刚体冲击作用下建筑夹层玻璃的动态响应和破坏行为研究
发布时间：2021-07-12 07:13
夹层玻璃在建筑幕墙和结构领域的应用愈加广泛,然而冲击荷载下玻璃易脆性特性易引发安全风险,相关的设计规范中关于夹层玻璃抗冲击设计内容极为匮乏,其冲击破坏过程和机理缺乏足够的基础性研究。本文以PVB和SGP胶层的建筑夹层玻璃为研究对象,采用落重冲击实验和组合有限元-离散元模型分析等手段,对建筑夹层玻璃冲击破坏响应和机理展开研究。首先,设计并加工了一套结合有高速摄影和动态采集系统的冲击实验系统;随后采用最小平均碎裂速度测试法（MMBV）对23组83块足尺PVB和SGP夹层玻璃板进行了实验研究,测定了每层玻璃碎裂对应的冲击能量阈值和冲击响应,并利用高速相机捕捉夹层玻璃起裂和裂纹高速扩展过程;对夹层玻璃在玻璃层数、玻璃类型和构型、玻璃尺寸、支撑条件、胶片厚度这六种设计参数影响下的抗冲击性能和破坏机理进行分析,确定了碎裂能、碎裂刚度、冲击力、等效动态刚度和能量耗散行为关键影响因素和规律;为开发夹层玻璃冲击破坏数值模型,首先针对四类常用的数值方法关于玻璃冲击破坏仿真能力的优劣性进行了系统的对比研究,确定了适用于夹层玻璃冲击破坏的仿真分析方法,即FEM/DEM法;其次基于FEM/DEM法开发离散裂纹模...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：284 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１玻璃材料在建筑中的典型使用类型??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｓｅｒｖｉｃｅ?ｔｙｐｅ?ｏｆ?ｇｌａｓｓ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｉｎ?ｂｕｉｌｄｉｎｇ??
对设计参数影响夹层玻璃抗冲击性能的重要程度进行了排序，结果显示底部玻璃类型??和厚度对抗冲击性能具有决定性作用。Ｚｈａｎｇ等［２８］对大尺寸木块冲击下的浮法夹层玻??璃进行了测试，其木块由弹簧装置加速到９?ｍｉ１至３５?ｍｉ１?（图１－２?（ａ）），对四种不同??厚度ＰＶＢ胶层的样本的抗贯穿测试结果显示胶层厚度对夹层玻璃窗的抗贯穿能力有决??定性作用，同时研宄结果给出了对不同厚度和尺寸的夹层玻璃受冲击作用下的易损性??评估曲线。??汽车事故中撞击夹层玻璃的冲击物通常指的是行人的头部，欧洲车辆安全促进委??员会（ＥｕｒｏｐｅａｎＥｎｈａｎｃｅｄ?Ｖｅｈｉｃｌｅ－Ｓａｆｅｔｙ?Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ，ＥＥＶＣ）提出米用重约?５?ｋｇ，外表??覆盖有ＰＶＣ膜层的铝制球体来模拟车辆事故中的冲击物［３２］（图ｌ－２（ｂ））。Ｐｙｔｔｅｌ等［３３］采??用该覆膜铝制冲击头对曲面和平板夹层玻璃进行冲击测试，冲击速度设定为５?ｍ＾１至??１２?ｎｒｓ＇并基于临界能量阈值的理念将对应的玻璃失效准则嵌入有限元模型，得到了??和实验结果较高的吻合度。Ｌｉｕ等［３４］对汽车挡风夹层玻璃进行了模拟头部撞击测试，冲??击头以速度６．６ｍ?＋?ｓ＿１至１１．２ｍ?＋?ｓ＿１对挡风玻璃进行多角度（６０°至９０°）撞击，其对峰值??冲击力和头部损伤准则进行的评估结果显示ＰＶＢ胶层材性和能量吸收性能具有高度相??关性。??４??
