图像特征点匹配算法下车辆行驶主动防撞预警

对于车辆行驶过程中的防撞预警,如果无法识别前车的具体行驶状态,可能使系统反应速度较慢,而不能动态变化调整本车行驶策略,导致无法有效规避潜在碰撞的危险。为了提高车辆在行驶过程中对周围环境的感知能力,防止车辆碰撞事故的发生,提出了图像特征点匹配算法下车辆行驶主动防撞预警方法。通过尺度不变特征转换(Scale-Invariant Feature Transform,SIFT)对采集到的前车图像中的特征点展开提取;利用近似最近邻搜索算法完成特征点的匹配,并将匹配点对从像素坐标系转换到图像坐标系中,以完成对前车的定位;基于单帧静态图像测距方法获得车距,并将前车的行驶状态分为静止、减速、匀速或加速三种状态,计算不同状态下的提醒报警距离和危险报警距离,动态调整本车行驶策略。当车距达到提醒报警距离或危险报警距离时,发出报警,以此实现车辆行驶过程中的主动防撞预警。试验结果表明:利用图像特征点匹配算法下车辆行驶主动防撞预警方法对前车车距展开测量,测量结果与实际车距基本一致,准确度误差在5 cm以内,相较于差异化预警方法和车联网数据预警方法而言可以更精准地测量车距;此外,所提方法的风险系数最大值为0.12,远小于差异化预警方法和车联网数据预警方法的风险系数,证实了该方法的车辆定位准确度高、防撞预警性能强。

我国桥梁混凝土墙式防撞护栏设计技术进展

混凝土墙式防撞护栏既是保障桥梁安全运输的关键构造物,又是国内外应用最广泛的桥梁防撞护栏形式。随着我国交通运输事业的发展,车辆载重与行驶速度对桥梁安全运输功能的要求呈上升趋势。该文详述近30年来我国规范针对桥梁混凝土墙式防撞护栏设计要求的发展历程,从结构形式、防撞等级、碰撞速度及碰撞荷载等多个参数方面分析设计要求提升的具体技术体现,梳理设计理念的变化,通过对比各设计方法的主要改进与提升,总结不同时期对桥梁混凝土墙式防撞护栏性能的要求与认知,为下一阶段针对桥梁混凝土墙式防撞护栏设计技术改善提供有力的循证预判,并为有类似防撞需要的工程项目的安全实践提供借鉴。

基于STC15F2K61S2的汽车倒车防撞警报系统

本项目设计了一个基于STC15F2K61S2单片机的汽车倒车防撞警报系统,使用STC15F2K61S2单片机作为核心控制单元,本系统旨在通过超声波测距模块实时监测汽车尾部与附近障碍物之间的距离,并将测量结果实时显示在数码管上。系统还配备矩阵键盘,允许用户设定一个预警距离。当实际测量的距离超过用户设定的预警值时,蜂鸣器将被激活,发出警报声。这一功能对于驾驶员在倒车时,尤其是面对视角盲区时,提供了极大的帮助,有效预防了可能发生的意外和伤害,显著提升了驾驶的安全性。

桥墩倾斜方向对自浮式防撞装置防护效果影响研究

随着航道上大跨度桥梁的建设愈加广泛,其桥墩在水面附近往往具有一定的倾斜角度。为研究桥墩倾斜方向对自浮式防撞装置防护效果的影响,文章基于装备自浮式防撞装置的2种倾斜方向的桥墩与6000DWT级散货船为研究对象进行非线性有限元仿真碰撞计算,分析桥墩倾斜方向对不同航速船舶撞击下桥墩撞击力、系统能量转换、船艏结构破坏的影响。结果表明:外倾式桥墩受到撞击力更小,其防撞装置通过变形吸收能量更多、防护效果更好。研究成果可为大跨度桥墩设计与防撞装置的开发提供重要的参考价值。

复合材料在汽车防撞梁上的应用研究进展

为促进复合材料在汽车构件中的应用,以汽车保险杠防撞梁为例,对复合材料防撞梁的材料、结构设计以及保险杠内部零件连接的研究进展进行综述。简述了碳纤维、玻璃纤维以及天然纤维等复合材料在汽车防撞梁上的研究进展,介绍了不同结构复合材料防撞梁对于耐撞性能的影响,分析了保险杠内部零件不同连接方式的优缺点。最后提出了汽车复合材料防撞梁的未来发展方向,应注重新型复合材料的开发、防撞梁结构的优化设计以及新型连接方式的研究。

钢橡胶组合防撞装置试验与动力性能研究

为减少船桥撞击损伤,提出一种新型的钢-橡胶组合防撞装置.首先设计3组大比例试验构件,通过拟静力试验研究装置整体受力性能、破坏模式以及承载力;然后通过试验验证有限元模型,明确了焊缝对结构受力的影响,进行了装置整体动力性能分析.结果表明:钢-橡胶组合防撞装置由于填充轮胎的支撑作用,承载能力明显高于空筒防撞装置;钢-橡胶组合防撞装置具有很好的缓冲消能效果,在正撞和20°斜撞工况下耗能均达到35%以上,满足阻碍船舶与桥墩撞击的功能;回收轮胎不仅实现了一定的拨转功能,还起到耗能作用,轮胎填充能提升耗能5%以上,对船有回弹作用;同时,轮胎的填充不仅能提升自浮性能,更提升了装置整体性能.

