤；其特征是还包括：动滑轮组、定滑轮组、牵引机构、导向机构、高速摄影机和加速度测量装置；其中卷扬机通过提升钩与模型车的尾部脱钩机构相连，模型车的头部通过牵引钩与牵引钢丝绳的一端相连，并通过导向机构的导向架与预应力导向钢丝绳并联，牵引钢丝绳的另一端通过定滑轮和动滑轮组与重物落锤相连，预应力导向钢丝绳两端固定在导向槽的两端，导向架在导向槽中与导向钢丝绳滑动连接对模型车进行导向；在导向槽中模型车的脱钩位置安装有导向架阻挡块，高速摄影机安装在可调节角度的摄影塔上，加速度测量装置安装在模型车上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁桦，黄婉莉，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]