超薄汽車防護(hù)玻璃結(jié)構(gòu)優(yōu)化及仿真設(shè)計(jì).pdf

1、防護(hù)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(yīng)用于政治、軍事、國(guó)防、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域。防護(hù)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(hù)玻璃。本文研究的超薄汽車防護(hù)玻璃是一種應(yīng)用廣泛的防護(hù)玻璃，由無(wú)機(jī)玻璃、聚氨酯(PU)、聚碳酸酯(PC)三層結(jié)構(gòu)組合而成。這種防護(hù)玻璃由于有機(jī)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(hù)能力優(yōu)于夾層玻璃;經(jīng)受沖擊時(shí)，只要不被穿透就不會(huì)有飛濺的碎片產(chǎn)生。相比于國(guó)際上的

2、知名企業(yè)，我國(guó)的汽車防護(hù)玻璃大多由4層及以上的材料復(fù)合而成，厚度一般在5mm之上。國(guó)內(nèi)在超薄汽車防護(hù)玻璃方面的相關(guān)技術(shù)研究較少，大部分集中于對(duì)工藝的改良和材料的改性。分析各層材料對(duì)防護(hù)玻璃整體機(jī)械性能的影響，發(fā)展具有防砸、高透光率、易安裝維護(hù)的實(shí)用型、輕薄型防護(hù)玻璃十分必要。但是由于制備超薄玻璃不僅對(duì)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(duì)超薄防護(hù)玻璃整體的機(jī)械性能研究過(guò)少，無(wú)法形成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，難以達(dá)到指導(dǎo)防護(hù)玻璃

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及優(yōu)化的要求。基于此，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)合有限元仿真，建立含有產(chǎn)品材料參數(shù)、復(fù)合結(jié)構(gòu)組合方式等因素的宏觀模型，從理論上預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)、材質(zhì)對(duì)產(chǎn)品抗沖擊性能的影響，從而降低實(shí)驗(yàn)成本、優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，指導(dǎo)超薄防護(hù)汽車玻璃的制備及性能優(yōu)化。
　　本文通過(guò)研究鋼化玻璃的機(jī)械性能，提出了它的本構(gòu)方程，并利用有限元軟件對(duì)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算，利用熱壓法制備出厚度不同、層合材料不同的防護(hù)玻璃;通過(guò)搭建大型防護(hù)玻璃的沖擊實(shí)驗(yàn)架，測(cè)試出各防護(hù)玻璃的防護(hù)性能;

4、最后利用軟件AnsysWorkbench模擬沖擊試驗(yàn)過(guò)程，將模擬數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，優(yōu)化參數(shù)設(shè)置，從而完善設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)，達(dá)到預(yù)測(cè)超薄防護(hù)玻璃抗沖擊性能、指導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)的要求。研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.超薄汽車防護(hù)玻璃面板材料性能研究。面板材料鋼化玻璃選用的本構(gòu)模型為Johnson-Holmquist模型，它是一種累積損傷失效模型，能準(zhǔn)確的反映材料遭受沖擊過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。該模型包含17個(gè)需要確定的參數(shù)。其中通過(guò)準(zhǔn)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)和動(dòng)

5、態(tài)壓縮試驗(yàn)可以確定應(yīng)變速率的影響。拉伸劈裂實(shí)驗(yàn)?zāi)荛g接地確定最大靜水拉伸壓力。通過(guò)分析文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)，可以推導(dǎo)出鋼化玻璃的HEL值和EOS狀態(tài)方程。其他的常數(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)的擬合、迭代得出或者沿用原始的參數(shù)設(shè)計(jì)。JH-2參數(shù)驗(yàn)證。利用AnsysWorkbench模擬鋼化玻璃的SHPB測(cè)試和防護(hù)玻璃沖擊實(shí)驗(yàn)。在模擬的SHPB測(cè)試中，將本實(shí)驗(yàn)的JH2參數(shù)計(jì)算所得到的桿件中的壓縮波波形與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較。同時(shí)，計(jì)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(duì)照組。在模擬的沖擊實(shí)驗(yàn)中，比較模擬和實(shí)際實(shí)驗(yàn)的玻璃破碎形貌。
　　2.超薄汽車防護(hù)玻璃抗沖擊性能實(shí)驗(yàn)研究。按照國(guó)標(biāo)GA844-2009的規(guī)定，設(shè)計(jì)安裝沖擊架進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，測(cè)試不同厚度和不同組成的防護(hù)玻璃抗沖擊性能。為了優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)中存在兩種組成的防護(hù)玻璃:一種為鋼化玻璃(TG)+PU+PC的結(jié)構(gòu)，另一種為普通玻

7、璃(G)+PU+PC的結(jié)構(gòu)。防護(hù)玻璃抗沖擊性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)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(hù)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(hù)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(hù)玻璃的機(jī)械性能。然后設(shè)置好相關(guān)的沖擊參數(shù)進(jìn)行仿真分析。將得到的模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如果結(jié)果不匹配，則修改參數(shù)重新計(jì)算。通過(guò)反復(fù)的調(diào)整參數(shù)，使得模擬和實(shí)