Collisioni con Barriere Stradali (MUSIAC)

Simulazione multibody degli urti contro barriere

Collisioni con Barriere Stradali (MUSIAC)

Dalla versione 13.1 PC-Crash implementa il sistema MUSIAC (Multi Scale Impact and Crash), un software per la simulazione multi-body dei sistemi di ritenuta stradali (guard-rail, new jersey e simili). Simulazione urto auto-barriera

Il software è stato sviluppato dalla SPAT Srl, fondata nel 1977 da tre professori del Politecnico di Milano: Vittorio Giavotto, Luigi Puccinelli e Carlo Caprile, e che fornisce servizi alle Aziende che producono barriere stradali, per aiutarle nella simulazione numerica del comportamento dei propri prodotti in caso di collisione.

In MUSIAC le barriere stradali sono simulate tramite sistema multi-body, che rappresenta un ottimo compromesso fra velocità di calcolo e complessità di modellazione. Come per tutti i sistemi multibody, le barriere sono modellate tramite una serie di corpi rigidi, che incorporano i parametri inerziali (posizione nello spazio, velocità, accelerazione, masse, momenti di inerzia). La particolarità e l'esclusività di MUSIAC risiede invece nella definizione delle interazioni fra i corpi rigidi, modellabili utilizzando due diverse strutture:

  1. elementi di connessione non dotati di massa, che definiscono l'interazione fra due corpi rigidi del sistema; a seconda del tipo di connessione variano i gradi di libertà di movimento fra i corpi; ad esempio con una connessione di tipo "trave", i due corpi sono collegati da un elemento che permette:
    • la traslazione reciproca nello spazio, x-y-z, (la "trave" che connette i corpi può quindi comprimersi e allungarsi nello spazio)
    • la rotazione indipendente dei due corpi (la "trave" che connette i corpi può quindi flettere e torcersi)
    per gli elementi di connessione possono poi essere definiti comportamenti di tipo elastico, plastico e punti di rottura; sempre prendendo a riferimento l'esempio precedente, la "trave" di connessione può:
    • deformarsi per poi ritornare verso la propria conformazione originaria (comportamento elastico)
    • deformarsi e mantenere la conformazione deformata (comportamento plastico)
    • deformarsi e ripristinare parzialmente la conformazione originaria (comportamento elasto-plastico)
    • rompersi a seguito di una deformazione eccessiva
  2. superfici per l'identificazione del contatto fra due o più corpi; queste superfici sono caratterizzate da una dimensione geometrica (utilizzata per determinare quando due corpi si sovrappongono) e da parametri per la definizione del contatto (ad esempio rigidità alla compressione, attrito di scorrimento, viscosità); ogni superficie può essere assegnata ad una o più masse, così che:
    • la forza di contatto della superificie possa agire contemporaneamente su più corpi rigidi;
    • le superfici si possano muovere e deformare in funzione del movimento dei corpi rigidi;

Utilizzando l'approccio multi-body di MUSIAC è possibile costruire barriere stradali il cui comportamento in caso di impatto è molto fedele a quello reale, con tempi di simulazione rapidi (dell'ordine dei minuti) in relazione alla complessità del calcolo. Il solutore risolve le equazioni differenziali del moto usando un algoritmo di integrazione esplicito con schema predictor-corrector, in cui il tempo di integrazione viene continuamente adattato in base alle necessità di calcolo, migliorando quindi la velocità di elaborazione. Semplificando al massimo, la collisione viene ricostruita utilizzando il seguente schema:

  • A ciascun corpo rigido costituente la barriera o i veicoli vengono assegnate coordinate spaziali.
  • Gli elementi di interconnessione e le superfici di contatto determinano delle forze e dei momenti che agiscono sui corpi
  • Dalle forze e dai momenti vengono calcolate le accelerazioni e le accelerazioni angolari per ogni singolo corpo rigido
  • Per integrazione numerica vengono calcolate le velocità dei corpi e il loro spostamento;

I Veicoli e le Barriere disponibili

Simulazione incastro auto-barriera

I veicoli sono definiti secondo la norma UNI EN 1317-1:2010 "Sistemi di ritenuta stradali", Parte 1: "Terminologia e criteri generali per i metodi di prova", la quale fornisce le specifiche del veicolo (inclusi i requisiti di carico) per i veicoli utilizzati nelle prove d'urto per l'omologazione delle barriere stradali.

Le barriere disponibili sono sia guard-rail in acciaio a singola, doppia e tripla onda che new-jersey in calcestruzzo prefabbricato. Sono diponibili differenti modelli a seconda del livello di contemimento della barriera: H1, H2, etc.


Integrazione con PC-Crash

L'implementazione della DSD integra perfettamente il solutore di MUSIAC all'interno di PC-Crash(1). Le barriere stradali e i veicoli di MUSIAC possono essere importati direttamente all'interno del software e la simulazione viene eseguita come una normale simulazione di PC-Crash. I risultati del calcolo sono mostrati direttamente all'interno del software ed è possibile visualizzare/salvare l'animazione direttamente dall'ambiente 3D.

Oltre al sistema MUSIAC, dedicato alle barriere stradali, PC-Crash implementa anche un sistema multi-body proprietario, utilizzabile ad esempio per la simulazione degli investimenti di pedone, per le collisioni con motocicli e per gli urti con bicicli.


(1) Nella versione Expert del Software.