散粒体填充FRP缠绕管桥梁防撞装置冲击吸能特性及构造参数研究

针对传统被动防撞装置可能存在的体积大、造价高、维护困难以及对撞击力的削减效果有限等缺陷,提出一种新型防撞装置,该装置在纤维增强复合材料(FRP)缠绕管内部密填低密度耗能散粒体,并将多个防撞节段拼接成整体,环绕桥墩以抵御船舶撞击。为了解该新型防撞装置的防撞性能并选取合适的构造参数,分别对纤维缠绕角度±45°、±75°的新型防撞装置局部试件进行冲击试验及有限元模拟,并对缠绕角度与缠绕管壁厚进行防撞性能构造参数分析。结果表明:有限元模型与试验结果吻合良好,缠绕角度为±75°的新型防撞装置相比于缠绕角度±45°的新型防撞装置在冲击作用下更易发生剪切破坏,比选得到壁厚为4 mm、缠绕角度为±45°的新型防撞装置在6.0 m冲击高度下的冲击力峰值削减率达到55.82%,防撞效果最优。

多胞体汽车后防撞吸能器耗能机制研究与结构优化设计

为有效提升后防撞系统耐撞性能以满足碰撞冲击载荷作用下的车辆被动安全需求,研发了6种正多边形镶嵌的多胞体薄壁吸能器。基于简化超折叠单元理论分析了截面参数和肋板连接方式对薄壁吸能器的能量耗散途径与影响机制;采用ABAQUS数值仿真探究了各种吸能器吸能特性,同时揭示了正八边形截面、肋板对边连接的薄壁吸能器吸能特性优异;依托拉丁超立方试验方法和基于Kriging代理模型的NSGA-II遗传算法进行多目标优化,确定了吸能器内薄壁管截面尺寸、管壁和肋板厚度分别为18.073 mm、1.669 mm、1.924 mm。结果分析表明,参数优化后的正八边形多胞体吸能器压溃吸能过程平稳可靠,能够为后防撞系统吸能器的结构设计提供参考。

吸能盒式前防撞横梁系统的碰撞吸能特性研究

前防撞横梁系统是提高整车安全性的重要部件,其中,吸能盒和横梁的结构参数直接影响车体的耐撞性能。为得到吸能盒式前防撞横梁系统的优化方案,首先,从压溃形式、初始峰值力和比吸能3个角度,研究了吸能盒截面结构对耐撞性能影响;然后,从抗弯强度和吸能值两个维度,研究了横梁截面结构对耐撞性能的影响;最后,研究了正碰和偏碰情形下,优化后吸能盒式前防撞横梁系统的耐撞性能。研究结果表明,正六边形截面具有较好的吸能效果;“目”字形截面横梁抗弯强度高且吸能效果好;新型吸能盒式前防撞横梁系统相较于传统系统而言,在正碰和偏碰情形下,吸能值分别提高了11.5%和31.6%,侵入量分别降低了53.2%和38.4%。这为优化防撞梁系统安全性能的研究提供了支持。

恶劣海况中水面船舶航行防撞控制方法

为保障水面船舶航行安全,提出恶劣海况中水面船舶航行防撞控制方法。构建恶劣海况下船舶航行的三维环境地图,将恶劣海况环境模型定义为水面船舶航行路径规划搜索空间,引入侵野草优化算法,设定代价评估函数,确定该代价评估函数下的三维最优航行曲面内的最优航行路径;将航路路径规划结果与速度障碍法相结合,依照船舶与障碍物的相对速度构建速度障碍区域,基于航行路径规划结果对所构建区域实施叠加拓展,得到速度障碍区域,结合代价函数确定最优防撞速度,实现动态防撞控制。实验结果显示,该方法能够准确构建恶劣海况中的船舶航行地图,确定该环境下的最优路径,实现恶劣海况中的水面船舶航行防撞控制。

