基于Ansys workbench的防护玻璃冲击模拟方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及基于Ansys Workbench的防护玻璃冲击模拟方法，属于冲击模拟领域。
【背景技术】
[0002]防护玻璃作为具有防护各种攻击能力的特种玻璃，是关系人们安全的一种重要安保手段，已广泛应用于政治、军事、国防、经济等领域。随着社会经济的发展以及民众安防意识的不断提高，防护玻璃已经开始渗透到社会生活的各个方面，民用防护玻璃的需求正不断增长。现有防护玻璃分为钢化玻璃、夹层玻璃、贴膜玻璃等几个类型。其中夹层玻璃最为重要，应用范围也最为广泛。夹层玻璃往往通过不同的粘接剂例如:聚氨酯(HJ)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)将各种透明材料粘合在一起，增强其防护性能。本专利的层合玻璃由钢化玻璃、PU、PC三层结构组合而成。现防护玻璃的相关研究往往集于工艺上的改良，例如粘接温度、保温时间、冷却时间等等。但是人们对于防护玻璃，特别是超薄防护玻璃的力学性能实验过少，不能够形成系统的设计数据库，难以达到指导防护玻璃结构设计以及优化相关参数的要求。
[0003]在测试的过程当中，大型的平板防护玻璃其测试安装麻烦，并且对于大型防护玻璃，市场上的一般冲击装置无法满足条件。其次，相关规范中所涉及的夹持支架过于简陋，加工困难，成本过高，操作上人为因素影响大，使得实验的准确性和信服度降低。最后，层合玻璃中各层的材料不一样，难以分析各层之间抵抗冲击的能力。更为重要的是，为了得到准确的结果，每次冲击性能的测试需要重复多次，这造成了材料和成本的极大浪费。
[0004]为了解决实验困难、数据不够的问题，通过计算机数值模拟的方法与实际操作相结合，建立产品材料参数、复合结构组合方式等因素与宏观性能的关系模型，从理论上预测结构、材质对产品机械性能的影响。从而可以降低实验成本，优化产品的设计，提升层合玻璃的防护性能。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于Ansysworkbench的防护玻璃冲击模拟方法。
[0006]为解决上述问题，本发明的解决方案是:
[0007]提供一种基于Ansys workbench的防护玻璃冲击模拟方法，包括如下步骤:
[0008](I)用Ansys workbench软件中的Designer model模块建立冲击棒和防护玻璃的三维仿真模型；其中，冲击棒有三根，均为圆台形锐器，上下底面半径分别为20mm、15mm，长度为150mm ;防护玻璃是由上自下的钢化玻璃、聚氨酯、聚碳酸酯三层材料粘合而成，平面尺寸为610X610mm ;三根冲击棒设置为由上至下同轴竖向布置，相邻两根冲击棒的端面相距55?65mm，最下方冲击棒与防护玻璃的上表面相距55?65mm ；
[0009](2)将冲击棒和防护玻璃的三维仿真模型传递到Ansys workbench软件的mechanical模块中；采用Multizone方式对模型进行网格划分；设置层合玻璃的边界条件为固定支撑，初始化冲击件的冲击速度；三根冲击棒设置为同时自由下落，依次冲击防护玻璃的同一位置；三根冲击棒均设置为冲击过程中互不接触，避免出现碰撞的情况；
[0010](3)设置模型中各材料的本构方程参数后，进行仿真运算得到仿真结果，以此作为衡量防护玻璃的抗冲击性能指标；所述仿真结果包括:防护玻璃各层的应力分布云图、是否击穿、冲击棒的反弹速度、防护玻璃的位移；
[0011](4)分别设置防护玻璃中钢化玻璃和PC(聚碳酸酯)层为不同厚度，在相同的设置条件下进行多次模拟计算，以最上面一根冲击棒的最大反弹速度作为衡量抗冲击性能的指标，以此确定最优化的厚度设计。
[0012]本发明中，在步骤(I)中，对于方形的防护玻璃，冲击棒的冲击位置设置于防护玻璃的对称中心；对于冲级棒和防护玻璃的模型以其轴心作为垂直切割面的交汇位置，取其四等分之后的1/4的部分进行模拟计算。(这样可以在不影响计算结果的条件下，提高运算效率。)
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0014](I)层合防护玻璃的抗冲击性能存在表征难的问题，以往的冲击性能测试主要是通过判断在一定的冲击能量下，样品是否会被击穿作为唯一的衡量冲击性能指标。本发明创造性地利用冲击棒的反弹速度来判定样品的能量吸收率，可以更好的衡量其冲击性能。
[0015](2)通过计算机数值模拟的方法与实际操作相结合，建立产品材料参数、复合结构组合方式等因素与宏观性能的关系模型，从理论上预测结构、材质对产品机械性能的影响。从而可以降低实验成本.
[0016](3)本发明法能够得到防护玻璃层合结构中各层的应力分布，以及抵抗冲击的能力，从而优化防护玻璃层合结构设计。
【附图说明】
[0017]图1是本发明模拟方法中建立的三维模型示意图。
[0018]图2是上冲击棒速度与PC层厚度的相互关系示意图。
[0019]图3是上冲击棒速度与玻璃厚度的相互关系示意图。
[0020]图4是优化过的候选点示意图。
【具体实施方式】
[0021]结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于Ansys Workbench的层合玻璃应力场分布和其抗冲击性能评估的模拟方法。
[0022]步骤一:在Workbench中的Designer model模块中建立三维仿真模型(如图1所示)。本发明特别使用了三根冲击棒，均为圆台形锐器，上下底面半径分别为20mm、15mm，长度为150mm ;防护玻璃是由上自下的钢化玻璃、PU(聚氨酯)、PC(聚碳酸酯)三层材料粘合而成，平面尺寸为610X610mm;三根冲击棒设置为由上至下同轴竖向布置，相邻两根冲击棒的端面相距55mm-65mm，最下方冲击棒与防护玻璃的上表面相距55mm-65mm。本实施例中，三根冲击棒由上至下依次命名为上冲击棒、中冲击棒和下冲击棒。