本文關(guān)鍵詞：超薄汽車防護玻璃結(jié)構(gòu)優(yōu)化及仿真設(shè)計

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【摘要】：防護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、國防、經(jīng)濟等領(lǐng)域。防護玻璃主要有四種類型：單層鋼化玻璃、夾層玻璃、貼膜玻璃和防護玻璃。本文研究的超薄汽車防護玻璃是一種應(yīng)用廣泛的防護玻璃,由無機玻璃、聚氨酯(PU)、聚碳酸酯(PC)三層結(jié)構(gòu)組合而成。這種防護玻璃由于有機材料含量高,比重較低,并且在同等厚度或同等重量的情況下,防護能力優(yōu)于夾層玻璃；經(jīng)受沖擊時,只要不被穿透就不會有飛濺的碎片產(chǎn)生。相比于國際上的知名企業(yè),我國的汽車防護玻璃大多由4層及以上的材料復(fù)合而成,厚度一般在5mm之上。國內(nèi)在超薄汽車防護玻璃方面的相關(guān)技術(shù)研究較少,大部分集中于對工藝的改良和材料的改性。分析各層材料對防護玻璃整體機械性能的影響,發(fā)展具有防砸、高透光率、易安裝維護的實用型、輕薄型防護玻璃十分必要。但是由于制備超薄玻璃不僅對生產(chǎn)工藝要求極高,并且也伴隨著高昂的制造成本,使得目前對超薄防護玻璃整體的機械性能研究過少,無法形成系統(tǒng)的設(shè)計數(shù)據(jù)庫,難以達到指導(dǎo)防護玻璃結(jié)構(gòu)設(shè)計以及優(yōu)化的要求。基于此,本文通過實驗結(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)測結(jié)構(gòu)、材質(zhì)對產(chǎn)品抗沖擊性能的影響,從而降低實驗成本、優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計,指導(dǎo)超薄防護汽車玻璃的制備及性能優(yōu)化。本文通過研究鋼化玻璃的機械性能,提出了它的本構(gòu)方程,并利用有限元軟件對參數(shù)進行驗算,利用熱壓法制備出厚度不同、層合材料不同的防護玻璃；通過搭建大型防護玻璃的沖擊實驗架,測試出各防護玻璃的防護性能；最后利用軟件AnsysWorkbench模擬沖擊試驗過程,將模擬數(shù)據(jù)和試驗結(jié)果進行對比,優(yōu)化參數(shù)設(shè)置,從而完善設(shè)計的數(shù)據(jù)庫,達到預(yù)測超薄防護玻璃抗沖擊性能、指導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)的要求。研究內(nèi)容如下：1.超薄汽車防護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,能準確的反映材料遭受沖擊過程中的動力學響應(yīng)。該模型包含17個需要確定的參數(shù)。其中通過準靜態(tài)壓縮試驗和動態(tài)壓縮試驗可以確定應(yīng)變速率的影響。拉伸劈裂實驗?zāi)荛g接地確定最大靜水拉伸壓力。通過分析文獻中的數(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)通過計算機的擬合、迭代得出或者沿用原始的參數(shù)設(shè)計。JH-2參數(shù)驗證。利用AnsysWorkbench模擬鋼化玻璃的SHPB測試和防護玻璃沖擊實驗。在模擬的SHPB測試中,將本實驗的JH2參數(shù)計算所得到的桿件中的壓縮波波形與實際實驗結(jié)果相比較。同時,計算原始JH2參數(shù)和退火玻璃的JH2參數(shù)所得到的壓縮波波形作為對照組。在模擬的沖擊實驗中,比較模擬和實際實驗的玻璃破碎形貌。2.超薄汽車防護玻璃抗沖擊性能實驗研究。按照國標GA844-2009的規(guī)定,設(shè)計安裝沖擊架進行沖擊試驗,測試不同厚度和不同組成的防護玻璃抗沖擊性能。為了優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計,設(shè)計兩種不同的組合：第一組為68J的三次沖擊。第二組為120J的大鐵球的六次沖擊。且每一組實驗中存在兩種組成的防護玻璃：一種為鋼化玻璃(TG)+PU+PC的結(jié)構(gòu),另一種為普通玻璃(G)+PU+PC。的結(jié)構(gòu)。防護玻璃抗沖擊性能的衡量標準為：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)和防護玻璃的機械性能。然后設(shè)置好相關(guān)的沖擊參數(shù)進行仿真分析。將得到的模擬結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比,如果結(jié)果不匹配,則修改參數(shù)重新計算。通過反復(fù)的調(diào)整參數(shù),使得模擬和實際實驗的結(jié)果相互匹配,從而結(jié)束計算。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U463.835;TQ171.11

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