弧形自浮式防撞装置运动响应及受力特性分析

针对弧形自浮式防撞装置导向机构在日常运行过程中易发生塑性变形的问题,建立了基于三维势流理论的弧形自浮升降式防撞装置水动力分析模型,对不同入射角的波浪与水流共同作用条件下装置的运动响应及导向机构的受力特性进行分析,结果表明:水流的持续作用有利于减小防撞装置的运动响应;浮筒下游侧导向机构的刚度较大导致了该部分机构受力过于集中而其他导向机构未受力或者受力较小的现象;波浪入射角对导向机构的受力影响较大,当波浪入射角与水流流向的夹角较小时,波流的叠加效应会增大,造成下游侧导向机构受力陡增。

既有防撞设施桥梁抗撞性能评估方法及应用

如何合理有效地开展桥梁抗撞性能评估,特别是准确评价防撞设施的防护效果,是已建桥梁进行船撞桥隐患整治的难题之一。为准确评估已建桥梁加装防撞设施后的抗撞性能,基于现有规范及相关研究成果,结合大量工程项目经验,从抗撞性能评估总体环节、抗撞性能标准确定、设防代表船型确定、船舶撞击力计算、防撞设施防护效果分析、桥墩船撞效应计算及抗撞性能验算等方面,建立了既有防撞设施桥梁抗撞性能评估方法的标准化框架流程。以某长江公路大桥3~#主墩为例,运用上述方法进行桥梁抗撞性能评估。结果表明:典型计算工况下,防撞设施较好地发挥了耗能缓冲防护效果,延长了撞击时间,削减了船舶撞击力,对船舶正撞及侧撞峰值力削减率分别为47.2%和51.6%;不考虑防撞设施防护效果时,3~#主墩抗撞性能不满足要求,主要表现为墩身及桩基横桥向抗剪性能不足;考虑防撞设施防护效果后,墩身及桩基横桥向抗剪性能不足得到改善,桥墩抗撞性能可满足要求。既有防撞设施桥梁抗撞性能评估方法的标准化框架流程系统全面,可用于已建桥梁防撞设施评价及抗撞性能评估。

基于MATLAB矢量化物质点法的车身防撞梁碰撞分析

基于MATLAB矢量化的物质点法(material point method,MPM)框架,分析车身前防撞梁的碰撞冲击问题。MPM在每一迭代步将物理参数在物质点和背景网格间相互映射,使用MATLAB矢量化框架可以使用户在快速入门的同时保证求解效率,其应力更新采用车身结构材料的弹塑性本构模型。前防撞梁碰撞冲击数值算例结果表明,MPM可以保证求解精度,同时矢量化技术可以大幅提高求解效率。

长沙暮坪湘江特大桥主桥抗撞性能研究与防撞设计

为保证长沙暮坪湘江特大桥主桥船-桥碰撞安全性,对该桥进行了抗撞性能研究与防撞设计。采用LS-DYNA软件开展船-桥碰撞分析,确定设防船撞力;结合冲击谱近似方法确定设防船撞动力作用,计算桥墩动力需求与抗撞能力,评估结构安全性;针对主墩拱脚防护及过渡墩抗弯能力不足等问题,提出由UHPC面板、内置X型耗能钢板、EPS泡沫及D型防撞护舷等构成的钢-UHPC组合防撞设计方案,并开展防撞效果有限元分析。结果表明:除撞击力峰值外,最高水位工况下结构响应均大于最低水位工况;未设置防撞装置时主墩具有较好的抗撞能力,且有一定的安全富余,而过渡墩无法满足抗弯需求;主墩设置防撞装置能在1.5 s内将船舶侧撞速度降为0,有效地阻止了船舶侧向侵入,过渡墩防撞装置钢板厚10 mm时,撞击力峰值降低了35%,主要响应峰值降幅达40%~50%。

张靖皋长江大桥南航道桥南塔防撞方案研究

张靖皋长江大桥南航道桥为主跨2300 m的双塔双吊跨钢箱梁悬索桥,桥下船舶通航密度大、船舶平均吨位大、船舶碰撞概率高、南塔所受船撞力计算值大。经综合分析,传统被动防撞方案均不能很好满足南塔防撞要求,故提出采用锁口钢管桩围堰外挂软体护舷的新型防撞方案。该防撞方案通过在承台外围设锁口钢管桩围堰形成裙墙,在围堰外侧外挂软体护舷,并在围堰与承台之间空隙处填充耗能材料实现防撞及消能,裙墙同时兼作临时施工围水设施以及起到永久冲刷防护和船撞消能作用。为验证新型防撞装置的防撞效果并选择合适的耗能材料,进行船桥碰撞有限元分析。最终采用填充沙粒的新型防撞装置方案,该方案可削减36.68%南塔承台撞击力,防撞效果好。新型防撞方案施工简单,后期仅需对钢管桩作防腐处理,撞后便于修复,工程造价低。

