爆炸载荷作用下夹层玻璃动态响应的近场动力学数值模拟

为了研究透明夹层玻璃在爆炸载荷下自发的动态断裂行为,引入近场动力学(PD)模拟玻璃裂纹的萌生、扩展、分叉、贯通和止裂等动态响应。首先,通过落锤冲击实验和野外爆炸实验得到相关的参数和损伤模态;然后,通过使用键基PD对夹层玻璃进行数值模拟,玻璃零件采用三维不连续伽辽金算法,胶层采用黏接层有限元算法,采用接触算法实现两部分的耦合;最后,通过较大幅度地改变TNT炸药量、爆炸距离、PVB胶层厚度和内外层玻璃的厚度,系统研究夹层玻璃的裂纹扩展规律。仿真结果表明：1) PD可以很好地模拟夹层玻璃自发断裂失效和裂纹扩展行为;2)爆炸距离、炸药量和PVB胶层厚度对夹层玻璃结构的动态响应有着显著的影响;3)通过对不同药量炸药下外层玻璃向内凹陷的最大挠度的比较,发现PD方法与实验、单元删除法结果有很好的契合度,且PD方法的误差范围低于单元删除法;4) PD方法中外层玻璃的能量吸收率远远高于内层玻璃和PVB夹层,同时内外层玻璃厚度的分布对能量吸收率也存在很大的影响,PD方法与单元删除法结果有很高的一致性。     

行人保护分析用风挡玻璃的有限元模型

行人头部与风挡玻璃碰撞是人车事故导致行人受伤与死亡的主要原因之一,所以行人保护仿真分析中PVB夹层玻璃的有限元模型研究受到广泛关注.文中提出用一层壳单元模拟PVB两侧玻璃、PVB膜片使用六面体单元的风挡玻璃等效模型化方法,并采用LS_DYNA仿真分析刚性冲击子与风挡玻璃的冲击破坏过程.以刚性冲击子加速度与对应实验结果的一致性程度作为评价标准,和其他3种风挡玻璃建模方法进行比较,确认文中提出的建模方法可以更好地再现PVB夹层玻璃的冲击特性.     

爆炸作用下框支式聚乙烯醇缩丁醛夹层玻璃的破坏模式

以工程中广泛应用的框支式聚乙烯醇缩丁醛（polyvinyl butyral,PVB）夹层玻璃为对象,通过有限元分析,结合场地爆炸试验,对爆炸作用下框支式PVB夹层玻璃的破坏模式展开了系统研究。首先采用LS-DYNA软件建立了框支式PVB夹层玻璃受爆响应的有限元分析模型,分析发现PVB夹层玻璃在不同爆炸作用下可能发生整体型破坏、局部型（冲切型）破坏或混合型破坏模式,不同破坏模式与PVB撕裂时刻的面板残余动能比相关。进一步通过场地爆炸试验对不同破坏模式进行验证。结果可为框支式PVB夹层玻璃幕墙的抗爆设计提供参考。     

典型玻璃材料冲击力学性能研究

运用分离式霍普金森压杆技术,研究浮法玻璃和钢化玻璃在冲击条件下的σ-ε关系.通过对两种玻璃进行低速冲击实验表明:浮法玻璃的冲击力学性能与传统陶瓷材料基本一致,而钢化玻璃除表现出传统脆性材料的弹性性能外,还进一步表现出金属材料的塑性屈服特性;在冲击破碎形态上,钢化玻璃和浮法玻璃差别显著,钢化玻璃呈颗粒状,而浮法玻璃呈细粉状.由此可见,经淬冷处理后,钢化玻璃的冲击力学性能比浮法玻璃有显著提高.     

