超薄汽车防护玻璃结构优化及仿真设计

发布时间：2017-11-26 04:28

  本文关键词：超薄汽车防护玻璃结构优化及仿真设计

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【摘要】：防护玻璃是一种具备防御和抵抗各种攻击或破坏功能的特种玻璃,广泛应用于政治、军事、国防、经济等领域。防护玻璃主要有四种类型：单层钢化玻璃、夹层玻璃、贴膜玻璃和防护玻璃。本文研究的超薄汽车防护玻璃是一种应用广泛的防护玻璃,由无机玻璃、聚氨酯(PU)、聚碳酸酯(PC)三层结构组合而成。这种防护玻璃由于有机材料含量高,比重较低,并且在同等厚度或同等重量的情况下,防护能力优于夹层玻璃；经受冲击时,只要不被穿透就不会有飞溅的碎片产生。相比于国际上的知名企业,我国的汽车防护玻璃大多由4层及以上的材料复合而成,厚度一般在5mm之上。国内在超薄汽车防护玻璃方面的相关技术研究较少,大部分集中于对工艺的改良和材料的改性。分析各层材料对防护玻璃整体机械性能的影响,发展具有防砸、高透光率、易安装维护的实用型、轻薄型防护玻璃十分必要。但是由于制备超薄玻璃不仅对生产工艺要求极高,并且也伴随着高昂的制造成本,使得目前对超薄防护玻璃整体的机械性能研究过少,无法形成系统的设计数据库,难以达到指导防护玻璃结构设计以及优化的要求。基于此,本文通过实验结合有限元仿真,建立含有产品材料参数、复合结构组合方式等因素的宏观模型,从理论上预测结构、材质对产品抗冲击性能的影响,从而降低实验成本、优化产品设计,指导超薄防护汽车玻璃的制备及性能优化。本文通过研究钢化玻璃的机械性能,提出了它的本构方程,并利用有限元软件对参数进行验算,利用热压法制备出厚度不同、层合材料不同的防护玻璃；通过搭建大型防护玻璃的冲击实验架,测试出各防护玻璃的防护性能；最后利用软件AnsysWorkbench模拟冲击试验过程,将模拟数据和试验结果进行对比,优化参数设置,从而完善设计的数据库,达到预测超薄防护玻璃抗冲击性能、指导产品生产的要求。研究内容如下：1.超薄汽车防护玻璃面板材料性能研究。面板材料钢化玻璃选用的本构模型为Johnson-Holmquist模型,它是一种累积损伤失效模型,能准确的反映材料遭受冲击过程中的动力学响应。该模型包含17个需要确定的参数。其中通过准静态压缩试验和动态压缩试验可以确定应变速率的影响。拉伸劈裂实验能间接地确定最大静水拉伸压力。通过分析文献中的数据,可以推导出钢化玻璃的HEL值和EOS状态方程。其他的常数通过计算机的拟合、迭代得出或者沿用原始的参数设计。JH-2参数验证。利用AnsysWorkbench模拟钢化玻璃的SHPB测试和防护玻璃冲击实验。在模拟的SHPB测试中,将本实验的JH2参数计算所得到的杆件中的压缩波波形与实际实验结果相比较。同时,计算原始JH2参数和退火玻璃的JH2参数所得到的压缩波波形作为对照组。在模拟的冲击实验中,比较模拟和实际实验的玻璃破碎形貌。2.超薄汽车防护玻璃抗冲击性能实验研究。按照国标GA844-2009的规定,设计安装冲击架进行冲击试验,测试不同厚度和不同组成的防护玻璃抗冲击性能。为了优化结构设计,设计两种不同的组合：第一组为68J的三次冲击。第二组为120J的大铁球的六次冲击。且每一组实验中存在两种组成的防护玻璃：一种为钢化玻璃(TG)+PU+PC的结构,另一种为普通玻璃(G)+PU+PC。的结构。防护玻璃抗冲击性能的衡量标准为：核心破碎面积、PC凸起高度、穿透与否以及冲击件的反弹高度。3.超薄汽车防护玻璃抗冲击性能仿真优化。模拟分析组成为TG+PU+PC的6组不同厚度的防护玻璃。首先确定冲击模型的初始条件,包括几何模型,冲击次数和防护玻璃的机械性能。然后设置好相关的冲击参数进行仿真分析。将得到的模拟结果与试验结果进行对比,如果结果不匹配,则修改参数重新计算。通过反复的调整参数,使得模拟和实际实验的结果相互匹配,从而结束计算。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.835;TQ171.11

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本文编号：1228570