本文關(guān)鍵詞：基于聚合模型的汽車風(fēng)擋玻璃沖擊破壞現(xiàn)象研究

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【摘要】：夾層玻璃通常為兩塊普通鈣鈉玻璃及一層聚乙烯醇縮丁醛(PVB)膜片經(jīng)高溫高壓黏合而成的三明治復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。盡管它是一種簡(jiǎn)單的復(fù)合材料,但是廣泛應(yīng)用于汽車及建筑領(lǐng)域。作為汽車的重要部件之一,汽車風(fēng)擋玻璃沖擊破壞特性的研究對(duì)于行人保護(hù)、事故再現(xiàn)及風(fēng)擋玻璃的設(shè)計(jì)具有重要的意義。目前學(xué)者們普遍采用理論分析、試驗(yàn)研究及數(shù)值仿真分析等三種手段研究這一問(wèn)題�？紤]到數(shù)值仿真分析方法的優(yōu)越性,本文系統(tǒng)地研究了基于聚合模型的有限元仿真分析方法。首先,針對(duì)玻璃材料在法向和切向破壞過(guò)程中能量釋放率的不同,將一種考慮了裂紋路徑依賴性的二維非固有聚合模型擴(kuò)展到三維用于描述玻璃材料的破壞。采用了一種基于相鄰關(guān)系的緊湊高效的拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(命名為Top S)以存儲(chǔ)和更新脆性破壞過(guò)程中有限單元網(wǎng)格的信息。然后,考慮到脆性材料破壞過(guò)程中的接觸特性,提出了一種高效的全局接觸搜索算法和一種穩(wěn)健的局部接觸算法。該全局搜索算法包括常規(guī)搜索和動(dòng)態(tài)搜索兩個(gè)步驟。常規(guī)搜索采用一種名為L(zhǎng)C-Grid的線性搜索算法;基于LC-Grid的動(dòng)態(tài)搜索的提出可高效地確定由于裂紋的產(chǎn)生及擴(kuò)展而新產(chǎn)生的潛在接觸對(duì)。在局部接觸算法中,考慮了兩種基本的接觸形式:點(diǎn)面接觸和邊邊接觸。所提出的局部接觸算法可避免在模擬脆性材料破壞時(shí)可能發(fā)生的接觸力突變的問(wèn)題,且兩種接觸形式均可采用內(nèi)外算法進(jìn)行判定。通過(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)值算例驗(yàn)證了所提出的接觸算法的有效性。此外,耦合了上述提及的非固有聚合模型和局部接觸算法以考慮聚合模型在混合加載模式下的單側(cè)和摩擦滑移效應(yīng)。最后,提出了一個(gè)夾層玻璃的有限元模型。在該模型中,有限單元類型采用六面體單元,且使用固有聚合模型描述玻璃與PVB膜間的黏結(jié)。PVB材料的非線性特性采用Mooney-Rivlin本構(gòu)模型描述。仿真分析了夾層玻璃梁的沖擊破壞現(xiàn)象,并將仿真結(jié)果與相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,定性地驗(yàn)證了所提出模型的有效性。此外,數(shù)值地研究了夾層玻璃中玻璃裂紋產(chǎn)生的機(jī)理及PVB膜和黏性對(duì)玻璃裂紋的影響。仿真分析了夾層玻璃板在落錘沖擊下的破壞現(xiàn)象,觀測(cè)到玻璃的兩種主要裂紋形式:徑向裂紋和環(huán)向裂紋。仿真分析得到的裂紋形式及沖擊力時(shí)間歷程曲線與相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果吻合一致,驗(yàn)證了本文提出的算法在夾層玻璃沖擊破壞仿真分析中的有效性�；谝陨咸岢龅乃惴�,使用Fortran 90/95編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了適用于汽車夾層玻璃及其它脆性材料沖擊破壞仿真分析的有限元求解器,FEP-Fracture。
【關(guān)鍵詞】：汽車風(fēng)擋玻璃 聚合模型 接觸算法 沖擊破壞 有限元法
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U463.835
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 研究背景及意義12-14
• 1.2 夾層玻璃失效研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3 聚合模型在材料失效仿真分析中的應(yīng)用18-21
• 1.4 本文工作概述21-23
• 第二章 動(dòng)力有限元基本原理23-34
• 2.1 引言23
• 2.2 控制方程弱形式23-24
• 2.3 有限元離散24-26
• 2.4 六面體等參單元26-31
• 2.4.1 高斯積分27-28
