钢化夹层坡璃的冲击断裂行为研究

发布时间：2020-07-01 03:42

【摘要】：夹层玻璃是一种新型、简单的复合结构,一般是由上下两层玻璃和中间胶层通过高温高压处理压制而成,其具有易安装、透光性好、抗风化性强等优点。近年来,夹层玻璃作为一种装置保护结构被广泛应用于建筑行业、交通行业等领域。但是,随着世界各地因局部摩擦产生的恐怖主义事件越来越多,世界各地标志性建筑物成为袭击者首要袭击的对象,与此同时随着经济的发展,人们对于汽车的需求量逐年提升,有关汽车与行人的交通事故数量逐年增加,因此,为了减少恐怖袭击和汽车交通事故对生命财产的损伤,保证人员安全,夹层玻璃在冲击荷载作用下的破坏机理和动态响应的研究显得尤为迫切。通过分析和总结近年来国内外学者在夹层玻璃在冲击荷载作用下的动态响应方面的研究成果,本文采用实验与数值仿真结合的方法,对冲击荷载作用下夹层玻璃的动态响应以及裂纹扩展规律进行了分析研究。主要内容包括:(1)为了实现在所有玻璃实体单元的公共面间批量插入零厚度固有型内聚力单元,进行ABAQUS有限软件的二次功能的开发;(2)采用落锤冲击实验对钢化夹层玻璃在冲击荷载作用下的动态响应和裂纹扩展规律进行了研究,通过改变玻璃尺寸和PVB胶层厚度,分析了不同工况下钢化夹层玻璃的动态力学行为。利用ABAQUS有限元数值仿真软件,建立了钢化夹层玻璃落锤冲击实验的有限元模型,采用在所有玻璃实体单元间的公共面上插入零厚度固有型内聚力单元的方法对在冲击荷载作用下钢化夹层玻璃的冲击破坏以及裂纹扩展过程进行了数值仿真,并将仿真计算结果与实验结果进行对比验证;(3)采用ABAQUS有限元软件,通过改变内聚力模型材料参数K和玻璃厚度并对比仿真结果,研究两者对夹层玻璃的抗冲击性能的影响。本文的研究成果如下:1、通过运用Python语言编写脚本程序,实现在所有玻璃实体单元间公共面上批量插入零厚度的固有型内聚力模型的ABAQUS二次开发功能,为模拟夹层玻璃冲击破坏后的裂纹扩展行为打下基础;2、落锤冲击实验结果表明:1)在相同玻璃厚度和胶层厚度的情况下,夹层玻璃的尺寸对其抗冲击性能有一定影响;随着夹层玻璃尺寸的增大,夹层玻璃的抗冲击性能有一定提升。2)在相同玻璃尺寸和玻璃厚度下,随着PVB胶层厚度的增加有一定提升;3、通过数值仿真结果可知:1)冲击荷载作用下,上玻璃板中心首先产生大量细小裂纹,随后径向裂纹不断向外扩展,同时产生大量环向裂纹;2)随着玻璃K值的增加,钢化夹层玻璃裂纹扩展范围缩小、数量减少,下玻璃板中心位移减小;3)随着玻璃厚度的增大,钢化夹层玻璃裂纹范围缩小、数量减少,下玻璃板中心位移减小。研究结果为钢化夹层玻璃的抗冲击设计和安全防护提供相应的理论参考。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O346.1;TB33
【图文】：

夹胶玻璃,广泛应用

（c）玻璃栈道（d）车站顶棚图 1-1 夹胶玻璃的广泛应用Fig.1-1 The widespread use of laminated glass1.2 钢化夹层玻璃材料1.2.1 钢化玻璃玻璃[1]是一种用多种无机矿物(如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸钡、石灰石、长石、纯碱等)为主要原料，另外加入少量辅助原料制成的非晶无机非金属材料。它的主要成分为二氧化硅和其他氧化物。普通玻璃的化学组成是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 或 Na2O·CaO·6SiO2 等，主要成分是硅酸盐复盐，是一种无规则结构的非晶态固体[2]。广泛应用于建筑物，用来隔风透光。而钢化

内聚力,破坏过程,裂纹尖端

2.1 内聚力模型基本理论2.1.1 内聚力模型概念在内聚力破坏理论[44]中，裂纹尖端（或内聚力区域）处各物质间克服内聚力作用不断分离致使断裂产生，如图 2-1 所示，伴随着受力的增大，裂纹尖端附近的微小区域内受力达到了材料承受极限，裂纹尖端多处孔穴开始生长，裂纹随即产生，促使材料不断软化[45]。所以，在裂纹尖端处材料受到应力场作用发生分离产生微小的分离量并在两分离面间产生作用力，将裂纹尖端处的微小区域视为内聚力区。为了表征内聚力区的力学特性，运用表面张力和分离量有关的函数，即内聚力本构模型。由于无需事先设置预制裂纹，仅通过仿真计算得出裂纹尖端位置和裂纹扩展路径，降低了裂纹尖端应力奇异性问题[46]对模拟裂纹扩展过程的影响。

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