Post-soil interaction study and finite element modelling for vehicle restraint systems

The thesis work is aimed at finding an appropriate finite element modelling technique for the reproduction of the post-soil interaction in the framework of vehicle impact tests against road restraint systems. After an initial study of soil characteristics and properties, the work is based on the analysis and reproduction of the experimental tests carried out in the years between 2011 and 2016 in some crash test facilities throughout Europe. Static and dynamic push-pull tests are replicated in the finite element software LS-Dyna, widely the most used for crash simulations. Different solutions are studied and compared in terms of element formulation (Arbitrary Lagrangian Eulerian, Lagrangian and Smooth Particle Hydrodynamics) and material constitutive model. The goal is to find the most accurate and robust modelling technique which allows, in the same time, to have an acceptable computational time. Finally, the soil models which show the best accuracy are included in some full-scale crash test simulations to verify their validity and effectiveness in the operative condition. The thesis work has been performed in collaboration with the enterprise GDTech S.A., developing the study in the company facility.

Il lavoro di tesi ha come scopo l'individuazione di una tecnica di modellazione ad elementi finiti appropriata per la riproduzione dell'interazione paletto-suolo nell'ambito di test di impatto di veicoli contro barriere di sicurezza stradale. In seguito all'iniziale studio delle principali caratteristiche e proprietà del suolo, il lavoro si basa sull'analisi e riproduzione dei test sperimentali svolti tra l'anno 2011 e 2016 in alcuni dei centri adibiti allo svolgimento di crash test. I test, sia statici che dinamici, di tipo “push-pull” vengono riprodotti nel software per analisi ad elementi finiti LS-Dyna, di gran lunga il più utilizzato per le simulazioni di impatto. Vengono studiati e confrontati vari tipi di soluzioni sia in termini di formulazione degli elementi (Arbitrary Lagrangian Eulerian, Lagrangiana e Smooth Particle Hydrodynamics) che in termini di modelli costitutivi del materiale. L'obiettivo è quello di trovare la tecnica di modellazione più accurata e affidabile che permetta, allo stesso tempo, di mantenere un tempo di calcolo accettabile. Infine, i modelli di suolo che mostrano la migliore accuratezza vengono inseriti in alcune simulazioni di crash test complete al fine di verificarne la validità e l'efficacia nella condizione operativa. Il lavoro di tesi è stato sviluppato in collaborazione con la società GDTech S.A., svolgendo l'attività presso la sede della compagnia.