[发明专利]夹层玻璃抗冲击性能预测和结构优化方法

说明书

本发明公开了一种夹层玻璃抗冲击性能预测和结构优化方法，包括以下步骤：获取玻璃和夹层薄膜的结构参数和材料性能参数，以及外部冲击载荷参数；将获取到的参数作为预先构建的抗冲击性能预测模型的输入，得到抗冲击性能预测模型的输出，即为夹层玻璃抗冲击性能结果；基于近场动力学理论将夹层玻璃实体模型离散成一系列空间物质点，生成物质点的空间坐标；基于空间坐标，构建考虑夹层玻璃中玻璃脆性特征以及PVB粘性特征的本构关系；确定冲击物与夹层玻璃的接触关系，以及玻璃与PVB薄膜的接触关系；确定夹层玻璃实体模型的边界条件，预测计算，获得夹层玻璃的抗冲击性能结果。本发明有效的预测分析夹层玻璃在冲击破坏下的力学行为及破坏问题。

技术领域

本发明涉及一种夹层玻璃抗冲击性能预测和结构优化方法，尤其涉及一种基于态型近场动力学方法预测分析夹层玻璃在动态冲击下从裂纹萌生到扩展直至破坏的全过程的实现方法，属于复合材料工程技术领域和高强度防爆夹层玻璃材料结构工程领域。

背景技术

夹层玻璃作为一种应用广泛的复合材料，不仅具有防风、防雨、防热、防声的能力，而且在基础设施和军事领域都起着重要的作用。夹层玻璃中PVB薄膜的粘性特征，在受到冲击破坏时，可以有效吸附玻璃碎片，降低玻璃碎片飞溅导致的危害，因此越来越广泛地被应用于汽车、建筑等工程应用方面。随着应用要求的不断提高，通过数值模拟方法验证其安全可靠性也成为了众多技术人员的重要手段以及研究重点。

近场动力学(Peridynamics，简称PD)作为一种新兴的基于非局部作用思想的多尺度力学方法，基于空间积分方程描述物质的力学行为，可以自发描述断裂的生成，无需额外的断裂准则，避免了传统连续介质力学在求解不连续问题时的奇异性，因此对于不连续问题具有独特的优势。

近场动力学理论自被提出以来，经过多年不断地发展与完善，目前主要有两种类型方法：键型近场动力学方法(Bond-Based Peridynamics)和态型近场动力学方法(State-Based Peridynamics)。态型近场动力学方法突破了最初的键型近场动力学方法在描述材料泊松比及塑性行为方面的局限性，近年来受到越来越多的研究者的关注与青睐。

对于夹层玻璃动态冲击破坏这类不连续以及大变形问题，传统连续介质力学方法基于偏微分方程求解，需要预制裂纹路径及扩展准则，因此面临不连续处奇异性、网格依赖性等问题。因此需要设计一种新的夹层玻璃抗冲击性能预测和结构优化方法，以解决现有技术中对于夹层玻璃抗冲击性能预测存在不连续处奇异性、网格依赖性的问题，以及由此导致夹层玻璃抗冲击性能预测与实际实验结果存在偏差导致预测不精确的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中对于传统连续介质力学方法处理动态不连续力学问题导致夹层玻璃抗冲击性能预测存在偏差、不够精确的不足，提供一种夹层玻璃抗冲击性能预测和结构优化方法，技术方案如下：

夹层玻璃抗冲击性能预测方法，包括以下步骤：

获取玻璃和夹层薄膜的结构参数和材料性能参数，以及外部冲击载荷参数；

将获取到的参数作为预先构建的抗冲击性能预测模型的输入，得到抗冲击性能预测模型的输出，即为夹层玻璃抗冲击性能结果；

采用预先构建的抗冲击性能预测模型进行抗冲击性能预测的方法包括：

基于玻璃和夹层薄膜的结构参数和材料性能参数，构建夹层玻璃的实体模型，基于外部冲击载荷参数，构建冲击力影响下的夹层玻璃实体模型；

基于非局部近场动力学理论将夹层玻璃实体模型离散成一系列空间物质点，生成物质点的空间坐标；

基于空间坐标，构建考虑夹层玻璃中玻璃脆性特征以及PVB粘性特征的本构关系；

确定冲击物与夹层玻璃的接触关系，以及玻璃与PVB薄膜的接触关系；