[發明專利]一種高鐵前擋玻璃沙粒沖擊磨損和破壞模型建模方法

有效

• 申請號: 201710859027.X
• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號: CN107657105B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 臧孟炎;王笛;陳順華
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T17/00;G06F119/14
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

1.一種高鐵前擋玻璃沙粒沖擊磨損和破壞模型建模方法，其特征在于，包括步驟：

1)用三維制圖軟件建立鋼化層和鍍膜層、玻璃和PVB的三維實體模型；

2)將三維實體模型導入Hypermesh中；采用殼單元模擬鋼化層和鍍膜層，采用六面體單元模擬玻璃母材、其他層玻璃和PVB膜，設置殼單元界面參數和所需的材料參數、所需的接觸類型模型，建立后對各單元讀入初始應力；

3)建立前擋玻璃沖擊磨損模型，通過計算的單元體積磨損量確定各節點磨損量模擬殼單元的磨損情況；具體包括：

31)由離散元與有限元耦合分析軟件CDFP軟件中開發的顆粒離散元與有限元的接觸算法計算顆粒離散單元與有限元接觸面間的接觸壓力P，通過切向速度和時間步長計算顆粒離散單元在有限元接觸面上的滑移量S_L；

32)進而采用Archard磨損模型計算單元體積磨損量W：

式中，k為磨損系數；H為接觸區域的硬度；

33)計算所得的單元體積磨損量，根據單元的形函數分配到該單元的各個節點，定義為節點磨損量，所述的形函數為當前時步計算開始和結束沙粒所運行路徑的中點位置所對應自然坐標下的形函數；

4)建立前擋玻璃沖擊破壞模型，采用非固有聚合模型描述玻璃的脆性沖擊破壞現象，即殼單元與殼單元、六面體和六面體單元之間插入非固有計算模型；采用固有聚合破壞模型描述鋼化層與玻璃母體、玻璃母體與PVB之間的剝離現象。

2.根據權利要求1所述的高鐵前擋玻璃沙粒沖擊磨損和破壞模型建模方法，其特征在于，步驟2)中，所述的殼單元具體為一種可在厚度方向高斯積分點定義不同積分點應力的殼單元，以此表征鋼化層沿厚度方向殘余應力的變化；所述高斯積分點的個數根據精度需要定義，每個積分點所讀入的初始應力與鋼化玻璃所測得的應力分布基本一致，磨損過程中，積分點的位置及應力大小經插值法進行更新。

3.根據權利要求1所述的高鐵前擋玻璃沙粒沖擊磨損和破壞模型建模方法，其特征在于，步驟2)中，所述的高鐵前擋玻璃有限元模型采用Xu-Needleman固有聚合模型描述前擋玻璃中鍍膜層與鋼化層、鋼化層與母材、玻璃與PVB間的連接和破壞關系。

4.根據權利要求1所述的高鐵前擋玻璃沙粒沖擊磨損和破壞模型建模方法，其特征在于，所述的步驟4)中，當單元間的有效應力T_e大于材料的破壞強度σ_max時，聚合模型添加到單元間的界面上，聚合模型的有效張開量Δ_eff可以定義為：

式中，Δ_t和Δ_n分別為切向和法向位移分量；η為破壞模式系數；κ定義為法向能量釋放率和切向能量釋放率的比值；

法向及切向有效聚合應力T_n和T_t，可表示為：

式中，δ_c為臨界位移張開量；Δ_eff(max)為歷史最大位移張開量。