基于固有内聚力模型的汽车风挡玻璃冲击破坏仿真研究
发布时间：2020-11-10 19:34
近年来,汽车保有量迅猛增加,为国民日常生活带来便利的同时也造成人车碰撞事故的频繁发生。人车安全事故中,行人头部常常与机动车辆的前挡玻璃发生冲击碰撞现象,从而导致行人头部受到严重甚至致命的损伤。显然,对汽车风挡玻璃的冲击破坏特性进行深入研究具有重要工程意义。目前,研究该问题的方法主要有理论分析、试验研究与仿真分析三种。基于仿真分析方法的优越性,本文采用固有内聚力模型仿真分析方法研究汽车前挡玻璃的冲击破坏性能,以有效描述玻璃脆性材料的冲击破坏响应过程。在介绍双线性内聚力模型基本理论的基础上,本文通过编写程序实现所有玻璃有限单元公共界面处内聚力单元的添加,以建立适用于夹层玻璃板冲击破坏现象的固有内聚力模型。然后,使用有限元商业软件LS-DYNA仿真分析落锤冲击夹层玻璃板的过程。夹层玻璃板的裂纹形态分布和落锤冲击加速度的仿真与试验结果呈现良好的一致性,验证了内聚力模型仿真分析方法的有效性。构建假人头型有限元模型并依据相关标定实验进行验证后,建立了包含内聚力模型的汽车风挡玻璃冲击破坏分析用有限元模型,进行了假人头型与汽车风挡玻璃冲击破坏仿真分析。仿真分析结果与对应冲击试验结果的良好一致性,进一步确认了基于内聚力模型的有限元方法在行人保护评价方面的有效性。同时,还采用单元删除法仿真分析汽车风挡玻璃的冲击破坏过程,并与内聚力模型方法得到的假人头型加速度、汽车风挡玻璃破碎裂纹形态、假人头部损伤值进行对比分析。结果表明,内聚力模型方法得到的仿真分析结果与冲击试验结果呈现更好的一致性。基于固有内聚力模型的有限元仿真方法,本文还仿真研究了模型化方法(网格依赖性与内聚力模型刚度)和风挡玻璃材料物性(玻璃破坏强度、PVB膜剪切模量以及玻璃与PVB膜界面间的黏合强度)对汽车风挡玻璃冲击破坏动态响应的影响。综上所述,经过实验检验的基于内聚力模型的有限元仿真方法,将为包括假人头型冲击汽车风挡玻璃的行人保护评价与汽车风挡优化设计提供有效的仿真分析手段,研究工作具有重要的工程应用价值。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.835
【部分图文】：
般为夹层玻璃，即由两层普通钙钠玻璃板与中间层tyral）薄膜经抽真空与高压高温等工艺处理后黏合为 1-1 所示。汽车前挡玻璃隔离车内司乘人员与驾驶一，它不仅为车内乘客提供了全方位视野，还集成，汽车前挡玻璃具有较好的强度特性，是重要的汽，汽车前挡玻璃以良好的抗冲击性能抵挡车外物体员飞出车外，以保护驾驶员与车内乘客的生命安全冲性能，能有效吸收人车碰撞事故时产生的冲击能伤亡程度。并且，当汽车玻璃遭受冲击破坏时，上PVB 膜上，以减少甚至避免飞溅碎片对行人和车内人是与车内人员和弱势道路使用者的生命安全紧密相
弱势道路使用者的头部是人车安全事故中最容易受伤的部位之一。与此同时，Otte等人指出头部损伤是导致弱势道路使用者伤亡的主要诱因之一[4]。经过对北京市近年来发生的 184 起人车安全事故统计分析，刘博涵等人研究发现弱势道路使用者的头部接触部位主要有地面、风挡玻璃、发动机罩及后视镜，具体如图 1-3 所示[5]。由图可知，行人的头部与汽车风挡玻璃发生冲击碰撞现象的几率较高，其值为 44.25%。因此，我们可以发现行人头部模块冲击碰撞汽车前挡玻璃是导致弱势道路使用者在人车事故中伤亡的重要原因之一。为此，以 EURO-NCAP、2003/102/EC 法规等为代表的弱势道路使用者保护法规对于行人头部的碰撞损伤程度给予了明确的评价方法与标准，并且汽车前挡玻璃是重要的伤害评价区域。此外，汽车挡风玻璃的冲击破坏裂纹富含人车事故中真实的信息。因此，对汽车风挡玻璃的冲击破坏特性进行深入研究，不仅有利于还原人车碰撞事故的真实情形，还可为交通事故责任鉴定及原因分析提供技术支持。综上所述，汽车风挡玻璃作为重要的汽车安全部件之一，对其破坏机理进行深入研究分析具有重要的工程应用意义。
