FEM modeling of bolted connections for road restraint systems

The objective of this thesis is to develop a Finite Element Model able to represent a bolted junction, the typical connection used for road restraint systems. The proper behavior of the junction is of extreme importance to allow the road barrier to work as intended, being able to redirect the errant vehicle minimizing the stresses for the passengers; because of this, in many cases there is the need to have the failure of some connections, typically between beam and posts. The aim is to create a model that improves the actual solution, characterized by a simple weld point, introducing, for instance, the possibility to model multiple connections and the use of a preload to represent the stresses due to the tightening torque. The final goal is to improve the accuracy of “full scale” simulations, to have a perfect correlation between numerical analysis and real crash tests, necessary during the design phase of a road restraint system. During the whole work the reference norm is the EN 1317. The first step of the work consists in dedicated experimental tests, followed by a series of numerical simulations to achieve the best compromise between accuracy and computational cost. Finally the model is integrated in full scale simulations.

Il lavoro di tesi si prefigge l’obiettivo di sviluppare un modello in grado di rappresentare, servendosi di un codice ad elementi finiti, una giunzione bullonata, tipica dei collegamenti delle barriere stradali. Il corretto comportamento della giunzione è di fondamentale importanza per il buon funzionamento del sistema di ritenuta, che dev’essere in grado di ridirigere il veicolo fuori controllo minimizzando le sollecitazioni cui sono soggetti gli occupanti: da ciò l’esigenza, in numerosi casi, della rottura dei collegamenti, tipicamente tra nastro e paletti. Si intende creare un modello in grado di migliorare le prestazioni della soluzione comunemente adottata, caratterizzata da un semplice punto di saldatura, introducendo, ad esempio, la possibilità di considerare connesioni multiple e l’utilizzo di un precarico per rappresentare gli sforzi dovuti alla coppia di serraggio necessaria per il collegamento. Lo scopo finale è quello di migliorare l’accuratezza delle simulazioni “full scale” per ottenere una migliore correlazione con i crash test reali, necessari nell’iter di progetto di una barriera stradale. Durante tutto il lavoro si fa riferimento alla norma europea EN 1317. Il lavoro inizia effettuando prove sperimentali “ad hoc”, successivamente confrontate con test numerici di dettaglio per trovare il miglior compromesso tra accuratezza dei risultati e costo computazionale. Infine il modello viene integrato nelle simulazioni di crash test completi.