基于近场动力学方法的玻璃板冲击破坏数值模拟研究

来源：振动与冲击杂志2024年第8期北京时间：

作者：李松波，王志良，申林方，华涛，李泽

单位：昆明理工大学建筑工程学院，昆明650500

摘要：基于近场动力学方法，考虑刚体冲击作用下材料损伤发生断裂破坏影响，建立了刚球冲击玻璃板的三维数值计算模型，并结合Kalthoff-Winkler试验，验证了计算模型的有效性。最后，探究了刚球初始冲击速度、刚球直径和玻璃板厚度等因素，对玻璃板的冲击破坏结构形态演化以及裂纹扩展机制的影响。研究结果表明：当初始冲击速度较小时，玻璃板裂纹表现为辐射状，随着冲击速度的增加，环向裂纹出现并逐渐形成复杂的裂纹网络。同时，玻璃板的裂纹长度和裂纹占比均随初始冲击速度的增加而增大，且近似呈线性关系。随着刚球直径的增加，其与玻璃板的接触范围扩大，致使玻璃板的损伤程度加剧，且更易形成结构复杂的裂纹网络。此外，增加玻璃板的厚度会延长冲击持续时间，使得玻璃板承受更大的冲击能，从而导致板厚较小时局部结构损伤严重，但整体影响范围较小；而板厚较大时结构损伤的影响范围扩大，局部损伤则有所减弱。

关键词：玻璃；裂纹扩展；近场动力学；数值模拟；冲击破坏