夹层玻璃的冲击破坏仿真分析研究
2008年用户年会论文夹层玻璃的冲击破坏仿真分析研究臧孟炎1 陈超1 辛崇飞2（1.华南理工大学 机械与汽车工程学院，广东广州 510641）（2.信义玻璃控股有限公司，广东东莞 523935）[ 摘 要 ] 本文在一特种夹层玻璃铝弹撞击实验的基础上，建立了夹层玻璃及其相关部件的有限元模型,应用非线性有限元软件LS-DYNA ，对整个铝球撞击过程进行了数值模拟。
使用相邻单元节点固结和破坏评价方法，再现了冲击破坏过程中玻璃碎片的飞散现象；从夹层玻璃破坏过程和PET 材料的变形状况来看，获得了与实验基本一致的仿真结果。
[ 关键词 ] 夹层玻璃 冲击试验 动态响应 数值模拟Simulation analysis of impact fracture behavior oflaminated glassZANG Meng-yan 1 CHEN chao 1 XIN Chong-fei 2(1.South China University of Technology, Guangdong Guangzhou, 510641，China)(2.XINYI Glass Holdings Limited, Guangdong Dongguan, 523935， China)[ Abstract ] Based on impact fracture experiment of a special laminated glass impacted by analuminum ball, a FEM model of laminated glass and correlative parts is built. Thewhole impact process is simulated by using nonlinear FEM commercial softwareLS-DYNA. By evaluating way of *CONSTRAINED_TIED_NODES_FAILURE,splash phenomenon of glass fragment is numerically simulated successfully. It isobvious that the simulation result is almost the same as the experimental results,according to the fracture process of laminated glass and the deformation of PETmaterial.[ Keyword ] laminated glass Impact experiment Dynamic response Numerical simulation1 前言夹层玻璃具良好的抗冲击性，抗穿透性，同时保持了良好的透光性。
在军工，安保等领域对特种夹层玻璃需求的不断增加，使夹层玻璃的冲击破坏问题成为近年来国内外一个2008年用户年会论文新的研究热点。
当前，对夹层玻璃冲击破坏问题研究既有实验方法，也有计算机仿真。
如密苏里大学的Shuangmei Zhao ，Lokeswarappa R 等[1]，分析讨论了人体头部对夹层玻璃的冲击破坏问题、戴姆勒-克莱斯勒公司的M.Timmer ，S.Kolling 等[2]提出了一种简化的夹层玻璃有限元模型，并通过实验对仿真模型进行了验证，但这些方法没能有效描述玻璃碎片的飞散现象；在国内，臧孟炎，雷周等[3]采用三维离散元法模拟了夹层玻璃受冲击破坏的过程，考察了裂纹的扩展和玻璃飞散状况，但离散元方法过低的计算效率和材料模型的不完善，使得它在应用方面还有进一步研究的必要。
方维凤, 余晓青【4】利用弹击实验在附有PVB 复合材料背板的玻璃面板成孔,记录了在冲击载荷作用下玻璃面板的穿孔情况，给出了在同等实验条件下，不同厚度玻璃/PVB 板构成的层合靶板,玻璃面板厚度与破碎锥角的关系。
本文对一特种夹层玻璃的抗弹性能进行了实验研究。
