复合防护玻璃透光率的计算机模拟方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于复合防护玻璃的设计领域，特别涉及复合防护玻璃透光率的计算机模拟方法。
【背景技术】
[0002]防护玻璃是指具有玻璃的透光性能，同时又具有一定防护能力的透明材料。其防护原理是玻璃将冲击动能转化为玻璃的弹性势能和破碎后的表面能，从而达到防护目的。从结构角度讲，复合玻璃是以无机玻璃(G)作为面板材料，聚氨酯(PU)为中间缓冲、粘接层，聚碳酸酯(PC)作为背板材料，即G/PU/PC防护结构。随着防护玻璃应用领域的不断拓展，不同的应用条件对防护玻璃的性能和结构设计提出了不同的要求。例如:在军事领域，防护玻璃需要能够适应恶劣的环境要求；在航空航天领域，防护玻璃需要能够在低温、高速下保持良好的力学性能和光学性能；在普通民用领域，防护玻璃需要能够适应不同国家和地区的气候、温度、光照强度等。因此，对于不同的需求需要设计不同结构的防护玻璃。
[0003]工程师在设计防护玻璃时需要针对不同结构防护玻璃进行各项性能测试，以保证产品性能能够达到要求。其中，透光率就是一项十分重要的性能。使用计算机软件对防护玻璃的透光率进行模拟可以省略复合防护玻璃的生产样品、测试样品过程，有效的减少生产、测试成本，提高产品设计和检测的效率。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种复合防护玻璃透光率的计算机模拟方法。
[0005]为解决技术问题，本发明的解决方案是:
[0006]提供一种复合防护玻璃透光率的计算机模拟方法，具体包括下述步骤:
[0007](I)在COMSOL Multiphysics软件中建立复合防护玻璃立方体模型，并对模型进行分层与材料设置，自上至下分别设置为空气层、复合防护玻璃和空气层；
[0008]其中，复合防护玻璃由无机玻璃层、缓冲粘接层和聚碳酸酯层组成:顶层为无机玻璃层，底层为聚碳酸酯层，两者之间设有无机玻璃层、缓冲粘接层或聚碳酸酯层中的至少一种；无机玻璃层有L层，缓冲粘接层有m层，聚碳酸酯层有η层；L、m、η均为整数，且I彡L彡30、1彡m彡30、1彡η彡30;
[0009]各层之间的布置关系是:无机玻璃层与无机玻璃层之间设聚乙烯醇缩丁醛材质的缓冲粘接层，无机玻璃层与聚碳酸酯层之间设聚氨酯材质的缓冲粘接层，聚碳酸酯层与聚碳酸酯层之间设聚氨酯材质的缓冲粘接层；
[0010](2)设置各层的边界条件:模型的底面设置为散射边界条件，四周设置为阻抗边界条件，层间设置为过渡边界条件；
[0011](3)使用电磁波模块，通过设置波长变化模拟光线投射，入射角度为90°，电磁波照射功率为I?2W ;模拟得到复合防护玻璃的能量场，由COMSOL Multiphysics软件将能量场数据导出，即可得到复合防护玻璃的透光率。
[0012]本发明中，步骤(2)中所述过渡边界条件是指:设置边界物质为空气，其厚度与模型中空气层厚度比为1: 1000?2000。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0014](I)使用本发明的方法对复合防护玻璃透光率进行模拟能够得到较为准确的模拟结果。例如:具有“3mm厚玻璃/0.63mm厚聚氨酯/Imm厚聚碳酸”结构的复合防护玻璃其实测值为93.6%，模拟得出结果为88.2%，相差较小。
[0015](2)采用本发明所述方法能够有效的减少生产样品、测试样品的成本，提高产品设计和检测的效率。
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例1中所建立的复合防护玻璃立方体模型。
[0017]图中附图标记:空气层1、无机玻璃层2、聚氨酯层3、聚碳酸酯层4、空气层5。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明作进一步详细描述:
[0019]COMSOL Multiphysics软件中，“散射边界条件和阻抗边界条件”本身就是边界条件中的一种具体选择。另外，设置这些边界条件时需要在模块中输入一些参数例如:温度、压力、材料的相对介电常数，相对磁导率，电导率等。这些参数根据实际生产情况输入数据即可。
[0020]另外，复合防护玻璃的结构为多层，层数可以是三层也可以是多层，具体是由无机玻璃层、缓冲粘接层和聚碳酸酯层组成:顶层为无机玻璃层，底层为聚碳酸酯层，两者之间设有无机玻璃层、缓冲粘接层或聚碳酸酯层中的至少一种；无机玻璃层有L层，缓冲粘接层有m层，聚碳酸酯层有η层；L、m、n均为整数，且1<1^<30、1<111<30、1<11<30 ;各层之间的布置关系是:无机玻璃层与无机玻璃层之间设聚乙烯醇缩丁醛材质的缓冲粘接层，无机玻璃层与聚碳酸酯层之间设聚氨酯材质的缓冲粘接层，聚碳酸酯层与聚碳酸酯层之间设聚氨酯材质的缓冲粘接层；具体的层数和材料可根据实际生产中的具体需要进行设置。
[0021]实施例1
[0022]在COMSOL Multiphysics的电磁波模块中建立复合玻璃的立方体三维模型，并将模型分为五层。
[0023]对模型的不同层进行材料设置，自上至下分别设置为空气、无机玻璃、聚氨酯、聚碳酸酯、空气，各层厚度比为:1: 3: 0.63:1:1。
[0024]对模型的边界条件进行设置:模型底面设置为散射边界条件；模型四周设置为阻抗边界条件；层间设置为过渡边界条件。将过渡边界条件设置为空气，用以等效层间的存在的微小气泡，其厚度与空气层厚度比为1: 1000。
