DIN CEN TR 16303-3-2012 Road restraint systems - Guidelines for computational mechanics of crash testing against vehicle restraint system - Part 3 Test Item Modelling and Verificat.pdf

1、April 2012 Normenausschuss Bauwesen (NABau) im DINPreisgruppe 12DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 13.200; 93.080.30Zur Erstellung einer DIN SPEC knnen verschi

2、edene Verfahrensweisen herangezogen werden: Das vorliegende Dokument wurde nach den Verfahrensregeln eines Fachberichts erstellt.!$s8F“1802135www.din.deDDIN CEN/TR 16303-3Rckhaltesysteme an Straen Richtlinien fr Computersimulationen von Anprallprfungen anFahrzeug-Rckhaltesysteme Teil 3: Modellierung

3、 des Prfgegenstands und berprfung;Deutsche Fassung CEN/TR 16303-3:2012Road restraint systems Guidelines for computational mechanics of crash testing against vehicle restraint system Part 3: Test Item Modelling and Verification;German version CEN/TR 16303-3:2012Dispositifs de retenue routiers Recomma

4、ndations pour la simulation numrique dessai de choc sur des dispositifs deretenue des vhicules Partie 3: Composition et vrification des modles numriques de dispositifs dessai;Version allemande CEN/TR 16303-3:2012Alleinverkauf der Spezifikationen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesa

5、mtumfang 22 SeitenDIN SPEC 91103-3DIN CEN/TR 16303-3 (DIN SPEC 91103-3):2012-04 2 Nationales Vorwort Dieses Dokument (CEN/TR 16303-3:2012) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 226 Straenausstattung“, dessen Sekretariat von AFNOR (Frankreich) gehalten wird, erarbeitet. Der fr die deutsche Mitarbeit z

6、ustndige Arbeitsausschuss im DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. ist der als Spiegelausschuss eingesetzte Arbeitsausschuss NA 005-10-21 AA Passive Schutzeinrichtungen“ im Normenausschuss Bauwesen (NABau). TECHNISCHER BERICHT TECHNICAL REPORT RAPPORT TECHNIQUE CEN/TR 16303-3 Januar 2012 ICS 13.20

7、0; 93.080.30 Deutsche Fassung Rckhaltesysteme an Straen - Richtlinien fr Computersimulationen von Anprallprfungen an Fahrzeug-Rckhaltesysteme - Teil 3: Modellierung des Prfgegenstands und berprfung Road restraint systems - Guidelines for computational mechanics of crash testing against vehicle restr

8、aint system - Part 3: Test Item Modelling and Verification Dispositifs de retenue routiers - Recommandations pour la simulation numrique dessai de choc sur des dispositifs de retenue des vhicules - Partie 3: Composition et vrification des modles numriques de dispositifs dessai Dieser Technische Beri

9、cht (TR) wurde vom CEN am 7. November 2011 als eine knftige Norm zur vorlufigen Anwendung angenommen. CEN-Mitglieder sind die nationalen Normungsinstitute von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen,

10、Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, der Trkei, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. Management-Zentrum: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2012 CEN Alle Rechte de

11、r Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den nationalen Mitgliedern von CEN vorbehalten. Ref. Nr. CEN/TR 16303-3:2012 D E U ROP I S C H E SKOM I T E EF RNOR M U NGEUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION CO M I T E U RO P E N DE N O R M A L I S AT I ONCEN/TR 16303-3

12、:2012 (D) 2 Inhalt Seite Einleitung .4 1 Anwendungsbereich .4 2 Normative Verweisungen 4 3 Allgemeine berlegungen zur Modellierungstechnik 5 4 VRS-Modell .6 5 Verifizierung des Modells .8 6 Erfasste Daten 10 Anhang A Empfehlungen fr das Netz eines Finite-Elemente-Modells von VRS fr Anprallsimulation

13、en 11 Anhang B Empfehlungen fr die Entwicklung eines Mehrkrper-VRS-Modells fr Anprallsimulationen 14 Anhang C Rangliste der Bedeutung von Erscheinungen fr Prfgegenstnde 15 Literaturhinweise 20 DIN CEN/TR 16303-3 (DIN SPEC 91103-3):2012-04 CEN/TR 16303-3:2012 (D) 3 Vorwort Dieses Dokument (CEN/TR 163