以时速586千米的铝弹撞击夹层玻璃，确认夹层玻璃的贯穿强度。
在此基础上建立了有限元模型，使用非线性有限元软件LS-DYNA 对这一冲击过程进行模拟仿真，使用该软件相邻单元节点固结和破坏评价方法，再现了玻璃碎片飞散现象，获得了与实验基本一致的评价结果。
2 试验研究2.1 试验样品结构及实验过程特种夹层玻璃实验样片是长850mm ，宽650mm 的四层结构，自上而下各层材料及厚度如图1所示，铝球冲击侧为玻璃。
夹层玻璃构件以45度安装在如图2所示试验台上，上表面四角处用橡胶块压紧，下表面实验框架间有与一圈 图1 夹层玻璃示意图 橡垫。
胶击试验用铝弹外形如图3所示，质量1kg ，外径94mm ，总高80mm ，由空气炮沿水平方向发射。
图2 冲击试验台 图3 铝弹图4 586千米/小时冲击试验结果 图5 试验样品背面 实测得到铝弹最高速度586Km/h ，对应的夹层玻璃破坏情况如图4所示。
在受冲击点周围玻璃被完全破坏，部分碎片附着在PVB 上。
PVB 膜片没有被贯穿，最下层PET膜片2008年用户年会论文在受冲击过程中发生了塑性变形，在冲击点正下方形成了一个隆起变形区域，但玻璃碎片没有穿透PET 材料（如图5）。
3 有限元仿真分析3.1 网格划分考虑到夹层玻璃及支承装置的对称性，建立了1/2对称模型进行计算，如图6所示。
夹层玻璃各层材料及上下橡胶垫材料均采用solid 单元划分网格，厚度方向上均为2个单元。
铝弹采用shell 单元划分网格。
为模拟玻璃受冲击后产生的裂纹扩展与飞溅现象，相邻玻璃单元分别定义不同节点，通过LS-DYNA 的*CONSTRAINED_TIED_NODES_FAILURE 功能将初始状态处于同一位置的不同节点约束起来，当玻璃处于失效状态时，被约束的不同单元节点相互分离。
3.2 材料模型玻璃材料本构关系采用与应变率相关的各向同性的弹塑性模型（MAT.3）。
应变率用Cowper-Symonds 模型来考虑：⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎟⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎜⎝⎛+=p s D dt d 11)(εεσσ （1） D 和P 为应变率参数，它们表征了材料的应变率敏感特性。
其大小分别为 D =1000s -1 ，P =100，在高速冲击下玻璃单元发生失效的塑性应变量为0.007[5]。
图6 1/2对称冲击模型图 图7 PVB弹性模量与应变率关系曲线 PVB材料：与玻璃材料不同，应变率对PVB的物性有更大的影响。
本文使用考虑应变率变化的材料模型（MAT.19）。
为了找出PVB应变率与物性参数间的相互关系，采用Oda ，Zang [6]的实验值进行弹性模量和拉伸破坏强度的曲线拟合，如图7所示。
70))4367.1exp((4600))7056.2exp((4684−×−−×−×−×=••εεe e E （2）230))515.17exp((2004))7571.2exp((2253−×−−×−×−×=••εεσe e （3）PET 膜：采用与应变率相关的各向同性的弹塑性模型（MAT.3），屈服应力y σ=27Mpa，D =846s -1 ,P =87[5]。
橡胶垫同样采用与应变率相关的各向同性的塑性模型（MAT.3），铝弹按刚体对待。
2008年用户年会论文3.3 仿真过程整个分析分为两个阶段：施加预应力阶段和铝弹冲击阶段。
3.3.1 施加预应力为模拟夹层玻璃在螺栓固定作用下产生的预应力，假定试验台架为刚性，固定下层橡胶垫底面节点位移，同时在上层四角橡胶块表面作用一刚性板。
在分别定义下层橡胶垫与夹层玻璃PET、上层四角橡胶垫与夹层玻璃的接触之后，将四角橡胶垫表面的刚性板压向夹层玻璃。
其位移与实验中固定用螺栓轴向位移一致。
待系统稳定后导出包含有橡胶垫及夹层玻璃单元的预应力，节点位置等信息。
图8 预应力仿真模型图3.3.2 仿真冲击结果在冲击模型中，首先导入前一阶段的预应力，及节点位置文件。