图２－１驳接点支式样本开孔图??Ｆｉｇ．?２－１?Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｄｒｉｌｌｉｎｇ?ｈｏｌｅｓ?ａｔ?ｃｏｒｎｅｒｓ?ｏｆ?ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ?ｗｉｔｈ?ｂｏｌｔｅｄ?ｆｉｘｉｎｇ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]台风作用下玻璃幕墙连续性破坏分析[J]. 王曈,杨健,王星尔. 建筑技术. 2017(04)
[2]基于OpenMP的二维有限元-离散元并行分析方法[J]. 严成增,郑宏,孙冠华,葛修润. 岩土力学. 2014(09)
[3]基于局部单元劈裂的FEM/DEM自适应分析方法[J]. 严成增,孙冠华,郑宏,葛修润. 岩土力学. 2014(07)
[4]三维FEM/DEM中摩擦力的实施及验证[J]. 严成增,孙冠华,郑宏,葛修润. 岩石力学与工程学报. 2014(06)
[5]A discontinuum-based model to simulate compressive and tensile failure in sedimentary rock[J]. T.Kazerani. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2013(05)
[6]受冲击玻璃破坏波传播过程分析[J]. 冯晓伟,刘占芳,陈刚,姚国文. 振动与冲击. 2013(09)
[7]裂纹扩展问题的改进XFEM算法[J]. 茹忠亮,朱传锐,赵洪波. 工程力学. 2012(07)
[8]汽车聚乙烯醇缩丁醛夹层风挡玻璃冲击响应研究综述[J]. 许骏,李一兵,葛东云,陈曦,姚学锋,朱梦一,刘博涵,孙岳霆. 机械工程学报. 2011(18)
[9]建筑夹层玻璃在冲击荷载下的破坏研究概述[J]. 葛杰,李国强. 结构工程师. 2010(04)
[10]The Virtual Geoscience Workbench, VGW: Open Source tools for discontinuous systems[J]. A. Munjiza,X. Garcia,J.P. Latham,G.G. Schiava D’Albano,N.W.M. John. Particuology. 2010(02)
博士论文
[1]基于聚合模型的汽车风挡玻璃冲击破坏现象研究[D]. 陈顺华.华南理工大学 2016
[2]基于FEM、DEM/FEM的汽车风挡玻璃冲击破坏现象仿真分析与实验研究[D]. 杨忠高.华南理工大学 2014
[3]离散元与有限元自适应耦合方法及在汽车玻璃冲击破坏中的应用[D]. 徐伟.华南理工大学 2014
[4]汽车玻璃冲击破坏现象的离散元/有限元耦合仿真方法研究[D]. 高伟.华南理工大学 2013
[5]FEM与DEM耦合方法研究及在汽车玻璃冲击破坏问题中的应用[D]. 雷周.华南理工大学 2011
[6]几类风灾易损建筑台风损伤估计与预测[D]. 宋芳芳.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]头部模块发射装置设计及汽车前挡玻璃冲击破坏仿真[D]. 彭宇玲.华南理工大学 2016
[2]夹层玻璃动态冲击下断裂机理研究[D]. 陈晶晶.清华大学 2014
本文编号：3279469
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：284 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１玻璃材料在建筑中的典型使用类型??Ｆｉｇ．?１－１?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｓｅｒｖｉｃｅ?ｔｙｐｅ?ｏｆ?ｇｌａｓｓ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｉｎ?ｂｕｉｌｄｉｎｇ??
对设计参数影响夹层玻璃抗冲击性能的重要程度进行了排序，结果显示底部玻璃类型??和厚度对抗冲击性能具有决定性作用。Ｚｈａｎｇ等［２８］对大尺寸木块冲击下的浮法夹层玻??璃进行了测试，其木块由弹簧装置加速到９?ｍｉ１至３５?ｍｉ１?（图１－２?（ａ）），对四种不同??厚度ＰＶＢ胶层的样本的抗贯穿测试结果显示胶层厚度对夹层玻璃窗的抗贯穿能力有决??定性作用，同时研宄结果给出了对不同厚度和尺寸的夹层玻璃受冲击作用下的易损性??评估曲线。??汽车事故中撞击夹层玻璃的冲击物通常指的是行人的头部，欧洲车辆安全促进委??员会（ＥｕｒｏｐｅａｎＥｎｈａｎｃｅｄ?Ｖｅｈｉｃｌｅ－Ｓａｆｅｔｙ?Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ，ＥＥＶＣ）提出米用重约?５?ｋｇ，外表??覆盖有ＰＶＣ膜层的铝制球体来模拟车辆事故中的冲击物［３２］（图ｌ－２（ｂ））。Ｐｙｔｔｅｌ等［３３］采??用该覆膜铝制冲击头对曲面和平板夹层玻璃进行冲击测试，冲击速度设定为５?ｍ＾１至??１２?ｎｒｓ＇并基于临界能量阈值的理念将对应的玻璃失效准则嵌入有限元模型，得到了??和实验结果较高的吻合度。Ｌｉｕ等［３４］对汽车挡风夹层玻璃进行了模拟头部撞击测试，冲??击头以速度６．６ｍ?＋?ｓ＿１至１１．２ｍ?＋?ｓ＿１对挡风玻璃进行多角度（６０°至９０°）撞击，其对峰值??冲击力和头部损伤准则进行的评估结果显示ＰＶＢ胶层材性和能量吸收性能具有高度相??关性。??４??
