Numerical approach to assess critical installation of vehicle restraint systems

In the last few years road passive safety has become an evolving field due to the increase of mobility and consequently of the increase of traffic. Road authorities are deeply involved in this process in order to reduce the risks and consequences of accidents, such as off-roads and heads-on collisions, improving vehicle restraint systems and other safety features. The use of virtual testing can represent the key tool to make the field evolve faster and in a cost-effective way. In this view, virtual testing can be used to speed up test procedures or reduce the number of numerical tests and also to study different and more complicated issues related to vehicle restraint system (VRS) use and installation. The first issue consists of making reliable and robust numerical tests compared to the full scale test behaviour. This can be reached only defining common and widely accepted norms covering all aspects of crash test simulation against VRSs such as the European Technical Report 16303. This document covers almost any aspect of virtual testing starting from the modelling technique to the vehicle and test item modelling and verification and finally the validation procedure of the virtual test against a VRS. The first part of this work of thesis focuses on the vehicle modelling and verification that represent a key element of virtual testing, often underestimated. The validation procedure, according to TR 16303, is run for a coach model (13 ton) and for a passenger car (1500 kg) of different categories from the one used as a reference in the Validation Roadmap. The tests have been performed and have raised observations concerning the way these tests can be carried out in order to make them suitable for any other vehicle models. Finally a reduced version of the validation procedure has been proposed in order to make the procedure more cost-effective. The second part of this work presents the study of selected critical installation of vehicle restraint systems using the foregoing validated models. The results of these tests will be used as a reference for further installation and to enhance National guidelines. All numerical tests are performed with the Finite Element code implemented in the software Ls-Dyna.

La sicurezza passiva in ambito stradale è un settore in continuo sviluppo in quanto negli ultimi anni la mobilità delle persone è aumentata e di conseguenza anche il traffico. Le autorità che si occupano della gestione e della sicurezza in ambito stradale sono profondamente coinvolte in progetti di ricerca volti alla riduzione dei rischi e delle conseguenze degli incidenti, come uscite di strada ed impatti frontali, usando sistemi di ritenuta stradali ed altri accorgimenti. L’uso di simulazioni numeriche può rappresentare lo strumento chiave per lo sviluppo della sicurezza stradale in modo più rapido e con un maggiore impatto economico. In questo senso le simulazioni numeriche permettono di accelerare le tempistiche, ad esempio riducendo il numero di test, e di studiare svariati casi relativi all'installazione ed all'uso di sistemi di ritenuta stradale. Un primo punto di discussione è legato al fatto che i test numerici devono essere il più possibile affidabili e robusti quanto i test reali. Miglioramenti in questa direzione possono essere raggiunti su scala europea solo definendo delle norme riguardanti tutti gli aspetti delle simulazioni di crash di veicoli contro sistemi di ritenuta stradali. L'European Technical Report 16303 ne è un esempio. Questo documento copre quasi tutti gli aspetti relativi alle simulazioni a partire dalle tecniche di modellazione e verifica, sia del veicolo che del test stesso, fino alla procedura di validazione dei test numerici. La prima parte di questo lavoro di tesi è focalizzata sulla modellazione e verifica di modelli di veicoli che è un punto chiave dei test numerici anche se spesso non gli è attribuita la giusta importanza. La procedura di validazione, presentata nel TR 16303 e denominata Validation Roadmap, è eseguita per il modello di un autobus di 13 ton e per una vettura di 1500 kg, di diversa categoria rispetto al veicolo usato come riferimento nella procedura. I test sono stati eseguiti con occhio critico e ciò ha portato a numerose osservazioni riguardanti le modalità di esecuzione dei singoli test in modo da adattarli alla categoria di veicolo con cui si sta lavorando. A conclusione della prima parte è stata proposta una procedura di validazione ridotta in modo da diminuire i costi effettivi. La seconda parte del lavoro di tesi presenta lo studio di alcune installazioni critiche di sistemi di ritenuta stradale usando i modelli di veicoli precedentemente validati. I risultati di questi test saranno usati come riferimento per altre istallazioni con lo scopo di migliorare le linee guida nazionali. Tutte le analisi numeriche sono state eseguite con il codice ad elementi finiti implementato nel software Ls-Dyna.