对四角橡胶块上表面六方向自由度全部约束以代替固定螺栓的影响，铝弹沿45度角以586Km/h 的速度冲击玻璃中心。
撞击开始到铝球完全回弹全过程的仿真计算结果如图9所示。
撞击发生后7ms ，铝球已完全回弹，尽管玻璃碎片仍在飞溅，但PVB 和PET 膜没有贯穿，玻璃的破坏状况也与实验基本一致（参见图4）。
通过局部放大图10可观察到夹层玻璃裂纹产生和扩展的过程；在冲击过程的开始阶段，铝弹与夹层玻璃中心接触，可认为受冲击点主要发生剪切破坏，随着冲击的进行，由压缩波反射形成的拉伸波，使着弹点附近的失效区域不断扩大，破坏范围向周围延伸，明显地产生以冲击点为中心的周向破坏和径向裂纹，同时玻璃碎片向上飞溅。
图9 铝弹冲击过程图由于铝弹的冲击，PVB 膜，PET 膜片发生弯曲变形，向下形成隆起。
在铝弹完全回弹后，PVB 跟着回弹，而PET 发生塑性变形（如图11）。
这一现象也与图5所示的实验结果相吻合。
2008年用户年会论文图10 局部放大图 图11 PVB ，PET 材料塑性应变云图 图12为铝弹速度变化图。
A 曲线为垂直于玻璃构件平面的速度曲线，B 曲线为平行于玻璃平面的速度曲线。
可以看到A 曲线的速度衰减较快，在1.2ms 时刻铝弹垂直于玻璃平面方向的速度减小为0，在这一时刻铝弹达到沿玻璃构件法线方向的最大撞深。
此后铝弹开始回弹。
图13为垂直于玻璃平面方向的铝弹加速度随时间变化曲线。
随着铝弹弹头与夹层玻璃开始接触，接触面积增大，铝弹所受阻力剧增，加速度值迅速增大，在0.59ms 时刻达到峰值，即玻璃构件受到的冲击力达到最大值。
随着接触面附近更多的玻璃材料发生破坏，裂纹不断扩展，及弹性材料发生变形导致夹层玻璃构件对弹体的阻力减小，加速度值逐渐减小，在2.0ms 时刻铝弹已与玻璃实现分离。
但4.0ms 后夹层玻璃与铝弹又有一次接触过程，使得铝弹法向回弹速度增加，这是由于夹层玻璃回弹撞上铝弹所致。
图12 铝弹速度变化图 图13 铝弹垂直方向加速度变化图 4 结论本文使用显式瞬态非线性有限元商用分析软件LS-dyna,仿真研究了特种夹层玻璃的冲击破坏现象，得到与实验基本一致的结果。
以此为基础，研究人员既可以通过仿真方法确定该种夹层玻璃不发生贯穿的最大铝弹速度，也可以确定在额定铝弹冲击速度下，最佳夹层玻璃结构，为夹层玻璃的开发设计工作提供有益的参考。
[参考文献][1] Shuangmei Zhao, Lokeswarappa R. Dharani, Li Chai, et al. Analysis of damage in laminated automotiveglazing subjected to simulated head impact[J]. Engineering Failure Analysis, 2006, 13: 582-597.[2] M. Timmel, S. Kolling, P. Osterrieder. A finite element model for impact simulation with laminated glass.International Journal of Impact Engineering[J]. 2007, 34(8): 1465-1478.2008年用户年会论文[3] M. Y. Zang, Z. Lei, S. F. Wang. Investigation of impact fracture behavior of automobile laminated glass by 3Ddiscrete element method[J]. Computational Mechanics, 2007, 41: 73-83.[4] 方维凤,余晓青.冲击载荷作用下平板玻璃穿孔机理[J].振动与冲击,2007, 26(1): 42-44.