图 1-3 人车碰撞事故中头部与汽车接触部位分布图[5] 研究现状汽车风挡玻璃的结构为简单的三明治夹层结构，其中，上下两层的钙钠玻璃属料，而中间层 PVB 膜为超弹性材料，两者的材料物性差异较大，并且玻璃与的接触关系为不完全黏合作用。因此，夹层玻璃板的冲击破坏行为十分复杂，击破坏特性显然是一项非常艰巨的任务。至今，许多国内外学者采用理论分析究及仿真分析三种研究方法深入研究汽车夹层玻璃的冲击破坏机理。目前，学采用理论分析方法描述夹层玻璃的力学特性非常简单有效，但只能局限于玻璃时或者失效破坏后阶段[6-8]。.1 试验研究现状目前，国内外学者们对夹层玻璃板的力学性能特性展开一系列的试验研究。根
【参考文献】
本文编号：2878271
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.835
【部分图文】：
般为夹层玻璃，即由两层普通钙钠玻璃板与中间层tyral）薄膜经抽真空与高压高温等工艺处理后黏合为 1-1 所示。汽车前挡玻璃隔离车内司乘人员与驾驶一，它不仅为车内乘客提供了全方位视野，还集成，汽车前挡玻璃具有较好的强度特性，是重要的汽，汽车前挡玻璃以良好的抗冲击性能抵挡车外物体员飞出车外，以保护驾驶员与车内乘客的生命安全冲性能，能有效吸收人车碰撞事故时产生的冲击能伤亡程度。并且，当汽车玻璃遭受冲击破坏时，上PVB 膜上，以减少甚至避免飞溅碎片对行人和车内人是与车内人员和弱势道路使用者的生命安全紧密相
弱势道路使用者的头部是人车安全事故中最容易受伤的部位之一。与此同时，Otte等人指出头部损伤是导致弱势道路使用者伤亡的主要诱因之一[4]。经过对北京市近年来发生的 184 起人车安全事故统计分析，刘博涵等人研究发现弱势道路使用者的头部接触部位主要有地面、风挡玻璃、发动机罩及后视镜，具体如图 1-3 所示[5]。由图可知，行人的头部与汽车风挡玻璃发生冲击碰撞现象的几率较高，其值为 44.25%。因此，我们可以发现行人头部模块冲击碰撞汽车前挡玻璃是导致弱势道路使用者在人车事故中伤亡的重要原因之一。为此，以 EURO-NCAP、2003/102/EC 法规等为代表的弱势道路使用者保护法规对于行人头部的碰撞损伤程度给予了明确的评价方法与标准，并且汽车前挡玻璃是重要的伤害评价区域。此外，汽车挡风玻璃的冲击破坏裂纹富含人车事故中真实的信息。因此，对汽车风挡玻璃的冲击破坏特性进行深入研究，不仅有利于还原人车碰撞事故的真实情形，还可为交通事故责任鉴定及原因分析提供技术支持。综上所述，汽车风挡玻璃作为重要的汽车安全部件之一，对其破坏机理进行深入研究分析具有重要的工程应用意义。
图 1-3 人车碰撞事故中头部与汽车接触部位分布图[5] 研究现状汽车风挡玻璃的结构为简单的三明治夹层结构，其中，上下两层的钙钠玻璃属料，而中间层 PVB 膜为超弹性材料，两者的材料物性差异较大，并且玻璃与的接触关系为不完全黏合作用。因此，夹层玻璃板的冲击破坏行为十分复杂，击破坏特性显然是一项非常艰巨的任务。至今，许多国内外学者采用理论分析究及仿真分析三种研究方法深入研究汽车夹层玻璃的冲击破坏机理。目前，学采用理论分析方法描述夹层玻璃的力学特性非常简单有效，但只能局限于玻璃时或者失效破坏后阶段[6-8]。.1 试验研究现状目前，国内外学者们对夹层玻璃板的力学性能特性展开一系列的试验研究。根
【参考文献】
相关期刊论文 前6条
1 陈晶晶;许骏;刘博涵;孙岳霆;徐晓庆;李一兵;;PVB夹层玻璃裂纹扩展的参数化实验研究[J];汽车工程;2015年02期
2 李景涛;刘卫国;张金换;赵福全;;行人头型冲击器建模方法及标定试验分析[J];汽车技术;2013年09期
3 欧迎春;臧曙光;陈记寿;吴云龙;邱岩;马眷荣;;胶片性能对夹层玻璃抗穿透能力的影响[J];武汉理工大学学报;2010年22期
4 许骏;刘博涵;葛东云;李一兵;;低速冲击下的聚乙烯醇缩丁醛夹层风挡玻璃动态响应研究[J];兵工学报;2010年S1期
5 臧孟炎;雷周;尾田十八;;汽车玻璃的静力学特性和冲击破坏现象[J];机械工程学报;2009年02期
6 刘奇;夏勇;周青;;EEVC行人头模块标定试验[J];汽车技术;2006年S1期
相关博士学位论文 前1条
1 刘博涵;汽车风挡玻璃夹层材料的力学特性与吸能机理研究[D];清华大学;2014年
本文编号：2878271
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/qiche/2878271.html
