Kuvvetli-ahşap dikmelere sahip otokorkuluk sistemlerinde çarpışma deneyi davranışının sanal ortamda iyileştirilmesi

Abstract

ÖZET KUVVETLİ-AHŞAP DİKMELERE SAHİP OTOKORKULÜK SİSTEMLERİNDE ÇARPIŞMA DENEYİ DAVRANIŞININ SANAL ORTAMDA İYİLEŞTİRİLMESİ Kuvvetli-ahşap dikmeli otokorkuluk sistemlerinin çarpışma deneylerinde, aracın güvenli bir şekilde tekrar yola dönmesini önleyen ve otokorkuluğun çalışma prensibini bozan bir olay gözlenmiştir. İstenmeyen bu olay, aracın otokorkuluğa çarpan taraftaki tekerinin otokorkuluğun dikmesine çarpıp takılmasıdır. Bunun sonucunda aracın stabİlitesi bozulmakta ve istenilmeyen davranışlar (spin atma, takla atma v.b.) meydana gelmektedir. Tekerin dikmeye çarpması ve takılması olayı literatürde `snag` diye adlandırılmaktadır. Bu çalışmada tekerin dikmeye çarpması ve takılması olayının sebep ve sonuçlan incelenecektir. Aynı zamanda, kuvvetli-ahşap dikmelere sahip otokorkuluk sistemlerinin, çarpışma deneyi davranışının sanal ortamda iyileştirilerek tekerin dikmeye çarpmasının önlenmesi amaçlanmıştır. Seyir halinde iken herhangi bir sebeple yol güzergahından ayrılıp otokorkuluklara yönelen bir aracın senaryosunun canlandınldığı çarpışma deneyleri, sonlu elemanlar yöntemini kullanarak dinamik analiz yapan programlarda modellenmektedir. Bu modelin analizi yapılarak simülasyonu elde edilmektedir. Simülasyonlar sonucunda deneylerde elde edilen sonuçların aynısı yakalanamasa da, çok yakın sonuçlara ulaşılabilmektedir. Gerçek çarpışma testlerinde kaydedilen bilgilerin ve simülasyonlardan elde edilen verilerin ışığında, tekerin dikmeye çarptığı anda çok ciddi ivmelenmeler oluştuğu ve araçta değişik eksenler etrafında dönmeler meydana geldiği gözlenmektedir. Bu olayın engellenmesi için iki yöntem üzerinde durulmaktadır. Bunlar: a) Takoz derinliğinin artırılması ve b) Dikme gömülme derinliğinin azaltılması. Öncelikle, Teksas Ulaşım Enstitüsünde yapılan G4(RW) ve G4(2W) otokorkuluk sistemlerinin yer aldığı gerçek çarpışma deneylerinin düzenekleri, bilgisayar programlarında modellenerek çarpışma davranışı analiz edilmektedir. Analiz sonucunda kabul edilebilecek derecede gerçeğe yakın sonuçlar elde edildikten sonra, tekerin dikmeye çarpmasını önlemek amacıyla düşünülen yollar için modeller üzerinde düzenlemeler yapılmaktadır. Takozların derinliğinin artırılması yönteminde, dikmelerin kesitleri farklı olduğundan dolayı, iki sistemde farklı düzenlemeler yapılmaktadır. G4(RW) sisteminde takozun standart çap değeri olan 180-mm, oluşturulan diğer simülasyonlarda 190-mm, 210-mm, 230-mm ve 250-mm olarak düzenlenmektedir. G4(2W) sisteminde ise 140- mm x 190-mm olan standart boyut 140-mm x 210-mm, 230-mm ve 250-mm'ye artırılarak geliştirilmektedir. Geliştirilen bu yeni modellerle analizler yapılarak simülasyonlan elde edilmektedir. Bu simülasyonlar seçilen boyutların uygunluğu konusunda fikirler vermektedir. Analizler sonucunda, 210-mm ve 230-mm'lerde çarpışma şiddeti azalmasına rağmen sadece 250-mm'de tekerin dikmeye çarpmadığı görülmektedir. Buna bağlıII olarak optimum değer her iki sistemde 250-mm olarak belirlenmiştir. Takoz derinliği 250-mm iken araçta ivmelenme değeri çok düşük olmakla beraber, araç çok güvenli bir şekilde tekrar yola dönmektedir. Böylece aracın içindekiler için herhangi bir tehlike riski olmamaktadır. Dikme gömülme derinliğinin (DGD) azaltılması yönteminde G4(RW) sistemi kullanılmıştır. 1118-mm olan standart DGD değeri 1068-mm, 1018-mm, 968-mm ve 918-mm'ye değiştirilerek, dört farklı DGD'ne sahip sistemler oluşturulmuştur. Bu farklı sistemler, bilgisayarda analiz yapılarak karşılaştınlmıştır. Sonuçta, 968-mm'nin G4(RW) sistemleri için optimum değer olduğu sonucuna ulaşılmıştır. 2003, 70 sayfa Anahtar Kelimeler: Yol kenar güvenliği, otokorkuluk, ls-dyna, simülasyon, ahşap dikme, dikme gömülme derinliği, takoz mesafesi, çarpışma testi

Ill ABSTRACT AN INVESTIGATION OF VEHICLE STABILITY IN STRONG POST GUARDRAIL SYSTEM Recent crash tests on strong-post round and rectangular-wood W-beam guardrail systems demonstrate that wheel snagging can be a serious concern for vehicle stability and impact severity. There are several methods that exist to minimize wheel snagging in strong-post guardrail systems. In this study, alternative designs for improving the stability of test vehicle were evaluated using advanced analytical methods. Possible improvements to prevent wheel snagging were assessed. First part of the study aims to investigate the effect of one of those methods: the increased offset distance between post and W-beam rail. Second part improves the vehicle stability; in this context the current design was modified to include guardrail posts with shorter embedment depth. To increase offset distance between post and W-beam rail, extensive simulation studies were performed. Different designs with varying offset block depths were evaluated and their impact performances were compared. LS-DYNA, a versatile, non-linear, large deformation, finite element program was utilized to analyze different alternatives. Guardrail models previously validated against full-scale crash tests were used in the analysis. Simulation findings suggest that tendency to wheel snagging reduces with increased offset depths. 250-mm depth was determined to be the optimum offset distance between the wooden posts and W-beam. Simulation results show that when an effective 250-mm offset distance is provided, wheel snagging and associated vehicle instability and impact severity can be alleviated in wooden-post guardrail systems. In second part of this study, a modification to the existing design was evaluated to improve the stability of impacting vehicle. A baseline finite element model of the existing system has been developed to replicate the observed crash test behavior of the G4(RW). The fidelity of the baseline model was verified against full-scale crash test results. To improve the vehicle stability, the current design was modified to include guardrail posts with shorter embedment depth. An optimum post embedment depth was determined and used in the second simulation study. Finite element analysis results show that improved G4(RW) system eliminates wheel snagging on posts, reduces sudden vehicle deceleration and therefore improves the stability of impacting vehicle significantly. Moreover simulation results show that when 968-mm offset distance is provided, wheel snagging and associated vehicle instability and impact severity can be alleviated in wooden-post guardrail systems. 968-mm depth was determined to be the optimum embedment depth. 2003, 70 Page Key Words: Roadside safety, guardrail systems, ls-dyna, simulation, wooden post, post embedment depth, offset block depth, crash test