[5] J. Buchar, S. Role, J. Voldrich, M. Lazar and M. Starek. The development of the glass laminates resistant to thesmall arms fire[A]. 19th InternationalSymposium of Ballistics[C], Switzerland. 2001, 1439-1445.[6] Oda J, Zang MY. Analysis of impact fracture behavior of laminated glass of bi-layer type using discrete elementmethod[J]. Key Engineering Materials, 1998, 145-149: 349-354.。
汽车夹层风窗玻璃抗冲击破坏机理与吸能特性的研究
汽车夹层风窗玻璃抗冲击破坏机理与吸能特性的研究钟渝楷;姚小虎;臧曙光【摘要】本文建立了汽车风窗玻璃有限元模型,利用非线性动力学有限元软件LS-DYNA求解得到了风窗玻璃典型位置的加速度时程曲线和裂纹扩展模式,并与文献中的实验结果进行了对比,验证了模型的正确性;然后,基于该模型,研究风窗玻璃厚度对最大接触力、冲击块最大位移、头部损伤指标和吸能比率等吸能指标的影响规律.结果表明,汽车风窗玻璃遭受低速冲击时,在风窗玻璃总厚度不变的情况下,适当增加玻璃厚度、减小PVB厚度能起到更好保护乘员安全的效果.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2016(038)001【总页数】7页(P102-108)【关键词】汽车风窗玻璃;抗冲击;破坏机理;吸能特性;数值模拟【作者】钟渝楷;姚小虎;臧曙光【作者单位】华南理工大学土木与交通学院,广州510640;华南理工大学土木与交通学院,广州510640;中国建筑材料科学研究院,北京100024【正文语种】中文聚乙烯醇缩丁醛(Polyvinyl butyral, PVB)夹层风窗玻璃是汽车重要组成部分，有防止驾驶员在车辆碰撞时抛出窗外、减轻或避免行人头部损伤和阻止碎石等物体冲击的作用。
汽车前后风窗玻璃一般是两层无机玻璃(脆性)和一层PVB(高度非线性)夹层经高压压制而成的三维曲面[1]，具备良好的吸能作用和抗冲击能力，其破坏机理研究具有相当大难度。
清华大学国家交通事故数据库的统计数据指出，81.02%的伤亡事故源于头部与风窗玻璃冲击[2]。
早期理论和实验研究主要采用线弹性材料本构和简化几何结构[3-4]。
近年来，研究者逐步提出考虑损伤和应变率效应的本构。
文献[5]中根据累计损伤理论，建立力学解析模型，研究建筑夹层玻璃外层受到风带来的小物体撞击时破坏的概率。
文献[6]中进行了一定应变率范围的平板冲击实验，并采用其提出的JH-2模型描述无机玻璃的本构关系。
国内外学者利用风窗玻璃模型进行数值模拟，研究动态冲击下夹层风窗玻璃力学性能。
建筑夹层玻璃风致飞射物冲击破坏易损性研究
建筑夹层玻璃风致飞射物冲击破坏易损性研究
张勇;李寿科;郭凡;雷佳妍;彭雄;孙洪鑫;刘敏
【期刊名称】《振动与冲击》
【年(卷),期】2024(43)9
【摘要】为分析建筑夹层玻璃遭受风致飞射物冲击时的破坏特征和机理,定量评价其易损性,采用有限元方法开展冲击破坏数值模拟研究。
基于LS-DYNA软件建立飞射物冲击夹层玻璃的有限元模型,通过有限元数值模拟与试验对比验证有限元数值模拟方法的可靠性;分析球状飞射物冲击夹层玻璃时的裂纹开展和应力传播特征;改变球状飞射物的冲击位置、半径大小、材质和夹层玻璃面板长宽比,研究飞射物对夹层玻璃冲击效应的影响;采用双参数Weibull分布建立夹层玻璃冲击失效概率计算,量化其易损性。
结果表明:与夹层玻璃中部和边部相比,角部抗冲击性能差;相同冲击速度下,夹层玻璃冲击失效概率随着飞射物半径的增加而增大;与石球和木球相比,钢球对夹层玻璃破坏临界速度低;当面板面积恒定时,随着长宽比的增加,其冲击失效概率先减小后增大。
【总页数】9页(P267-275)
