ANSYS Workbench显式动力学应用：PVB玻璃冲击仿真案例

1问题描述

PVB玻璃中间含有PVB（聚乙烯醇缩丁醛）夹层，在冲击时具有优异的吸能及粘附玻璃碎片的特性。现在根据实验需要，进行钢球与玻璃的碰撞分析。钢球与以1m/s的速度撞击玻璃，通过仿真确定撞击过程中玻璃的变形和受力变化。

2问题分析

这是一个典型的碰撞事件，时间短暂，只有5毫秒，需要使用显式动力学分析模块。建模时钢球与玻璃间有很小的间隙，直接给指定的初速度。

3 分析过程

1.创建显式动力学分析系统。

2.设置材料属性：根据下表中所示的参数，建立两种材料类型

表1      材料参数

3.创建几何模型：使用SCDM建立几何模型，模型如下图所示，玻璃鱼PVB的厚度关系见下表。因为PVB与玻璃胶粘中一起，在分析时，采用同一PART，共享拓扑形式。

4.设置连接关系：玻璃夹层之间直接共享拓扑，无需建立接触对连接，只需要指定钢球与玻璃间的相互作用关系即可

5.划分网格：采用多域网格划分形式，设置玻璃各夹层网格大小为2mm，划分好网格如下图所示。

6.设置边界条件：对玻璃底部四个边界施加固定约束，给定钢球的初始速度为1m/s。

7.求解：计算时间为0.005s

8.结果后处理：提取出整体及各部分的应力随时间的变化曲线以及各部分应力分布情况。

图1  整体应力变化曲线

图2  接触力变化

图3  最大等效应力云图

图4  位移云图

图5  PVB层应力云图

图6  玻璃层应力云图

4结论

1. 碰撞冲击后产生“震荡”耗散能量。
2. 每一层最大应力值都发生在碰撞瞬间。玻璃层应力值最大，PVB层应力值较小。
3. 主要是因为夹层玻璃受冲击时，玻璃表现为弹性段内的脆性失效。对于PVB，则主要表现为动态拉伸下的大变形。
4. 本次计算未考虑材料非线性影响。

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