【摘要】：夾層玻璃是一種新型、簡單的復(fù)合結(jié)構(gòu),一般是由上下兩層玻璃和中間膠層通過高溫高壓處理壓制而成,其具有易安裝、透光性好、抗風(fēng)化性強等優(yōu)點。近年來,夾層玻璃作為一種裝置保護(hù)結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)、交通行業(yè)等領(lǐng)域。但是,隨著世界各地因局部摩擦產(chǎn)生的恐怖主義事件越來越多,世界各地標(biāo)志性建筑物成為襲擊者首要襲擊的對象,與此同時隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對于汽車的需求量逐年提升,有關(guān)汽車與行人的交通事故數(shù)量逐年增加,因此,為了減少恐怖襲擊和汽車交通事故對生命財產(chǎn)的損傷,保證人員安全,夾層玻璃在沖擊荷載作用下的破壞機理和動態(tài)響應(yīng)的研究顯得尤為迫切。通過分析和總結(jié)近年來國內(nèi)外學(xué)者在夾層玻璃在沖擊荷載作用下的動態(tài)響應(yīng)方面的研究成果,本文采用實驗與數(shù)值仿真結(jié)合的方法,對沖擊荷載作用下夾層玻璃的動態(tài)響應(yīng)以及裂紋擴展規(guī)律進(jìn)行了分析研究。主要內(nèi)容包括:(1)為了實現(xiàn)在所有玻璃實體單元的公共面間批量插入零厚度固有型內(nèi)聚力單元,進(jìn)行ABAQUS有限軟件的二次功能的開發(fā);(2)采用落錘沖擊實驗對鋼化夾層玻璃在沖擊荷載作用下的動態(tài)響應(yīng)和裂紋擴展規(guī)律進(jìn)行了研究,通過改變玻璃尺寸和PVB膠層厚度,分析了不同工況下鋼化夾層玻璃的動態(tài)力學(xué)行為。利用ABAQUS有限元數(shù)值仿真軟件,建立了鋼化夾層玻璃落錘沖擊實驗的有限元模型,采用在所有玻璃實體單元間的公共面上插入零厚度固有型內(nèi)聚力單元的方法對在沖擊荷載作用下鋼化夾層玻璃的沖擊破壞以及裂紋擴展過程進(jìn)行了數(shù)值仿真,并將仿真計算結(jié)果與實驗結(jié)果進(jìn)行對比驗證;(3)采用ABAQUS有限元軟件,通過改變內(nèi)聚力模型材料參數(shù)K和玻璃厚度并對比仿真結(jié)果,研究兩者對夾層玻璃的抗沖擊性能的影響。本文的研究成果如下:1、通過運用Python語言編寫腳本程序,實現(xiàn)在所有玻璃實體單元間公共面上批量插入零厚度的固有型內(nèi)聚力模型的ABAQUS二次開發(fā)功能,為模擬夾層玻璃沖擊破壞后的裂紋擴展行為打下基礎(chǔ);2、落錘沖擊實驗結(jié)果表明:1)在相同玻璃厚度和膠層厚度的情況下,夾層玻璃的尺寸對其抗沖擊性能有一定影響;隨著夾層玻璃尺寸的增大,夾層玻璃的抗沖擊性能有一定提升。2)在相同玻璃尺寸和玻璃厚度下,隨著PVB膠層厚度的增加有一定提升;3、通過數(shù)值仿真結(jié)果可知:1)沖擊荷載作用下,上玻璃板中心首先產(chǎn)生大量細(xì)小裂紋,隨后徑向裂紋不斷向外擴展,同時產(chǎn)生大量環(huán)向裂紋;2)隨著玻璃K值的增加,鋼化夾層玻璃裂紋擴展范圍縮小、數(shù)量減少,下玻璃板中心位移減小;3)隨著玻璃厚度的增大,鋼化夾層玻璃裂紋范圍縮小、數(shù)量減少,下玻璃板中心位移減小。研究結(jié)果為鋼化夾層玻璃的抗沖擊設(shè)計和安全防護(hù)提供相應(yīng)的理論參考。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O346.1;TB33
【圖文】：

（c）玻璃棧道 （d）車站頂棚圖 1-1 夾膠玻璃的廣泛應(yīng)用Fig.1-1 The widespread use of laminated glass1.2 鋼化夾層玻璃材料1.2.1 鋼化玻璃玻璃[1]是一種用多種無機礦物(如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸鋇、石灰石、長石、純堿等)為主要原料，另外加入少量輔助原料制成的非晶無機非金屬材料。它的主要成分為二氧化硅和其他氧化物。普通玻璃的化學(xué)組成是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2 或 Na2O·CaO·6SiO2 等，主要成分是硅酸鹽復(fù)鹽，是一種無規(guī)則結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)固體[2]。廣泛應(yīng)用于建筑物，用來隔風(fēng)透光。而鋼化

2.1 內(nèi)聚力模型基本理論2.1.1 內(nèi)聚力模型概念在內(nèi)聚力破壞理論[44]中，裂紋尖端（或內(nèi)聚力區(qū)域）處各物質(zhì)間克服內(nèi)聚力作用不斷分離致使斷裂產(chǎn)生，如圖 2-1 所示，伴隨著受力的增大，裂紋尖端附近的微小區(qū)域內(nèi)受力達(dá)到了材料承受極限，裂紋尖端多處孔穴開始生長，裂紋隨即產(chǎn)生，促使材料不斷軟化[45]。所以，在裂紋尖端處材料受到應(yīng)力場作用發(fā)生分離產(chǎn)生微小的分離量并在兩分離面間產(chǎn)生作用力，將裂紋尖端處的微小區(qū)域視為內(nèi)聚力區(qū)。為了表征內(nèi)聚力區(qū)的力學(xué)特性，運用表面張力和分離量有關(guān)的函數(shù)，即內(nèi)聚力本構(gòu)模型。由于無需事先設(shè)置預(yù)制裂紋，僅通過仿真計算得出裂紋尖端位置和裂紋擴展路徑，降低了裂紋尖端應(yīng)力奇異性問題[46]對模擬裂紋擴展過程的影響。

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