专利名称：：橡胶防撞垫的制作方法
技术领域：
：本发明属于交通运输领域，涉及防撞垫，尤其是一种橡胶防撞垫。
背景技术：
：交通安全设施的作用，对于防护性安全设施(例如隔离墩)而言，本质上是为了最大限度地保护车辆和人身安全而设置。设置隔离墩的目的，是为了在交通复杂路段、人车混行路段及机动车非机动车混行路段设置，以用来分隔车道，使机动车、非机动车、行人各行其道，进而达到规范交通行为，最大化道路利用率，加快行车速度并保证各车道行车安全。在道路行车实际情况中，车辆常常撞在未经处理的护栏末端和固定的物体上，由于车辆在极短时间内突然停止，巨大的加速度很可能对车辆和乘客造成极大的伤害。同时，护栏的末端很可能切入车舱，或使车辆失控后翻车，导致严重的后果。需要通过护栏端头处理、消能设计等来逐渐缓冲减速，从而降低事故的严重程度。而隔离墩即为这样一种结构，国外很早便有了这方面的研究。纵观隔离墩的发展，它的出现，最早只是单一的混凝土基材制造的立柱式隔离墩，但此类隔离墩缺点明显，放置在道路中对交通造成的改善作用并不明显，还会对交通系统造成不必要的安全隐患，因此，国际上已经慢慢淘汰了纯混凝土式隔离墩。后来，出现了隔离栅，但在隔离栅的起始处，由于隔离栅侧面积小，导致司机不易发现，也非常容易引发交通事故，因此，现在普遍在隔离栅的端头处设置表面积较大，易发现的隔离墩。目前我国正在制定的《城市道路交通设施设计规范》拟明确提出，在分流端和桥墩前端应设置防撞垫。虽然防撞垫在国内外高速公路上已得到应用，但造价高、占地面积大、安装困难，不适用于城市道路。基于以上原因，开发一种针对城市道路安全防护的低成本防撞垫迫在眉睫。由于橡胶材料具有缓冲性能好、造价低的特点，因此发明人开发研制了一种新型的橡胶防撞垫，达到能够满足城市道路安全防护需要的目标。
发明内容本发明的目的在于提供一种橡胶防撞垫，其具有良好的缓冲性，且造价低。为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是—种橡胶防撞垫，其采用橡胶制品制成，正面贴有铝板，铝板外侧粘贴有反光膜。所述橡胶选用天然胶、顺丁胶、丁苯胶，或者这几种橡胶的混合物。所述防撞垫为中空结构。所述中空结构为四棱柱形，其顶部与防撞垫顶部相距防撞垫高度的1/6-1/10的距离，底部与防撞垫底部为同一水平位置。所述中空结构内安装有铁板，铁板安装于中空结构两侧，处于橡胶之间，由橡胶包裹。所述铁板上下面与防撞垫上下外沿的距离均为防撞垫高度的1/6-1/10，横向长度大于中空结构的横向长度，厚度为2-3mm。所述铁板与防撞垫内壁平行，且内壁2-4cm。所述铝板形状与防撞垫正面相应，且厚度为2-5mm。由于采用了上述方案，本发明具有以下特点本发明的橡胶防撞垫成本低，且一旦失控车辆与护栏发生碰撞时，防撞垫能够吸收碰撞能量，减弱对驾驶员和乘客的损伤；而且在正面粘贴反光涂层，可以诱导驾驶员的视线，能清晰看到道路的轮廓及前进方向的线形，增加行车的安全性。图1为本发明实施例橡胶防撞垫正面示意图。图2为本发明实施例橡胶防撞垫底部示意图。图3为本发明实施例橡胶防撞垫俯视图。图4为本发明实施例橡胶防撞垫侧面示意图。图5为仿真加速度结果示意图。图6为仿真碰撞力结果示意图。具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。如图1-图4所示，本发明的防撞垫1为橡胶制品，其采用中空结构2，其一般安装于混凝土护栏的端部、快速路出口三角区的分流端、桥墩前端等重点位置，因此其形状设计为与普通混凝土隔离墩相近。防撞垫1的外沿顶部宽度为15cm，底部宽度52cm，横向长度30cm，高度80cm。内部中空部分2形状为四棱柱，中空部分2上面内壁矩形规格为10cmX20cm，下面矩形规格为22X20cm，横向长度为20cm，中空部分2上面内壁距外沿顶部10cm，其下面一直延伸至底部，即底部呈开口形式。铁板3纵向高度60cm，距防撞垫1上下外沿的距离均为10cm，横向长度25cm，厚度2mm。铁板3处于防撞垫1橡胶之间，由橡胶包裹，放置于中空部分左右两侧且与内壁平行，距内壁2.5cm。