14、03-3:2012) wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 226 Straenausstattung“ erarbeitet, dessen Sekretariat vom AFNOR gehalten wird. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CEN und/oder CENELEC sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle

15、diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Dieses Dokument ist Bestandteil eines in fnf Teile untergliederten Dokuments mit dem bergreifenden Titel: Richtlinien fr Computersimulationen von Anprallprfungen an Fahrzeug-Rckhaltesysteme Teil 1: Allgemeine Informationen und Dokumentation Teil 2: Fahr

16、zeugmodellierung und berprfung Teil 3: Modellierung des Prfgegenstands und berprfung Teil 4: Validierungsverfahren Teil 5: Qualifizierung von Anwendern1)1)In Vorbereitung DIN CEN/TR 16303-3 (DIN SPEC 91103-3):2012-04 CEN/TR 16303-3:2012 (D) 4 Einleitung Dieser Teil des Technischen Berichts soll dem

17、Anwender alle notwendigen Informationen fr die Entwicklung eines vollstndigen und leistungsfhigen numerischen Modells eines Prfgegenstands zur Verfgung stellen, um ein Anprallereignis richtig simulieren zu knnen. Die Modelle des Fahrzeugrckhaltesystems (VRS) stellen den Prfgegenstand in einer Zertif

18、izierungsprfung nach EN 1317 dar. Das Modell muss die Leistung eines Rckhaltesystems wirklichkeitsgetreu abbilden, damit die in EN 1317 festgelegten Leistungskriterien aus der Simulation eines Fahrzeuganpralls an das VRS-Modell entnommen werden knnen. Die VRS-Simulation kann nur in Kombination mit e

19、inem validierten Fahrzeugmodell beurteilt werden, wie es in CEN/TR 16303-2 beschrieben ist. Es gibt verschiedene Arten von VRS und der Aufbau kann Beton, Metall, Kunststoff und Verbundwerkstoffe enthalten. Jedes System hat unterschiedliche Modellierungsanforderungen und der folgende Leitfaden beschr

20、eibt die fr alle VRS geltenden Richtlinien. Es ist wichtig zu betonen, dass die Anforderungen an das Modellieren eines verformbaren VRS geringfgig von denen an ein starres System abweichen, und dass die letztgenannten in dieser Fassung der Richtlinien nicht behandelt werden. Dieses Dokument bezieht

21、sich hauptschlich auf Finite-Elemente-Methoden der Simulation. Bei der Entwicklung eines VRS werden ebenfalls Codes fr Starrkrper- (oder Mehrkrper-)dynamik verwendet. Die Anforderungen an das VRS-Modell sind nicht dieselben wie bei der Finite-Elemente-Methode und sie mssen mit der Methodik bereinsti

22、mmen. Die CM/E-Gruppe verfgt noch nicht ber Richtlinien fr die Anwendung von Codes fr Starrkrper, und deren Anwendung fr die Zertifizierungsanforderung kann nicht empfohlen werden, bis sie in gleicher Weise festgelegt sind. 1 Anwendungsbereich Ziel dieses Technischen Berichts ist, eine schrittweise

23、Beschreibung fr den Entwicklungsprozess eines Fahrzeugrckhaltesystems zur Simulation voll mastblicher Anprallprfungen festzulegen. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommen

24、e Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). EN 1317-1, Rckhaltesysteme an Straen Teil 1: Terminologie und allgemeine Kriterien fr Prfverfahren EN 1317-2, Rckhaltesysteme an Straen Teil 2: Leistungsklassen, Abnahme

25、kriterien fr Anprallprfungen und Prfverfahren fr Schutzeinrichtungen und Fahrzeugbrstungen EN 1317-3, Rckhaltesysteme an Straen Teil 3: Leistungsklassen, Abnahmekriterien fr Anprallprfungen und Prfverfahren fr Anpralldmpfer ENV 1317-4, Rckhaltesysteme an Straen Teil 4: Leistungsklassen, Abnahmekrite

26、rien fr Anprall-prfungen und Prfverfahren fr Anfangs-, End- und bergangskonstruktionen von Schutzeinrichtungen EN 1317-5, Rckhaltesysteme an Straen Teil 5: Anforderungen an die Produkte, Konformittsverfahren und -bescheinigung fr Fahrzeugrckhaltesysteme prCEN/TR 1317-6, Rckhaltesysteme an Straen Tei

