超薄汽車防護玻璃結構優(yōu)化及仿真設計.pdf

1、防護玻璃是一種具備防御和抵抗各種攻擊或破壞功能的特種玻璃，廣泛應用于政治、軍事、國防、經(jīng)濟等領域。防護玻璃主要有四種類型:單層鋼化玻璃、夾層玻璃、貼膜玻璃和防護玻璃。本文研究的超薄汽車防護玻璃是一種應用廣泛的防護玻璃，由無機玻璃、聚氨酯(PU)、聚碳酸酯(PC)三層結構組合而成。這種防護玻璃由于有機材料含量高，比重較低，并且在同等厚度或同等重量的情況下，防護能力優(yōu)于夾層玻璃;經(jīng)受沖擊時，只要不被穿透就不會有飛濺的碎片產(chǎn)生。相比于國際上的

2、知名企業(yè)，我國的汽車防護玻璃大多由4層及以上的材料復合而成，厚度一般在5mm之上。國內(nèi)在超薄汽車防護玻璃方面的相關技術研究較少，大部分集中于對工藝的改良和材料的改性。分析各層材料對防護玻璃整體機械性能的影響，發(fā)展具有防砸、高透光率、易安裝維護的實用型、輕薄型防護玻璃十分必要。但是由于制備超薄玻璃不僅對生產(chǎn)工藝要求極高，并且也伴隨著高昂的制造成本，使得目前對超薄防護玻璃整體的機械性能研究過少，無法形成系統(tǒng)的設計數(shù)據(jù)庫，難以達到指導防護玻璃

3、結構設計以及優(yōu)化的要求。基于此，本文通過實驗結合有限元仿真，建立含有產(chǎn)品材料參數(shù)、復合結構組合方式等因素的宏觀模型，從理論上預測結構、材質(zhì)對產(chǎn)品抗沖擊性能的影響，從而降低實驗成本、優(yōu)化產(chǎn)品設計，指導超薄防護汽車玻璃的制備及性能優(yōu)化。
　　本文通過研究鋼化玻璃的機械性能，提出了它的本構方程，并利用有限元軟件對參數(shù)進行驗算，利用熱壓法制備出厚度不同、層合材料不同的防護玻璃;通過搭建大型防護玻璃的沖擊實驗架，測試出各防護玻璃的防護性能;

4、最后利用軟件AnsysWorkbench模擬沖擊試驗過程，將模擬數(shù)據(jù)和試驗結果進行對比，優(yōu)化參數(shù)設置，從而完善設計的數(shù)據(jù)庫，達到預測超薄防護玻璃抗沖擊性能、指導產(chǎn)品生產(chǎn)的要求。研究內(nèi)容如下:
　　1.超薄汽車防護玻璃面板材料性能研究。面板材料鋼化玻璃選用的本構模型為Johnson-Holmquist模型，它是一種累積損傷失效模型，能準確的反映材料遭受沖擊過程中的動力學響應。該模型包含17個需要確定的參數(shù)。其中通過準靜態(tài)壓縮試驗和動

5、態(tài)壓縮試驗可以確定應變速率的影響。拉伸劈裂實驗能間接地確定最大靜水拉伸壓力。通過分析文獻中的數(shù)據(jù)，可以推導出鋼化玻璃的HEL值和EOS狀態(tài)方程。其他的常數(shù)通過計算機的擬合、迭代得出或者沿用原始的參數(shù)設計。JH-2參數(shù)驗證。利用AnsysWorkbench模擬鋼化玻璃的SHPB測試和防護玻璃沖擊實驗。在模擬的SHPB測試中，將本實驗的JH2參數(shù)計算所得到的桿件中的壓縮波波形與實際實驗結果相比較。同時，計算原始JH2參數(shù)和退火玻璃的JH2參

6、數(shù)所得到的壓縮波波形作為對照組。在模擬的沖擊實驗中，比較模擬和實際實驗的玻璃破碎形貌。
　　2.超薄汽車防護玻璃抗沖擊性能實驗研究。按照國標GA844-2009的規(guī)定，設計安裝沖擊架進行沖擊試驗，測試不同厚度和不同組成的防護玻璃抗沖擊性能。為了優(yōu)化結構設計，設計兩種不同的組合:第一組為68J的三次沖擊。第二組為120J的大鐵球的六次沖擊。且每一組實驗中存在兩種組成的防護玻璃:一種為鋼化玻璃(TG)+PU+PC的結構，另一種為普通玻

7、璃(G)+PU+PC的結構。防護玻璃抗沖擊性能的衡量標準為:核心破碎面積、PC凸起高度、穿透與否以及沖擊件的反彈高度。
　　3.超薄汽車防護玻璃抗沖擊性能仿真優(yōu)化。模擬分析組成為TG+PU+PC的6組不同厚度的防護玻璃。首先確定沖擊模型的初始條件，包括幾何模型，沖擊次數(shù)和防護玻璃的機械性能。然后設置好相關的沖擊參數(shù)進行仿真分析。將得到的模擬結果與試驗結果進行對比，如果結果不匹配，則修改參數(shù)重新計算。通過反復的調(diào)整參數(shù)，使得模擬和實