防撞垫1左右两侧各设置一块铁板，以增大防撞垫1受到撞击时候所能吸收的能量。铝板4在机动车与防撞垫1相撞击的正面粘贴安装，外形与防撞垫正面图一样，厚度为3mm，其主要是增强反光膜的粘附性，同时控制碰撞时橡胶防撞垫1的反弹力。反光膜粘贴在铝板4上。本发明通过选取适当的橡胶材料，设计一种橡胶防撞垫，根据所选定橡胶材料的力学参数，建立橡胶材料的非线性有限元模型，并通过构件或单元试验校准模型的精度。通过计算机仿真模拟碰撞过程，验证橡胶防撞垫安全性能。橡胶材料选择本发明采用广泛运用于港口的橡胶护舷的橡胶，经过对其进行的应力应变测试，发现此材料应力应变曲线呈近似线性，弹性良好，受压后有良好的伸縮性能，在卸载后能很好的还原，保证了此橡胶隔离墩的耐久性能，为理想的道路隔离墩防撞材料。下表为选取橡胶材料的物理性能参数<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>橡胶可以选用有天然胶、顺丁胶、丁苯胶，或者这几种橡胶的混合物，或者说达到上述表格中所述参数要求的橡胶即可。橡胶防撞垫的设计经过参考《公路交通安全设施设计细则》JTG/TD81-2006以及《公路交通安全设施施工技术规范》JTGF71-2006，研究设计了一种橡胶防撞垫，如图l所示。根据橡胶材料建立非线性有限元模型并进行仿真分析橡胶防撞垫的力学计算主要应用了大变形几何非线性、材料非线性、边界非线性动力学物理过程，应用LSTC公司开发的世界上著名的通用有限元分析程序Ls-dyna完成建模计算，其显示分析模块能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题，及流固耦合问题。1.大变形动态显式有限元方法采用拉格朗日增量描述的大变形动力学显式有限元求解方程为A^(0=P()-C;(f)(1)式中M为总体质量矩阵；(/)和X(/)分别为整体节点加速度向量和速度向为整体载荷向量；F(t)为单元应力场的整体等效节点力向量；C为总体阻尼矩阵。采用中心差分法对式(1)进行时间积分，得;P(t)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>(2)(3)(4)式中^)、;(^)、X(tJ分别为、时刻的节点加速度向量、、时刻的节点速度向时刻的节点位移向量；P(tn)与F(t》分别为tn时刻的载荷与节点力向量。显式中心差分法是条件稳定的，只有时间步长小于临界值AtCT时，计算结果才稳<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(H边形单元)(三角形单元)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>式中WMX为系统最高固有振动频率；LS为单元特征长度；C为声速；E为杨氏弹性为材料密度；u为泊松比；AS为单元面积；Li(i=1，2，3，4)为单元边长。2.材料非线性理论车辆和护栏主要由钢铁类弹塑性材料和橡胶弹性材料组成，在碰撞过程中材料易产生屈服或断裂，由于应力应变关系再不成比例关系，因此发生材料非线性。通过试验得到材料本构关系作为仿真模型参数，计算过程中，首先判断结构应力状态是否达到屈服，如果没有达到，则按线弹性材料本构进行处理，如果应力超过屈服强度，则按塑性或脆性变形本构计算结构中的应力-应变。在有限元分析中，采用V.Mises屈服准则判断材料是否进入塑性F0(Oij，k0)=f(。ij)-k。=0(8)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>式中，ou表示应力张量分量，k。是给定的材料参数。F°(oij，k。)为初始屈服面，os。是材料的初始屈服应力，Sij是偏斜应力张量分量，。m是平均正应力。其中Sij和等效应力o有以下关系<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>2称为第二应力不变量，将(10)式代入(8)式，得到o=Of可以得到当等效应力等于材料的初始屈服应力时，材料开始进入塑性变形。