某SUV前挡风玻璃冲击破坏仿真分析

汽车前挡风玻璃，不仅有着提供视野，抵御恶劣天气等用途，在特殊情形下，还作为一种安全部件保护着驾驶舱内的驾驶员与乘客，如阻挡突发的障碍物，行人保护等。

粘接结构设计中，使用内聚力模型解决了界面分离问题。内聚力模型（cohesive zone model）基于弹塑性断裂力学，被验证可准确模型断裂过程。对内聚力模型的理论研究和理解，参考了多篇论文[1-4]。

由于该车身尺寸大，对仿真模型进行简化，建立仅包含粘结剂与夹层玻璃的简化模型。前挡风玻璃组成如下图所示。

基于前挡风玻璃网格模型，重新建立包含内聚力单元（cohesive elements）的夹层玻璃模型。设置全局网格尺寸为20mm，接触区域网格尺寸为2mm。考虑冲击破坏仿真模型的简化，约束胶粘连接单元的底面的全部自由度，模拟与车窗边缘的连接。完成的前挡风玻璃冲击破坏仿真有限元模型如下图所示，共有节点数约30万个，单元数约14万个。

 在玻璃单元之间内嵌一层单元作为内聚力单元，如下图所示。

文中玻璃内聚力模型材料的定义参考论文[6]中所参考，中间层材料定义为弹塑性类型来源于网络。夹层玻璃断裂行为历程，如下图所示。

论文[5]，深入研究中间层材料的力学性能，更详细的描述了中间层材料对挡风玻璃的冲击破坏性能影响显著。

[1] 周志强. 粘结构件粘结性能的内聚力模型分析[D].浙江大学,2006.

[2] 黄刘刚. 内聚力模型的分析及有限元子程序开发[D].郑州大学,2010.

[3] 屈鹏. 纤维/树脂复合材料多尺度结构对力学性能的影响[D].山东大学,2012.

[4] 蔡鹏. 金属橡胶元件粘接强度与破坏的有限元数值模拟研究[D].湘潭大学,2017.

[5] 徐晓庆. 高聚物中间层对夹层玻璃力学特性及断裂机理的影响研究[D].清华大学,2017.

[6] 林德佳. 基于固有内聚力模型的汽车风挡玻璃冲击破坏仿真研究[D].华南理工大学,2018.