27、l 6: Fugngerrckhaltesysteme, Brckengelnder (in Vorbereitung) DIN CEN/TR 16303-3 (DIN SPEC 91103-3):2012-04 CEN/TR 16303-3:2012 (D) 5 prEN 1317-8, Rckhaltesysteme an Straen Teil 8: Rckhaltesysteme fr Motorrder, die die Anprallheftig-keit an Schutzplanken reduzieren CEN/TR 16303-2:2012, Rckhaltesystem

28、e an Straen Richtlinien fr Computersimulationen von Anprall-prfungen an Fahrzeug-Rckhaltesysteme Teil 2: Fahrzeugmodellierung und berprfung CEN/TR 16303-4:2012, Rckhaltesysteme an Straen Richtlinien fr Computersimulationen von Anprall-prfungen an Fahrzeug-Rckhaltesysteme Teil 4: Validierungsverfahre

29、n 3 Allgemeine berlegungen zur Modellierungstechnik 3.1 Allgemeines Der geometrischen Beschreibung der Kontaktbereiche des VRS-Modells ist besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Eine geeignete Geometrie und geeignete Werkstoffeigenschaften sind zu verwenden. Die Befestigung des VRS am Straenuntergrund

30、muss den in der Norm wiedergegebenen Prfbedingungen und der Anwendung des VRS entsprechen. Das Modellieren von Elementen aus Erdreich, Beton, Asphalt usw. ist zu dokumentieren. Vereinfachungen wie feste Bodenverhltnisse mssen durch empirische oder technische Analysen begrndet werden, die unabhngig v

31、om Computermodell sind. Das Modell muss alle signifikanten Teile, die Verbindungen zwischen den Teilen und geeignete Rand-bedingungen enthalten. 3.2 Anstze der Finite-Elemente-Methode und der Methode der Mehrkrperdynamik 3.2.1 Allgemeines Es knnen zwei hauptschliche Modellierungsanstze bercksichtigt

32、 werden, die verschiedene Berechnungs-weisen nutzen: die Finite-Elemente-Methode (FEM) und die Methode der Mehrkrperdynamik (MB, en: Multi-Body). Beide Methoden sind allgemein bekannt und werden hufig in vielen technischen Bereichen eingesetzt, einschlielich der Automobilindustrie. Die erste Methode

33、 ermglicht dem Anwender, ein sehr detailliertes Fahrzeugmodell zu erstellen und sowohl globale Ergebnisse zu erzielen, wie etwa das Verhalten der Schutzeinrichtung und des Fahrzeugs bei einer Anprallprfung, als auch die lokalen Spannungen am Fahrzeug. Im Gegenzug erfordert eine FEM-Analyse einen erh

34、eblichen Rechenaufwand und erweist sich dadurch als weniger geeignet fr Parameterstudien, wo eine groe Anzahl von Simulationen erforderlich sein kann. Sobald das VRS-Modell erstellt ist, muss es durch einfache Prfungen validiert werden, sowohl Prfungen von Komponenteen als auch voll mastbliche dynam

35、ische Prfungen. Validierungsverfahren sind in einem gesonderten Dokument (prCEN/TR 16303-4) angegeben. Diese Validierungsprfungen stellen sicher, dass die umfassende Reaktion des Modells angemessen ist, und dass jegliche Vereinfachungen des Modells immer noch die Funktionalitt des Systems wiedergebe

36、n. Die numerische Stabilitt des Modells kann whrend des Validierungsverfahrens bewertet werden. Danach kann das Modell verwendet werden, um voll mastbliche Anprallprfungen innerhalb der in EN 1317 angegebenen Anwendungsgebiete zu simulieren. Auerdem knnen Computersimulationen, wenn sie validiert sin

37、d, Untersttzung bei realen Unfallsituationen leisten, die nicht in EN 1317 beschrieben sind. 3.2.2 Richtlinien fr die Finite-Elemente-Methode Finite-Elemente-Simulationen (FE) von Anprallprfungen werden blicherweise mit einem dynamischen, nicht linearen und expliziten Finite-Elemente-Code durchgefhr

38、t. Die Rechenzeit des Computers ist meist erheblich, in der Regel sind es 30 h bis 40 h fr die Simulation einer voll mastblichen Anprallprfung mit einer tatschlich simulierten Dauer von 0,25 s an einem 2,4-GHz-Personalcomputer. Tatschlich muss das Modell nicht nur das Fahrzeugmodell enthalten, sonde

