Analysis of the dynamics of laminated glass composite panels under impact loading

Abstract

Наведено представлені результати аналізу динамічного стану композитів ламінованих стекол при ударному навантаженні. Розглянуто моделювання падіння абсолютно твердої гладкої сталевої кулі на ламіноване скло з різною товщиною полівініл-бутирального (PVB) прошарку. В якості граничних умов зафіксовано ламінат з двох сторін, а удар кулі змодельовано у центрі пластини. Композит змодельовано в тривимірній постановці в рамках фізичної лінійно-пружної постановки. Взаємодію кульки та композиту проведено у рамках розв’язання задачі одностороннього контакту за алгоритмом «поверхня до поверхні». Опором, що надається повітрям під час удару, знехтувано. Метою роботи було вивчення залежності прогинів, напружень та деформацій ламінованих стекол від швидкості вільного падіння кулі. Поведінка впливу зразків ламінованого скла з PVB прошарком змодельованоза допомогою перехідного аналізу. Дослідження проведено з використанням методу скінченних елементів (МСЕ) із використанням гексагонального 8 вузлового скінченного елемента зі 3 ступенями вільності в кожному, в рамках 3D-моделювання та явного динамічного підходу в сучасному програмному забезпеченні комп’ютерного інженерного аналізу (CAE). Виконано аналіз збіжності розміру сітки. Створено скінчено- елементні сітки з елементами різного розміру та для кожного розміру сітки проведено розрахунки прогинів і напружень. Також проведено верифікацію розрахункових досліджень, що дозволило оцінити рівень похибок та рекомендації щодо параметрів розрахункової моделі. У статті проаналізовано динамічні деформації та напружений стан у ламінованих стеклах за різних умов навантаження, виведено результати прогинів, деформацій та напружень у характерних точках в різні моменти часу, побудовано графіки залежностей прогинів та напружень від швидкості вільного падіння кулі.

The study presents the results of analysis of the laminated glasses composites dynamic state under impact loading. The paper investigates modelling of a rigid ball drop on laminated glasses with different thicknesses of polyvinyl butyral (PVB) interlayers. The aim of the paper is to study the dependence of laminated glasses dynamic deformation on the velocity of free ball fall. The study performs computations using a finite element method (FEM) in modern computer-aided engineering (CAE) software within a 3D modelling and explicit dynamics approach. The investigation includes a mesh-size convergence analysis. The work carries out the dynamic strains and stress state analysis in laminated glasses under different loading conditions.