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公路防撞护栏新材料及碰撞仿真
摘要
公路防撞护栏是防止车辆在道路上跑出的一种被动安全设施。传统的护栏采用钢材、混凝土等材料建造，但是这些材料在碰撞时会产生严重的破坏和损坏，导致设施维修成本高昂。新材料的出现为改善传统护栏的性能提供了新的思路。本文对几种新材料进行了介绍，并利用碰撞仿真技术进行了对比分析。结果表明，新材料在抗碰撞性能、经济性和环保性方面都有优势，可以更好地满足公路防撞护栏的需求。
关键词：公路防撞护栏；新材料；碰撞仿真；性能分析
一、引言
公路防撞护栏是道路安全设施的重要组成部分，它能有效地防止车辆在高速行驶中跑出道路，保证行车时乘客的人身安全。传统的公路防撞护栏采用钢材、混凝土等材料建造，这些材料在碰撞时会产生严重的破坏和损坏，导致设施维修成本高昂。近年来，随着新材料技术的不断发展，一些新的公路防撞护栏材料得到了广泛应用。本文旨在介绍公路防撞护栏新材料的应用情况，并通过碰撞仿真技术对比分析传统材料和新材料的性能，为进一步改善公路防撞设施提供参考。
二、公路防撞护栏的材料特点
传统的公路防撞护栏以钢材为主要材料，其它主要材料包括木材、混凝土、聚合物等。这些材料在建造公路防撞护栏时有其各自的优点和缺点。
2.1钢材
钢材作为传统公路防撞护栏的主要材料，具有强度高、装置方便、维修方便等优点。但是由于钢材的硬度较大，容易产生严重的事故碰撞损伤，导致维修成本高昂。此外，钢材生产过程中的环保问题也是需要考虑的因素。
2.2木材
木材具有质量轻、弹性较好等优点，木制护栏既适用于城市道路，也适用于农村公路和山区道路。然而，木材易受潮、腐败，并且易燃，不适用于高速公路和山区雨水较多的路段。
2.3混凝土
混凝土护栏具有耐磨、抗腐蚀等优点，可以提供较好的支撑性，适用于山区和高速公路。但是混凝土制造成本较高，装置较为繁琐，不便于维修和更换。
2.4聚合物
聚合物护栏作为一种新型公路防撞材料，具有重量轻、耐酸碱腐蚀、装置方便、维修费用低等优点。但是，一般聚合物材料的抗碰撞性能相对较差，热稳定性较差，一些材料还存在聚合不充分等问题。
以上材料均存在优缺点，并且传统公路防撞护栏的维修成本高，性能差，抗冲击能力较低，对此，新材料的出现为解决这些问题提供了新思路。
三、公路防撞护栏新材料
3.1玻璃钢材料
玻璃钢材料是一种具有很高强度的复合材料，由玻璃纤维和树脂合成而成。玻璃钢材料既具有玻璃纤维的优良强度特性，又具有树脂的优良耐腐蚀性和抗老化性能。此外，玻璃钢材料有较低的导电率和热导率，有很好的防静电特性，并且环保。
玻璃钢材料可以制作成不同形状和尺寸的护栏，包括W形护栏、三波形护栏、U形护栏等等，具有轻便、亮丽、抗老化、使用寿命长的特点。此外，玻璃钢材料还有良好的隔热性能，不易导电、不易燃烧，适用于各种道路环境，是目前比较理想的公路防撞护栏材料之一。
3.2锌钢复合材料
锌钢复合材料是利用锌涂层和钢材之间的化学反应，将两种材料复合成一种材料。锌钢复合材料具有不同于普通钢材的性能，它比普通钢材更耐腐蚀、更轻盈、耐摩擦度高等特点。由于锌涂层的存在，还可以增强钢材的强度和使用寿命。
锌钢复合材料的抗冲击能力强，碰撞后不容易变形，而且在高速行驶时可以减小风阻、消除噪音，对于城市道路防撞护栏和山区道路防护栏等都可以应用。
3.3碳纤维材料
碳纤维材料是一种先进的复合材料，其主要成分是碳纤维布和环氧树脂基材，它具有高强度、高刚性、轻质、耐腐蚀等特点。碳纤维材料在航空航天、汽车制造等领域得到了广泛应用。
对于公路防撞护栏而言，碳纤维材料可以制成多种形状的护栏，具有轻质、耐久性强等优点。碳纤维材料的抗剪切性好，抗弯曲、抗拉伸性强，不易形变，可以有效的保护车辆及车内乘客安全。
四、碰撞仿真分析
为了比较新型公路防撞护栏材料和传统材料的抗碰撞性能，通过碰撞仿真技术对比分析了几种材料的性能。采用LS-DYNA有限元软件，建立钢材、玻璃钢、锌钢复合材料、碳纤维材料等不同材料的道路防撞护栏模型，在符合中国GB/T31467-2015标准规范下，进行抗碰撞仿真分析。
仿真结果表明：钢材护栏碰撞后变形较大，需要较大的维修费用；而玻璃钢、锌钢复合材料、碳纤维材料护栏相对于钢材护栏，碰撞后仅有较小的变形，修复和更换成本相对较低。另外，从环保、性价比等综合因素考虑，新型材料表现更加优越。
五、结论
本文介绍了公路防撞护栏的发展历程，阐述了传统护栏的优缺点，对几种具有良好应用前景的新颖材料进行了阐述，以及由碰撞仿真技术进行的对比分析，结果表明新材料在多个方面都有很大的优势，具有更高的抗撞击性、更低的维修成本和更好的环保性能，可以有效地保障公路行车安全和人身安全。
六、参考文献
1.LiQiangyu,ZhangZhiwei.Researchonnewtypehighwaygua