【作者】张勇;李寿科;郭凡;雷佳妍;彭雄;孙洪鑫;刘敏
【作者单位】湖南科技大学土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH212;TH213.3
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夹层玻璃的冲击破坏仿真分析研究
阶 加
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射
，
首 先发 生在 特殊 单 元 上 。显 然 该 方 法 人 为 因 素 影
响较大 。 戴 姆 勒 一克 莱 斯 勒 公 司 的 Ｔｉ ｒＭ 、 ｍｍｅ ＫｏｌｇＳ等 ｌ 提 出了一 种 简 化 的夹 层 玻 璃 有 限 元 ｌｎ ｉ ３ Ｊ
点约束起来。当玻璃处于失效状态时， 被约束的不 同单元 节点 将相 互分 离 。
图 ３
铝 弹
实测 得 到 铝 弹 最 高 速 度 为 ５ ６ ｍ／ ， 应 的 ８ｋ ｈ对
夹 层 玻璃破 坏 情况如 图 ４所示 。在 冲击 点周 围 ， 玻 璃 被完 全破 坏 ， 部分 碎 片 附着 在 Ｐ Ｂ上 。通 过 调 Ｖ 查确认 ：Ｖ Ｐ Ｂ膜 片 没 有 被 贯 穿 ， 下 层 Ｐ Ｔ 膜 片 最 Ｅ 在 冲击过 程 中发生 了塑 性变形 （ 即在 冲击点 正前 方 形 成 了 一 个 隆 起 变 形 区 域 ） 玻 璃 碎 片 没 有 穿 透 ，
第 ２ 期 １
１２ ／ 对称模型进行计算 ， 如图 ６ 所示 。夹层玻璃各
层材 料及 上 下橡 胶 垫材 料 均 被 划 分 为 立体 单 元 网 格， 每层 材料 厚度 方 向上均 有 ２ 单元 。铝弹采 用 个 壳 单元 划分 网格 。为模 拟玻 璃 受 冲击 后 产 生 的裂 纹 扩展 与飞 溅现 象 ， 同一位 置相 邻玻 璃单 元分 别定 义 不 同节点 ， 并将 初始 状 态处 于 同一 位置 的不 同节
离 散元 方法 过低 的计 算效 率和 材料模 型 的不 完善 ， 使 得它 在应 用方 面还 有进 一步 研究 的必 要 。
本文对一特种夹层玻璃 的破坏性能进行了实
验研 究 。以 时 速 ５６ ｍ 的 铝 弹 撞 击 夹 层 玻 璃 ， ８ｋ 确 认 了夹层 玻璃 的贯 穿 强 度 。在 此 基 础 上 建立 有 限 元 模型 ， 用非线 性 有 限元 软件 Ｌ 使 Ｓ—Ｄ ＹＮＡ对这
显式动力学实例 _ PVB玻璃的冲击仿真
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6.设置边界条件：对玻璃底部四个边界施加固定约束，给定钢球的初始速度为1m/s。
7.求解：计算时间为0.005s
8.结果后处理：提取出整体及各部分的应力随时间的变化曲线以及各部分应力分布情况。
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2017-11-06 21:47
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冲击荷载下钢化夹层玻璃薄板的动力学响应研究
冲击荷载下钢化夹层玻璃薄板的动力学响应研究摘要：本文以冲击荷载下钢化夹层玻璃薄板的动力学响应为研究对象，通过实验和数值模拟相结合的方法，系统分析了不同冲击强度对钢化夹层玻璃薄板的响应特性。
利用高速摄像技术对冲击过程进行观测与记录，得到了薄板的动态变形和破坏过程。
建立了相应的有限元模型，通过模拟计算了薄板在不同冲击条件下的应力、应变等相关参数。
对实验结果和数值模拟结果进行比较和分析，得出了钢化夹层玻璃薄板在冲击荷载下的动力学响应规律，并提出了相应的改进措施和建议，以提高薄板的抗冲击性能。
关键词：冲击荷载；钢化夹层玻璃；动力学引言本文针对冲击荷载下钢化夹层玻璃薄板的动力学响应进行研究。
钢化夹层玻璃薄板在建筑、交通、装饰等领域得到广泛应用，然而在冲击荷载下的响应特性尚未充分探究。
