三維離散元法的研究及其在汽車玻璃沖擊破壞問題中的應(yīng)用.pdf

1、汽車玻璃由兩片玻璃和一片PVB膠片，在高溫下經(jīng)高壓組合而成，是汽車的一個(gè)重要組成部分。大量交通事故表明，其力學(xué)性能特別是抗沖擊破壞性能對(duì)駕乘人員的安全有著重要的影響。汽車玻璃沖擊破壞過程本質(zhì)上是材料由連續(xù)體向非連續(xù)體轉(zhuǎn)化的一個(gè)復(fù)雜的力學(xué)過程，實(shí)驗(yàn)以及現(xiàn)存的一些建立在連續(xù)介質(zhì)理論基礎(chǔ)上的數(shù)值方法在研究這一問題中存在著一些困難。20世紀(jì)90年代中期，J.Oda,M.Zang成功地建立了汽車玻璃梁二維離散元模型，本文在此模型的基礎(chǔ)上提出了汽車

2、玻璃的三維離散元模型。 本文首次將三維離散元法應(yīng)用于汽車玻璃沖擊破壞問題的仿真研究。首先，建立了汽車玻璃的三維離散元模型，包括玻璃和PVB的三維離散元幾何模型、本構(gòu)模型和破壞模型，并開發(fā)了相應(yīng)的分析程序，該程序包括前后處理系統(tǒng)和核心求解程序。然后，針對(duì)大尺寸比離散元模型，發(fā)展了一種新的接觸檢索算法——IZA算法。通過大量數(shù)值實(shí)驗(yàn)，考察了IZA算法的特點(diǎn)，比較了IZA算法與同類最新報(bào)道算法(DCM)間的計(jì)算效率，證實(shí)了IZA算法的

3、優(yōu)勢(shì)。緊接著，利用此離散元分析系統(tǒng)分別對(duì)立方塊體和懸臂梁在沖擊載荷下的振動(dòng)過程以及普通玻璃和夾層玻璃板在彈性范圍沖擊響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與相同條件下有限元商業(yè)軟件LS-DYNA的計(jì)算結(jié)果作了比較，驗(yàn)證了彈性范圍內(nèi)該系統(tǒng)的計(jì)算精度。最后，模擬了夾層玻璃梁沖擊破壞過程，通過數(shù)值計(jì)算揭示了玻璃表面裂紋的發(fā)生、擴(kuò)展情況；對(duì)普通玻璃和夾層玻璃板沖擊破壞問題進(jìn)行了數(shù)值模擬，獲取了整個(gè)破壞過程詳細(xì)信息；通過比較沖擊子受最大沖擊力和動(dòng)能耗散量，從