• 2.4.2 沙漏控制28-31
• 2.4.3 自鎖31
• 2.5 中心差分法31-32
• 2.6 應(yīng)力更新32-33
• 2.7 本章小結(jié)33-34
• 第三章 基于有限元方法的聚合模型開(kāi)發(fā)34-48
• 3.1 引言34
• 3.2 問(wèn)題描述34-35
• 3.3 非固有聚合模型35-39
• 3.4 固有聚合模型39-41
• 3.5 聚合模型有限元實(shí)現(xiàn)41-43
• 3.6 TopS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)43-47
• 3.6.1 TopS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)介紹43-45
• 3.6.2 TopS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在聚合破壞中的應(yīng)用45-47
• 3.7 本章小結(jié)47-48
• 第四章 沖擊破壞接觸算法研究48-79
• 4.1 引言48
• 4.2 問(wèn)題描述48-49
• 4.3 全局搜索算法49-63
• 4.3.1 常規(guī)搜索50-57
• 4.3.2 動(dòng)態(tài)搜索57-59
• 4.3.3 全局搜索算法實(shí)現(xiàn)59-63
• 4.4 局部搜索算法63-67
• 4.4.1 點(diǎn)面接觸64-65
• 4.4.2 邊邊接觸65-67
• 4.5 接觸力計(jì)算67-69
• 4.5.1 基于Mortar的點(diǎn)面接觸力計(jì)算68
• 4.5.2 改進(jìn)的邊邊接觸力計(jì)算68-69
• 4.6 接觸與聚合模型耦合69-70
• 4.7 數(shù)值算例70-78
• 4.7.1 動(dòng)態(tài)接觸搜索問(wèn)題70-73
• 4.7.2 塊體碰撞問(wèn)題73-75
• 4.7.3 兩桿碰撞問(wèn)題75-76
• 4.7.4 接觸力突變問(wèn)題76-78
• 4.8 本章小結(jié)78-79
• 第五章 夾層玻璃沖擊破壞仿真分析79-107
• 5.1 引言79
• 5.2 夾層玻璃有限元模型79-82
• 5.3 PVB材料模型82-84
• 5.4 沖擊破壞仿真分析軟件FEP-Fracture簡(jiǎn)介84-88
• 5.5 夾層玻璃梁沖擊破壞仿真分析88-99
• 5.5.1 夾層玻璃梁落錘試驗(yàn)89-91
• 5.5.2 仿真分析91-93
• 5.5.3 PVB膜對(duì)玻璃裂紋的影響93-97
• 5.5.4 黏結(jié)強(qiáng)度對(duì)玻璃裂紋的影響97-99
• 5.6 夾層玻璃板沖擊破壞仿真分析99-106
• 5.6.1 夾層玻璃板落錘試驗(yàn)99-100
• 5.6.2 有限元模型及材料參數(shù)100-102
• 5.6.3 仿真結(jié)果及討論102-106
• 5.7 本章小結(jié)106-107
• 第六章 結(jié)論與展望107-109
• 參考文獻(xiàn)109-122
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果122-125
• 致謝125-126
• 附件126

【參考文獻(xiàn)】

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1 董麗萍;朱西產(chǎn);馬志雄;張軼川;;基于頭部合成加速度波形的發(fā)動(dòng)機(jī)罩夾心層設(shè)計(jì)[J];汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào);2010年04期

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1 楊忠高;基于FEM、DEM/FEM的汽車風(fēng)擋玻璃沖擊破壞現(xiàn)象仿真分析與實(shí)驗(yàn)研究[D];華南理工大學(xué);2014年

2 高偉;汽車玻璃沖擊破壞現(xiàn)象的離散元/有限元耦合仿真方法研究[D];華南理工大學(xué);2013年

3 雷周;FEM與DEM耦合方法研究及在汽車玻璃沖擊破壞問(wèn)題中的應(yīng)用[D];華南理工大學(xué);2011年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 陳虎;基于FEM/DEM的頭部撞擊擋風(fēng)玻璃的仿真方法研究[D];華南理工大學(xué);2011年

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本文編號(hào)：757419