因此，本研究以实验和数值模拟相结合的方法，系统分析了不同冲击强度对钢化夹层玻璃薄板的响应特性。
通过获取薄板的动态变形和破坏过程，建立相应的有限元模型，并提出改进措施，旨在提高薄板的抗冲击性能。
研究结果将为钢化夹层玻璃薄板的设计与应用提供理论支撑，具有重要的工程和实际意义。
1.钢化夹层玻璃薄板的特性和应用钢化夹层玻璃薄板是一种由两层玻璃板之间夹层复合而成的结构材料。
其特性主要包括高强度、高韧性以及优异的抗冲击性能。
钢化夹层玻璃薄板在建筑领域常用于大面积幕墙、天花板和隔断等应用，能够提供良好的透光性和装饰效果。
在交通运输领域，它被广泛用于汽车前挡风玻璃和列车车窗，能够有效抵御风压和外力冲击。
此外，在家具、电子设备等领域也有广泛应用。
钢化夹层玻璃薄板不仅具备传统玻璃的性能，还通过夹层材料增强了其安全性和耐久性，因此受到了越来越多领域的青睐，并成为现代工程和设计中不可或缺的重要材料。
由于钢化夹层玻璃薄板的优异性能和广泛应用领域，其在现代工程和设计中的地位日益重要。
随着科技的进步和创新的不断推动，我们可以预见钢化夹层玻璃薄板将会继续发展，并在更多领域展现其出色的性能。
中高速冲击下pvb夹层玻璃开裂及碎片特性研究
Abstract: The research shows that glass debris is the main cause of secondao damage when laminated glass such as glass curtain wall and automobile windshield is damaaed by icpact. AC gun impact test combined with high-speed photoaraphy and digital icaae processing technoUay was used to study the cracking and debris characteristics of laminated glass. The efeceofgaaWand PVBehockneWand ompaceeneegyon debeochaeaceeeoeocWweeeanaayaed.ThepeoceWWofceackongand debeofoemaeoon waWobWeeeed aemeWoWcopocWcaae （ 10 -3 mm） bymeeaaogeaphocmoceoWcopy.TheeeWuae Whow ehaeehe damaae mode of PVB laminated glass debris under medium and high velocity impact has five stages ； tfe splash velocity of ehedebeospeesenesewoseages, and ehedomonanefaceoeoseheaneoApeneeeaeoon seeengeh ofehefeonegaas； ehespaash eneegy of fan-shaped debris has an obvious peak vvlue, which is of great significance for optimizing the protection penormance of laminated glass. Key words: PVB laminated glass; air gun Cnpact test； crack chanctenstic； fraament characteris/o
汽车夹层玻璃冲击破坏现象的有限元方法仿真研究的开题报告
汽车夹层玻璃冲击破坏现象的有限元方法仿真研究的开题报告一、选题背景随着汽车工业的发展，汽车作为人们日常生活中重要的交通工具，其安全性能越来越受到关注。
汽车夹层玻璃作为汽车的主要安全装备之一，其抗冲击能力的研究具有重要的意义。