39、rn ebenfalls eine grere Lnge des Schutz-einrichtungsmodells (abhngig von der Art der Schutzeinrichtung bis zu 80 m), um die Wechselwirkung zwischen Fahrzeug und Schutzeinrichtung und die Randbedingungen wirklichkeitsgetreu wiederzugeben. Der DIN CEN/TR 16303-3 (DIN SPEC 91103-3):2012-04 CEN/TR 16303

40、-3:2012 (D) 6 Integrationszeitschritt wird durch die kleinstmgliche Abmessung des kleinsten Elements des FE-Netzes bestimmt, deshalb muss die Gre des Netzes einen Kompromiss zwischen dem Bedarf an geometrischer und numerischer Genauigkeit und dem Rechenaufwand darstellen: groe Elemente lassen einen

41、groen Zeitschritt, aber eine geringe Genauigkeit des Modells erwarten,und enthalten mgliche Instabilitten, whrend kleine Elemente eine hhere Genauigkeit, aber einen kleineren Zeitschritt angeben. In Anhang A sind allgemeine Kriterien fr die Modellierungstechniken mit der Finite-Elemente-Methode ange

42、geben. Die wichtigsten Teile des VRS sind explizit mit einem detaillierten Netz zu modellieren. Vereinfachungen bestimmter Konstruktionen (z. B. Schrauben, Aussparungen usw.) sind annehmbar, wenn die richtige Funktionalitt gegeben ist. Bespielweise knnen geschraubte Verbindungen durch Balkenelemente

43、 ersetzt werden, wenn die korrekten Versagenseigenschaften der Balkenelemente einbezogen sind. 3.2.3 Richtlinien fr die Methode der Mehrkperdynamik Die MB-Methode basiert auf einer Modellierung des VRS durch eine Anzahl starrer Krper mit festgelegten Steifigkeitseigenschaften. Wenn zuverlssige und v

44、alidierte Daten zur Verfgung stehen, ist die MB-Methode bei der Durchfhrung von Parameterstudien oder umfangreichen Prfungsablufen ausgesprochen ntzlich, da der Rechenaufwand bei der Analyse wesentlich geringer sein kann, als bei der entsprechenden FEM-Analyse. 4 VRS-Modell 4.1 Zu modellierende Komp

45、onenten Die Mehrzahl der Elemente eines Fahrzeugrckhaltesystems bietet sich fr eine direkte geometrische Digitalisierung in einem FE- oder MB-Modell an. Diese Elemente sind (jedoch nicht ausschlielich): 1) Pfosten; 2) Lngselemente; a) Metallplanken; b) Seile; 3) Distanzstcke/Abstandhalter; 4) geschr

46、aubte Verbindungen; 5) Betonelemente; 6) Erdreich. In Anhang A sind allgemeine Netzgenerierungen fr die FE-Methode angegeben. Diese Angaben beruhen auf dem Stand der Simulationsmglichkeiten in der Forschung und Produktentwicklung zum Datum der Verffentlichung (Mrz 2006). Als bliches Vorgehen mssen d

47、ie Netzgre und Anordnungen die beobachtete (oder erwartete) Form des Teils wiedergeben. Sobald eine Netzgenerierung festgelegt ist, wird es zur praktischen Aufgabe, zu bestimmen, bis zu welchem Ausma dieses Netz auf das gesamte Prfobjekt ausgeweitet wird. Die erforderliche Detaillierung der verformt

48、en Teile muss mglicherweise nicht auf alle Konstruktionen angewendet werden, die keine lokalen Stabilittsprobleme aufweisen bzw., anderen hohen Spannungsverhltnissen unterliegen. Empfehlungen fr die Entwicklung von Mehrkrper-VRS-Modellen fr das Anprallsimulationsverfahren sind in Anhang B angegeben. DIN CEN/TR 16303-3 (DIN SPEC 91103-3):2012-04 CEN/TR 16303-3:2012 (D) 7 4.2 Koordinatensystem Das Modell des Prfgegenstands sollte durch ein konsistentes Koordinatensystem festgelegt werden. Der Ausgangspunkt des Koordinatensystems kann aufgrund der Modellierungsanforderungen des Analysten ode