[0025]将入射面设置为模型顶面，入射波长设置为700nm，功率为1W，入射角度为90°。通过模拟后得到复合防护玻璃的能量场。最后将数据导出计算得到复合防护玻璃的透光率为88.2%，实测值为93.6%。
[0026]实施例2
[0027]在COMSOL Multiphysics的电磁波模块中建立复合玻璃的立方体维模型，并将模型分为五层。
[0028]对模型的不同层进行材料设置，自上至下分别设置为空气、无机玻璃、聚氨酯、聚碳酸酯、空气，各层厚度比为:1.5: 2.5: 1.25: I: 1.5。
[0029]对模型的边界条件进行设置:模型底面设置为散射边界条件；模型四周设置为阻抗边界条件；层间设置为过渡边界条件。将过渡边界条件设置为空气，用以等效层间的存在的微小气泡，其厚度与空气层厚度比为1: 1500。
[0030]将入射面设置为模型顶面，入射波长设置为700nm，功率为2W，入射角度为90°。通过模拟后得到复合防护玻璃的能量场。最后将数据导出计算得到复合防护玻璃的透光率为89.27%，实测值为94.3% ο
[0031]实施例3
[0032]在COMSOL Multiphysics的电磁波模块中建立复合玻璃的立方体三维模型，并将模型分为五层。
[0033]对模型的不同层进行材料设置，自上至下分别设置为空气、无机玻璃、聚氨酯、聚碳酸酯、空气，各层厚度比为:2: 2: 1.25: 1.5: 2。
[0034]对模型的边界条件进行设置:模型底面设置为散射边界条件；模型四周设置为阻抗边界条件；层间设置为过渡边界条件。将过渡边界条件设置为空气，用以等效层间的存在的微小气泡，其厚度与空气层厚度比为1: 2000。
[0035]将入射面设置为模型顶面，入射波长设置为700nm，功率为1.5W，入射角度90°。通过模拟后得到复合防护玻璃的能量场。最后将数据导出计算得到复合防护玻璃的透光率为86.34%，实测值为94%。
[0036]实施例4
[0037]在COMSOL Multiphysics的电磁波模块中建立复合玻璃的立方体三维模型，并将模型分为七层。
[0038]对模型的不同层进行材料设置，自上至下分别设置为空气、无机玻璃、聚乙烯醇缩丁醛、无机玻璃、聚氨酯、聚碳酸酯、空气，各层厚度比为:I: 2: 0.41: 2: 1.5: I: 10
[0039]对模型的边界条件进行设置:模型底面设置为散射边界条件；模型四周设置为阻抗边界条件；层间设置为过渡边界条件。将过渡边界条件设置为空气，用以等效层间的存在的微小气泡，其厚度与空气层厚度比为1: 1000。
[0040]将入射面设置为模型顶面，入射波长设置为700nm，功率为1W，入射角度为90°。通过模拟后得到复合防护玻璃的能量场。最后将数据导出计算得到复合防护玻璃的透光率为85.26 %，实测值为88.91 %。
【主权项】
1.一种复合防护玻璃透光率的计算机模拟方法，其特征在于，具体包括下述步骤: (1)在COMSOLMultiphysics软件中建立复合防护玻璃立方体模型，并对模型进行分层与材料设置，自上至下分别设置为空气层、复合防护玻璃和空气层； 其中，复合防护玻璃由无机玻璃层、缓冲粘接层和聚碳酸酯层组成:顶层为无机玻璃层，底层为聚碳酸酯层，两者之间设有无机玻璃层、缓冲粘接层或聚碳酸酯层中的至少一种；无机玻璃层有L层，缓冲粘接层有m层，聚碳酸酯层有η层；L、m、η均为整数，且I彡L彡30、1彡m彡30、1彡η彡30; 各层之间的布置关系是:无机玻璃层与无机玻璃层之间设聚乙烯醇缩丁醛材质的缓冲粘接层，无机玻璃层与聚碳酸酯层之间设聚氨酯材质的缓冲粘接层，聚碳酸酯层与聚碳酸酯层之间设聚氨酯材质的缓冲粘接层； (2)设置各层的边界条件:模型的底面设置为散射边界条件，四周设置为阻抗边界条件，层间设置为过渡边界条件； (3)使用电磁波模块，通过设置波长变化模拟光线投射，入射角度为90°，电磁波照射功率为I?2W ;模拟得到复合防护玻璃的能量场，由COMSOL Multiphysics软件将能量场数据导出，即得到复合防护玻璃的透光率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述过渡边界条件是指:设置边界物质为空气，其厚度与模型中空气层厚度比为1: 1000?2000。
【专利摘要】本发明涉及复合防护玻璃的设计，旨在提供一种复合防护玻璃透光率的计算机模拟方法。该方法包括：在COMSOL？Multiphysics软件中建立复合防护玻璃立方体模型，并对模型进行分层与材料设置，自上至下分别设置为空气层、复合防护玻璃和空气层；设置各层的边界条件：模型的底面设置为散射边界条件，四周设置为阻抗边界条件，层间设置为过渡边界条件；通过设置电磁波波长变化模拟光线投射模拟得到复合防护玻璃的能量场，由软件将能量场数据导出，即得到复合防护玻璃的透光率。本发明对复合防护玻璃透光率进行模拟能够得到较为准确的模拟结果。能有效的减少生产样品、测试样品的成本，提高产品设计和检测的效率。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105160078
【申请号】CN201510489880
【发明人】杨辉, 尤增宇, 张玲洁, 程文煜, 姚费杰, 曹元
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月11日