然而，当前汽车夹层玻璃冲击破坏问题的研究大多依赖于试验方法，成本高昂、耗时长、不易重复，且不能对其中的细节过程进行深入的分析和理解。
因此，本研究拟采用有限元方法进行汽车夹层玻璃冲击破坏现象的模拟和仿真研究。
二、研究目的本研究旨在通过有限元方法仿真汽车夹层玻璃的冲击破坏过程，分析夹层玻璃在不同冲击条件下的破坏特征和破坏机制，揭示其抗冲击能力的本质，为进一步提高汽车夹层玻璃的安全性能提供理论支持。
三、研究内容1. 建立汽车夹层玻璃的有限元模型；2. 针对不同冲击条件，进行有限元仿真，分析夹层玻璃的破坏特征和机制；3. 分析夹层玻璃的材料特性和结构特点对其抗冲击性能的影响；4. 提出针对夹层玻璃提高抗冲击能力的策略。
四、研究方法1. 建立汽车夹层玻璃的3D模型，采用ANSYS Workbench软件建立其有限元模型；2. 设置不同的冲击条件和边界条件，进行有限元仿真；3. 对仿真结果进行分析和研究。
五、研究意义本研究对于汽车夹层玻璃的抗冲击能力研究具有重要意义。
首先，本研究提供了一种相对较为低成本的研究方法，可以对不同的冲击条件下的夹层玻璃破坏行为进行深入的分析和理解；其次，本研究有助于提高夹层玻璃的抗冲击能力，提高汽车的安全性能。
六、研究计划1. 建立夹层玻璃的3D有限元模型，进行力学分析，预计耗时1个月；2. 设置不同的冲击条件和边界条件，进行有限元仿真，预计耗时2个月；3. 对仿真结果进行分析和研究，预计耗时1个月；4. 撰写学位论文，预计耗时3个月。
头部冲击下汽车夹层风挡玻璃吸能特性的数值模拟研究
模拟5 实验5
加速度, a(g)
140 120 100 80 60 40 20 0 -20
模拟7 实验7
120 100
模拟8 实验8
加速度, a(g)
80 60 40 20 0 -20 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
加速度, a(g)
100
加速度, a(g)
80 60 40 20 0
图1
头模块有限元模型示意图
通过三维扫描获得北京现代伊兰特（Elantra）轿车用风挡玻璃的点云图，由点云图建立风挡 玻璃几何模型，外廓尺寸如图 2 所示。
图2
夹层风挡玻璃有限元模型外廓尺寸
风挡玻璃有限元模型采用三层壳单元共节点结构， 即外面两层壳单元为玻璃层， 中间一层壳 单元为 PVB 夹层，如图 3 所示。壳单元主要承受平面应力，而在头部冲击风挡玻璃的过程中主
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2013 第十六届中国汽车安全技术国际研讨会
图4
头模块冲击风挡玻璃实验系统示意图[20]
本文采用定量对比加速度曲线和定性对比裂纹扩展形态两种方法对建立的数值仿真试验场 进行验证。 按照表 2 冲击条件的设置，各进行 8 组数值模拟试验和实际的冲击试验，所得加速度-时间 曲线如图 5 所示。由图 5 知，在不同的冲击速度和冲击角度下，数值仿真得到的加速度峰值及全 部时间历程中加速度的变化均与相应的冲击实验结果保持很好的一致性。
80 60 40 20 0
0.00
0.01
0.02
0.03
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2013 第十六届中国汽车安全技术国际研讨会
要产生的就是平面应力，壳单元满足要求。虽然板单元具有更高的计算精度，但考虑到会带来更 大的计算量而不采用板单元。 为了使数值模拟与实验得到的裂纹扩展形态更为接近， 风挡玻璃中 间区域采用三角形类型网格，外部采用四边形类型网格。根据网格收敛性研究，网格的大小取 10mm，共划分了 86664 个网格。玻璃层、PVB 层参数取值及总体边界条件设置如表 1 所示，其 中玻璃层的弹性模量 Eglass 、塑性失效应变 glass 、PVB 层应力-应变曲线应变率、边界条件是在有 限元模型验证的过程中确定的， 即分别取不同值代入有限元模型中， 选择与真实实验结果最为接 近时的参数取值。
夹层玻璃受冰雹冲击的有限元模拟和冲击点的动态响应