点支式钢化和夹胶玻璃板的循环疲劳试验研究

为研究四点支承玻璃板在循环荷载作用下的力学性能,对采用浮头式驳接头点支承的8块钢化玻璃板和15块夹胶玻璃板进行了板中心集中力加载疲劳破坏试验,并观测了循环荷载作用下玻璃板中心点的挠度和关键点的动静态应力变化.试验表明:钢化玻璃在循环荷载作用下的循环荷载-板中心挠度曲线呈弱非线性,随着荷载循环次数的增加其抗弯刚度没有明显变化;夹胶玻璃在循环作用下的荷载-板中心挠度曲线与试验环境温度有关,在温度低于15℃时无滞回环,而温度在22～30℃范围内时,则有明显的滞回环;夹胶玻璃的等幅循环加载荷载-板中心挠度曲线在循环初期挠度随着循环次数的增加而逐渐增大,但循环次数超过5×104后,板中心挠度几乎不随循环次数的增加而变化.点支式钢化玻璃和夹胶玻璃经过5×105次循环加载后,卸载至零,再进行静载破坏试验,其静载抗弯承载力没有降低,表明钢化玻璃和夹胶玻璃抗疲劳性能很好.     

多层夹层玻璃梁轴向屈曲的数值模拟

利用ABAQUS对双层聚乙烯醇缩丁醛(polyvinyl butyral,PVB)夹层玻璃梁在轴向恒压作用下的线性屈曲进行了数值模拟,得到了不同边界条件下梁的临界载荷随屈曲时间的变化关系并与理论分析进行了对比,两者的最大相对误差小于10%,验证了有限元模型的可靠性;基于该模型,计算了不同边界条件下总厚度相同的三层、四层夹层玻璃梁的不同屈曲时间对应的临界载荷;3种梁的模拟结果对比表明,总厚度和边界条件相同时,随着玻璃和PVB层数的增加,任意相同时刻的临界载荷在减小,即夹层玻璃梁的稳定性越差。研究结果为粘弹性层合梁的轴向稳定性载荷设计提供了计算依据。     

夹胶建筑玻璃板后破坏强度分析

根据玻璃及胶层材料的物理特性,将塑性绞线理论引入到三阶段模型中,提出了一种计算夹胶玻璃后破坏强度的方法,并运用该方法研究了不同设计参数对夹胶玻璃后破坏强度大小的影响.结果表明:夹胶玻璃板后破坏强度随着玻璃的胶材厚度增加而增加,随着玻璃板长度的增加而减小;框支式夹胶玻璃板比点支式夹胶玻璃板具有更高的后破坏强度.     

能裂而不碎的钢化玻璃

美国宾夕法尼亚大学的戴维·格林和同事们 ,针对钢化玻璃表面破裂后 ,裂纹会很快地扩散开来 ,可使整块玻璃成为一堆玻璃渣的问题 ,研制成功了一种能裂而不碎的钢化玻璃 ,其强度是普通钢化玻璃的两倍。这种新型钢化玻璃 ,是通过将硅酸盐玻璃中的所有钠离子用钾离子置换 ,并在这些钾离子重新被钠离子取代之前使反应停下来 ,从而使其表面韧性大大提高。钢化玻璃经这样处理后 ,当受外力产生裂纹时 ,裂纹就不会扩大 ,因为裂纹在穿透韧化层时就停止了扩散 ,变成一种稳定状态 ,而不会发展下去导致钢化玻璃的碎裂。能裂而不碎的钢化玻璃@成茹…     

退火及化学钢化硅酸盐玻璃的动态弯曲力学行为研究

利用电子万能试验机和改进的分离式Hopkinson压杆装置分别对退火硅酸盐玻璃及化学钢化硅酸盐玻璃试样进行了加载速率为1.67×10-6 m/s和2.5 m/s的三点弯曲实验,动态加载实验中验证了杆端的加载载荷平衡,确保实验结果的有效性,同时实验过程中利用高速摄像机记录了玻璃试样的动态破坏过程.实验结果表明:由于表面钢化层预压应力的存在,化学钢化玻璃弯曲强度较退火玻璃有较大提高,且强度分散性降低.随着加载速率的提高,玻璃试样的弯曲强度有明显提高,强度分散性有所下降,动态加载条件下试样表现出多裂纹成核扩展的破坏模式.      