独立式桥墩防撞结构防撞性能研究

为了解独立式桥墩防撞结构(由钢管混凝土立柱、钢横梁等结构组成)抵御船舶撞击的能力,并选取合适的结构方案,以广州明珠湾大桥为背景进行研究。采用显式动力软件LS-DYNA建立船舶与独立式桥墩防撞结构计算模型,分析立柱间距4.8 m且不设防撞套箱(方案1)、立柱间距6.7 m且不设防撞套箱(方案2)、立柱间距6.7 m且设防撞套箱(方案3)3种独立式桥墩防撞结构方案在3000 DWT船舶中心碰撞和偏心碰撞下的结构动力响应和船舶损伤。结果表明:在中心碰撞下,方案2较方案1能有效减少撞击时迎撞立柱的位移和轴向拉力峰值,提高了独立式桥墩防撞结构的防护性能和承载能力,方案3的防撞套箱能起到缓冲消能的作用;在偏心碰撞下,方案3防撞套箱的旋转能够使船舶远离桥墩,保护桥墩和拱脚下弦杆不受船舶的撞击作用,具有良好的导向能力。设防撞套箱的独立式桥墩防撞结构已在广州明珠湾大桥中应用。

防撞梁结构设计与碰撞性能研究

目的研究汽车防撞梁材料选择和结构设计对汽车安全性的影响。方法通过对汽车防撞梁的概念及特性进行总结归纳,并比对不同材料和不同结构的防撞梁对其安全性的影响,并通过仿真模拟探究不同材料下的碰撞性能。结果结构最优情况下,增强竹纤维复合材料防撞梁在其碰撞测试过程中表现出位移较低且修复性能较强等特性。结论该结果表明了增强竹纤维复合材料具有较好的保护性能,增强竹纤维复合材料相较于其他传统材料而言具有可降解的优异特性和良好的可回收性,为现代汽车设计提供了良好的参考建议,有利于汽车工业的良性发展,也有助于进一步提升整车的安全性能。

铝合金W型防撞梁超低温冲压仿真与实验研究

以预时效态7075铝合金为实验材料,采用热传导和热力耦合分析建立了包括模具液氮制冷、板料液氮喷淋和冲压成形的W型防撞梁超低温冲压仿真流程,使用温度相关的材料本构以及分区网格划分方法建立了有限元数值模型,并进行了超低温冲压实验验证。搭建了超低温界面热传导系数测试平台,采用反传热法求解得到了超低温界面热传导系数。结果表明,随着温度的降低,超低温界面热传导系数增大,温度为-165℃时超低温界面热传导系数为2 kW·m^(-2)·℃^(-1)。在模具液氮制冷后,下模具表面的最低温度为-58.5℃,整体预测误差小于5.2%。在板料液氮喷淋后,预测的板料中部区域温度为-163.5℃,接近实验测试温度-160℃。W型防撞梁的特征小圆角过渡区为关键变形区,该区域的成形温度需低于-150℃,以保证成形性能。

海上风电结构逻辑化防撞的非线性动力学设计

海上风电场船撞事故频发,造成结构损坏乃至风场停产,经济损失巨大。为降低船撞事故的结构损伤,提出了新型全钢制准负刚度弹性防护装置,具有可依船体接触速度被动变化的逻辑化刚度特性。首先,建立了船舶碰撞单桩基础风机的有限元数值模型,计算结果表明与橡胶防护装置相比,新型防护装置的碰撞力和塔顶加速度分别降低56.1%和32%;进一步建立了海上风电变截面结构-准负刚度装置耦合的两自由度非线性动力学模型,并对应发展了多尺度解析方法,有效描述了船舶碰撞过程非线性能量交换与耗散过程,解析计算结果和数值解相吻合,科学描述了风机结构安装新型防护装置后特有的“低速靠船高刚度-高速撞击低刚度”力学特性;形成了以解析模型进行关键参数的高效率设计、以有限元模型实施具体构件的精细设计的工程方法;以海上风电单桩基础结构为例,实施了逻辑化防撞的工程设计。

碳纤维复合材料车门防撞梁多尺度高效变形模拟及实验验证

以碳纤维复合材料车门防撞梁为例,开发了一种面向工程零部件的多尺度高效变形模拟技术,建立了自洽聚类分析方法及多尺度渐进损伤本构模型,通过多尺度单元与唯象单元混合建模,有效降低了模型的求解成本,通过将有限的计算资源分配在恰当的位置,结果表明计算资源的利用效率得到显著提升,实现了工程零部件损伤行为的高效预测,实际计算时间缩短至原来的1/4。对三点弯状态下复合材料防撞梁的宏微观渐进损伤过程进行了分析。基于真空袋成形工艺进行了防撞梁样件试制以及三点弯破坏实验,验证了仿真结果的准确性。