图２－１驳接点支式样本开孔图??Ｆｉｇ．?２－１?Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｄｒｉｌｌｉｎｇ?ｈｏｌｅｓ?ａｔ?ｃｏｒｎｅｒｓ?ｏｆ?ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ?ｗｉｔｈ?ｂｏｌｔｅｄ?ｆｉｘｉｎｇ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]台风作用下玻璃幕墙连续性破坏分析[J]. 王曈,杨健,王星尔. 建筑技术. 2017(04)
[2]基于OpenMP的二维有限元-离散元并行分析方法[J]. 严成增,郑宏,孙冠华,葛修润. 岩土力学. 2014(09)
[3]基于局部单元劈裂的FEM/DEM自适应分析方法[J]. 严成增,孙冠华,郑宏,葛修润. 岩土力学. 2014(07)
[4]三维FEM/DEM中摩擦力的实施及验证[J]. 严成增,孙冠华,郑宏,葛修润. 岩石力学与工程学报. 2014(06)
[5]A discontinuum-based model to simulate compressive and tensile failure in sedimentary rock[J]. T.Kazerani. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2013(05)
[6]受冲击玻璃破坏波传播过程分析[J]. 冯晓伟,刘占芳,陈刚,姚国文. 振动与冲击. 2013(09)
[7]裂纹扩展问题的改进XFEM算法[J]. 茹忠亮,朱传锐,赵洪波. 工程力学. 2012(07)
[8]汽车聚乙烯醇缩丁醛夹层风挡玻璃冲击响应研究综述[J]. 许骏,李一兵,葛东云,陈曦,姚学锋,朱梦一,刘博涵,孙岳霆. 机械工程学报. 2011(18)
[9]建筑夹层玻璃在冲击荷载下的破坏研究概述[J]. 葛杰,李国强. 结构工程师. 2010(04)
[10]The Virtual Geoscience Workbench, VGW: Open Source tools for discontinuous systems[J]. A. Munjiza,X. Garcia,J.P. Latham,G.G. Schiava D’Albano,N.W.M. John. Particuology. 2010(02)
博士论文
[1]基于聚合模型的汽车风挡玻璃冲击破坏现象研究[D]. 陈顺华.华南理工大学 2016
[2]基于FEM、DEM/FEM的汽车风挡玻璃冲击破坏现象仿真分析与实验研究[D]. 杨忠高.华南理工大学 2014
[3]离散元与有限元自适应耦合方法及在汽车玻璃冲击破坏中的应用[D]. 徐伟.华南理工大学 2014
[4]汽车玻璃冲击破坏现象的离散元/有限元耦合仿真方法研究[D]. 高伟.华南理工大学 2013
[5]FEM与DEM耦合方法研究及在汽车玻璃冲击破坏问题中的应用[D]. 雷周.华南理工大学 2011
[6]几类风灾易损建筑台风损伤估计与预测[D]. 宋芳芳.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]头部模块发射装置设计及汽车前挡玻璃冲击破坏仿真[D]. 彭宇玲.华南理工大学 2016
[2]夹层玻璃动态冲击下断裂机理研究[D]. 陈晶晶.清华大学 2014
本文编号：3279469
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3279469.html