复合材料双面修理边缘裂纹铝合金厚板的静态和疲劳特性

通过静态和疲劳试验验证了复合材料双面胶接修理边缘裂纹铝合金厚板的效果。采用无损探伤方法考察了疲劳试验过程中铝合金结构裂纹长度与补片脱粘分布的关系。建立修理结构有限元模型,分析了胶层应力分布以及裂纹长度、补片脱粘情况对裂纹尖端应力强度因子的影响。结果表明:修理提高了破坏强度和疲劳寿命,降低了裂纹处应力水平及裂纹扩展速率;胶接面剪应力分布与疲劳试验检测脱粘扩展相匹配,成抛物线形;结构胶的粘接性能是影响修理效果的关键因素;在裂纹附近胶接面不脱粘的情况下,裂纹扩展速率较低,实际修理可通过控制脱粘范围的方法,将裂纹扩展速率维持在较低水平,提高修理效果。     

基于DEM的两层结构夹层玻璃冲击破坏特性研究

使用自主开发的三维离散元方法(DEM)仿真分析软件,研究了普通夹层玻璃和两层结构夹层玻璃的冲击破坏特性.假定基本等厚的普通夹层玻璃板和两层结构夹层玻璃板均被四周固定,一高速刚性冲击子撞击普通夹层玻璃任一侧的中心和两层结构夹层玻璃两侧的中心.利用三维DEM分别对以上三种情况的冲击破坏过程进行数值模拟,获取各种情况下的冲击子最大冲击力和贯穿能.研究结果表明:作为汽车前挡玻璃,两层结构夹层玻璃比普通夹层玻璃具有更好的安全性.     

砌体墙抗震性能伪静力试验研究

考虑了砂浆强度等级、开洞率和高宽比3种因素,对3层砌体房屋的底层墙进行抗震性能的伪静力试验.分析了破坏形态、滞回耗能、抗震承载力、刚度退化和墙体侧移情况.结果表明,砂浆强度等级和高宽比对破坏形态的影响类似,而开洞率稍有不同;砂浆强度等级愈低、开洞率愈大或高宽比愈大时,墙体的耗能能力及抗震承载力愈小,其中开洞率的影响更为显著.开裂前,各因素下刚度退化均较快,且趋势一致;开裂后,开洞率大的试件刚度退化最快;达到极限荷载时,各因素下的刚度退化较大,为初始刚度的20%左右.开裂后,开洞率大的墙肢薄弱,墙高方向的侧移分布曲线明显外凸.     

新型汽车挡风玻璃

英国特里普莱克斯(Triplex)汽车装用了一种新型挡风玻璃——10—20特种夹层玻璃。这种玻璃是伯明翰市附近的京斯诺敦(KingNorton)一家新工厂生产的。该厂现有生产能力为250,000件/年。 10—20夹层玻璃具有特殊的结构和性能。它由三层组成:玻璃—中间膜—玻璃。里层和外层玻璃厚度均为2.3毫米,外面一层是韧化之后退火的低强度材料;里面是韧化后淬火的强化层。中间膜是0.78毫米     

点支式单层和夹层玻璃板的疲劳性能试验

玻璃板在风荷载作用下易发生脆性疲劳破坏,研究其疲劳性能对实际玻璃幕墙设计有指导作用。该文对点支式单层和夹层玻璃板单元的足尺模型进行了高频疲劳试验。在幕墙规范和静载试验的基础上,确定了点支式玻璃的疲劳应力幅值,以大面中心主应力为控制应力制定出疲劳荷载取值,对单层和夹层2组玻璃模型进行了大面中心集中力单点加载疲劳试验。结果表明:在疲劳循环200万次后,试件及其连接均未出现断裂。在疲劳加载后的静载破坏试验中发现:2组玻璃的极限抗弯承载力几乎没有减弱。试验表明:工程中应用的单层和夹层点支式玻璃具有良好的抗疲劳性能。     

PVB夹层钢化玻璃冲击波毁伤效应实验研究

为获得爆炸冲击波对带PVB夹层钢化玻璃的超压毁伤阈值和冲量毁伤阈值,针对6 mm+1.52 mmPVB+6 mm厚带PVB夹层的钢化玻璃进行了多发外场化爆实验,对每一发实验进行了爆炸参数测试,获得了冲击波超压随时间变化历程的实验数据.通过观察和记录的实验现象,分析确定了6 mm+1.52 mmPVB+6 mm厚带PVB夹层钢化玻璃被冲击波破坏的临界状态所对应的实验发次.结合实验设计与实施条件,根据冲击波压力测试结果,得到了6 mm+1.52 mmPVB+6 mm厚带PVB夹层的钢化玻璃冲击波超压和冲量毁伤阈值的近似值.实验结果表明,在合理的安装方式下6 mm+1.52 mmPVB+6 mm厚带PVB夹层的钢化玻璃的冲击波毁伤超压阈值范围为41~55 kPa,冲量阈值范围为180~299 kP a· ms.      

