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)化的一個復(fù)雜的力學(xué)過程，實驗以及現(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)值實驗，考察了IZA算法的特點，比較了IZA算法與同類最新報道算法(DCM)間的計算效率，證實了IZA算法的

3、優(yōu)勢。緊接著，利用此離散元分析系統(tǒng)分別對立方塊體和懸臂梁在沖擊載荷下的振動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)行計算，并將計算結(jié)果與相同條件下有限元商業(yè)軟件LS-DYNA的計算結(jié)果作了比較，驗證了彈性范圍內(nèi)該系統(tǒng)的計算精度。最后，模擬了夾層玻璃梁沖擊破壞過程，通過數(shù)值計算揭示了玻璃表面裂紋的發(fā)生、擴展情況；對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，獲取了整個破壞過程詳細(xì)信息；通過比較沖擊子受最大沖擊力和動能耗散量，從