3.边界非线性处理方法发生碰撞时，物体之间会发生接触，导致接触界面速度瞬时不连续，产生边界非线性。接触会给离散方程时间积分带来困难，在有限元理论中，有惩罚函数、动态约束、分布参数三种接触处理方式。惩罚函数法基本原理是在每一个时间步开始前，首先检查各从节点是否穿越主面，如没有穿透则不做任何处理。如果穿透，则在该从节点与被穿透主面间引入界面接触力，其大小与穿透深度、主面刚度成正比。这种处理方法相当于在界面间放置法向弹簧，以限制从节点对主面的穿透。动态约束法基本原理是在每一时间步At修正构形之前，搜索所有未与主面接触的从节点，看是否在此At内穿透了主面。如果穿透，则縮小At，使那些穿透主面的从节点正好到达主面。在计算下一At之前，对所有已经与主面接触的从节点都施加约束条件，以保持从节点与主面接触而不贯穿。此外，检查和主面接触的从节点所属单元是否受到拉应力作用。如受到拉应力，则施加释放条件，使节点脱离主面。分布参数法基本原理是将每一个正在接触从单元的一半质量分配到被接触的主面面积上，同时根据每个正在接触从单元的内应力确定作用在接受质量分配的主面面积上的分布压力。在完成质量和压力分配后，修正主面加速度，然后对从节点的加速度和速度施加约束，以保证从节点在主面上滑动，不允许从节点穿透主面，从而避免反弹现象。在计算机仿真分析中(如图5、图6所示)，利用上述有限元算法，模拟碰撞过程，分析并调整设计参数，检验橡胶防撞垫的安全性。仿真条件是自重两吨的机动车以40km/h的速度正面撞击橡胶防撞垫。在模拟碰撞过程中，车辆碰撞防撞垫过程姿态良好，车辆仅前端凹陷。经计算机仿真检验，此橡胶防撞垫安全性良好，能够有效吸收车辆撞击时产生的能量，保障机动车的安全，能够满足城市道路安全防护要求。将此橡胶防撞垫安装于混凝土护栏的端部、快速路出口三角区的分流端、桥墩前端等重点位置，当发生撞击事故时，此橡胶防撞垫能有效吸收撞击能量，减少撞击反力，保护机动车乘客的安全，并在撞击后能自我复原。上述的对实施例的描述是为便于该
技术领域：
的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。权利要求一种橡胶防撞垫，其特征在于其采用橡胶制品制成，正面贴有铝板，铝板外侧粘贴有反光膜。2.如权利要求1所述的橡胶防撞垫，其特征在于所述橡胶选用天然胶、顺丁胶、丁苯胶，或者这几种橡胶的混合物。3.如权利要求1所述的橡胶防撞垫，其特征在于所述防撞垫为中空结构。4.如权利要求3所述的橡胶防撞垫，其特征在于所述中空结构为四棱柱形，其顶部与防撞垫顶部相距防撞垫高度的1/6-1/10的距离，底部与防撞垫底部为同一水平位置。5.如权利要求3所述的橡胶防撞垫，其特征在于所述中空结构内安装有铁板，铁板安装于中空结构两侧，处于橡胶之间，由橡胶包裹。6.如权利要求5所述的橡胶防撞垫，其特征在于所述铁板上下面与防撞垫上下外沿的距离均为防撞垫高度的1/6-1/10，横向长度大于中空结构的横向长度，厚度为2-3mm。7.如权利要求5所述的橡胶防撞垫，其特征在于所述铁板与防撞垫内壁平行，且内壁2-4cm。8.如权利要求1所述的橡胶防撞垫，其特征在于所述铝板形状与防撞垫正面相应，且厚度为2-5mm。全文摘要本发明一种橡胶防撞垫，其采用橡胶制品制成，正面贴有铝板，铝板外侧粘贴有反光膜，防撞垫采用中空结构，且中空结构内安装有铁板，铁板安装于中空结构两侧，处于橡胶之间，由橡胶包裹，以增大防撞垫受到撞击时候所能吸收的能量。本发明橡胶防撞垫成本低，且一旦失控车辆与护栏发生碰撞时，防撞垫能够吸收碰撞能量，减弱对驾驶员和乘客的损伤；而且在正面粘贴反光涂层，可以诱导驾驶员的视线，能清晰看到道路的轮廓及前进方向的线形，增加行车的安全性。文档编号E01F15/00GK101694088SQ20091019771公开日2010年4月14日申请日期2009年10月27日优先权日2009年10月27日发明者张兰芳,方守恩,桂玉峰,王俊骅,郭强,陈雨人申请人:同济大学;