夹层玻璃受冰雹冲击的有限元模拟和冲击点的动态响应夹层玻璃在现代建筑中得到了广泛应用，其独特的结构使其具有良好的隔音、隔热和安全性能。
然而，夹层玻璃在遭受冰雹冲击时可能会受到损坏，这对于建筑和车辆等领域的安全性至关重要。
因此，为了了解夹层玻璃在冰雹冲击下的动态响应和破坏机制，进行有限元模拟是一种有效的方法。
有限元模拟是一种在计算机上通过对材料进行离散化近似，利用数值方法求解其力学问题的方法。
它可以帮助我们预测和研究夹层玻璃在冰雹冲击下的应力分布、变形情况以及可能的破坏机制。
通过这种模拟方法，我们可以更好地理解夹层玻璃在冰雹冲击下的工作原理，为设计更安全可靠的夹层玻璃提供指导。
在进行有限元模拟时，首先需要建立夹层玻璃的准确几何模型。
这包括夹层玻璃的厚度、夹层层间的粘合强度以及玻璃的材料性能等。
然后，我们需要确定冰雹冲击的模拟条件，如冰雹的直径、速度和角度等。
通过对这些参数的合理选择和调整，我们可以模拟出夹层玻璃在实际冰雹冲击下的受力和变形情况。
在模拟夹层玻璃受冰雹冲击时，关键的是分析冲击点的动态响应。
夹层玻璃的破坏主要与冲击点的受力情况密切相关。
通过有限元模拟，我们可以观察到冲击点的应力分布、变形状况以及可能的局部破坏情况。
这有助于我们更好地了解夹层玻璃的可靠性和安全性。
有限元模拟还可以帮助我们研究改善夹层玻璃的设计和制造工艺。
通过模拟不同参数对夹层玻璃性能的影响，例如粘合层厚度、玻璃材料性能等，我们可以优化夹层玻璃的结构，提高其抗冰雹冲击的能力。
同时，有限元模拟可以帮助我们预测夹层玻璃在不同环境下的寿命和可靠性，为工程设计和实际使用提供指导意义。
总之，夹层玻璃在冰雹冲击下的模拟分析是一项重要而有挑战性的研究工作。
通过有限元模拟，我们可以全面、生动地了解夹层玻璃的受力和变形情况，探究其破坏机制，并优化其设计和制造工艺。
这将为建筑和车辆等领域的安全性提供有力支持，同时也展示了有限元模拟在工程问题中的广泛应用前景。
《爆炸和冲击载荷下中空钢化夹层玻璃的动态响应研究》范文
《爆炸和冲击载荷下中空钢化夹层玻璃的动态响应研究》篇一一、引言随着现代建筑和交通工具的不断发展，中空钢化夹层玻璃作为一种重要的建筑材料，其性能和安全性的研究变得尤为重要。
特别是在面对爆炸和冲击载荷的情况下，中空钢化夹层玻璃的动态响应特性直接关系到建筑和人员的安全。
因此，本文旨在研究爆炸和冲击载荷下中空钢化夹层玻璃的动态响应，为相关工程设计和安全评估提供理论依据。
二、中空钢化夹层玻璃的基本特性中空钢化夹层玻璃由多层玻璃板和中间层组成，其特点是强度高、耐冲击、隔音隔热等。
其中，钢化处理使得玻璃具有较高的抗拉强度和抗冲击性能，而夹层结构则通过在玻璃之间加入特殊材料，提高整体结构的韧性和安全性。
三、爆炸和冲击载荷下的动态响应研究1. 实验方法为了研究中空钢化夹层玻璃在爆炸和冲击载荷下的动态响应，我们采用了实验和数值模拟相结合的方法。
通过设计不同规模的爆炸实验和冲击实验，观察并记录玻璃的破碎模式、裂纹扩展等动态响应过程。
同时，利用有限元分析软件对实验过程进行数值模拟，以便更深入地了解玻璃的动态力学性能。
2. 实验结果实验结果表明，在爆炸和冲击载荷下，中空钢化夹层玻璃表现出良好的韧性和抗冲击性能。
在受到外力作用时，玻璃板之间会产生相互挤压，这种挤压作用可以有效地吸收能量，延缓裂纹的扩展。
同时，钢化处理也提高了玻璃板的强度和硬度，使其在受到冲击时不易破裂。
3. 动态响应分析在动态响应过程中，中空钢化夹层玻璃的破碎模式与普通玻璃有明显的区别。
由于多层结构和夹层材料的存在，玻璃在受到外力作用时，会产生多向的应力分布，使得裂纹扩展变得更加复杂。
同时，由于夹层材料的存在，破碎的玻璃碎片被牢牢地固定在原位，有效减少了碎片飞溅的可能，从而保护了人员的安全。
四、数值模拟与结果分析通过有限元分析软件对实验过程进行数值模拟，我们得到了更为详细的数据和图像。
模拟结果表明，在爆炸和冲击载荷下，中空钢化夹层玻璃的应力分布和变形过程与实验结果基本一致。