静力及冲击荷载下夹层玻璃的变形性能

采用有限元法,对玻璃板厚变化的夹层玻璃在长、短期静力和冲击荷载作用下的变形性能进行模拟计算,计算结果与相关文献试验结果符合较好.进一步的计算分析表明,荷载作用类型及持续时间、支承方式和内外层玻璃板厚变化,是影响夹层玻璃整体变形性能的主要因素.夹层玻璃在爆炸荷载作用下,其弯曲刚度比静力荷载下的弯曲刚度大,框支玻璃的抗爆性能好于点支承玻璃的抗爆性能.根据模拟计算,对现行规范夹层玻璃等效厚度的计算公式进行修正,给出的夹层玻璃等效厚度计算公式适用于不同支承条件.     

预制节段桥梁钢榫键接缝直剪力学性能试验

设计8组“Z”型接缝试件,以榫键数量、几何形状、尺寸和接缝类型为试验参数,对钢榫键接缝的力学性能开展试验研究。试验结果显示：方形榫键试件开裂后承载能力较圆形榫键试件更稳定;单键（干、胶）,双键（干、胶）接缝相比平面（干、胶）接缝承载能力分别提高3.81倍、43.02%,6.06倍、41.58%;单、双键胶接缝相比其干接缝剪切强度分别提高151.39%、69.68%,但胶接缝出现更明显的脆性破坏;混凝土开裂强度和榫键剪切强度决定了干接缝不同的破坏模式,而胶接缝均出现直剪破坏;胶接缝直剪破坏后接缝剪切抗力由钢榫键和界面摩擦提供,其力学性能类似其干接缝。     

组合桥面板U肋对接焊缝疲劳破坏及修复方法试验

为了研究弯折U形肋组合桥面板的疲劳性能以及疲劳开裂后的修补方法,对一个带连续弯折U形肋的组合桥面板试件进行了前后两次疲劳试验研究.首先对初始采用无衬垫对接焊缝的试件进行疲劳加载直到焊缝开裂;然后在开裂处采用带衬垫的对接焊缝加固,再次进行疲劳加载直到破坏.研究了组合桥面板疲劳破坏形态、开裂处疲劳强度评定、疲劳裂缝修复方法及修复后的疲劳性能.试验结果表明:在反复荷载作用下无衬垫单面焊的对接焊缝是正交异性组合桥面板的薄弱处,首先发生疲劳裂纹,采用带衬垫的熔透对接焊缝对开裂处进行修补,能起到较好的补强效果.     

过渡层对水泥混凝土路面板结构的影响

为了进一步了解过渡层对路面结构的影响,分析论证了过渡层的形成及破坏机理与力学性质,指出界面分离、基层竖向开裂、基层界面的水平裂纹侵入面层是过渡层破坏的3种基本形式。试验结果表明:附着在面层上的过渡层将降低面层混凝土的弯拉强度和疲劳性能,弯拉强度下降0.2~0.4 MPa,小梁弯曲疲劳寿命下降1~2个数量级;基层顶面设置防止水泥浆透进基层的隔离层,均能有效阻碍过渡层的形成,从而避免或减少由过渡层引起的对路面结构的3种破坏。     

点支式玻璃幕墙结构的中空及夹层玻璃设计方法研究

现行点支式玻璃幕墙规程规定,对于双层中空及夹层玻璃的位移、应力采用等效厚度法计算.通过分析,研究计算方法存在的问题,从中空及夹层玻璃板的承载特点出发,结合试验与数值计算的结果,给出了点支式中空及夹层玻璃板在垂直荷载作用下的应力、挠度的计算方法.该法简便易行,且计算结果与试验结果非常接近.