[发明专利]一种高铁前挡玻璃沙粒冲击磨损和破坏模型建模方法

权利要求书

1.一种高铁前挡玻璃沙粒冲击磨损和破坏模型建模方法，其特征在于，包括步骤：

1)用三维制图软件建立钢化层和镀膜层、玻璃和PVB的三维实体模型；

2)将三维实体模型导入Hypermesh中；采用壳单元模拟钢化层和镀膜层，采用六面体单元模拟玻璃母材、其他层玻璃和PVB膜，设置壳单元界面参数和所需的材料参数、所需的接触类型模型，建立后对各单元读入初始应力；

3)建立前挡玻璃冲击磨损模型，通过计算的单元体积磨损量确定各节点磨损量模拟壳单元的磨损情况；具体包括：

31)由离散元与有限元耦合分析软件CDFP软件中开发的颗粒离散元与有限元的接触算法计算颗粒离散单元与有限元接触面间的接触压力P，通过切向速度和时间步长计算颗粒离散单元在有限元接触面上的滑移量S_L；

32)进而采用Archard磨损模型计算单元体积磨损量W：

式中，k为磨损系数；H为接触区域的硬度；

33)计算所得的单元体积磨损量，根据单元的形函数分配到该单元的各个节点，定义为节点磨损量，所述的形函数为当前时步计算开始和结束沙粒所运行路径的中点位置所对应自然坐标下的形函数；

4)建立前挡玻璃冲击破坏模型，采用非固有聚合模型描述玻璃的脆性冲击破坏现象，即壳单元与壳单元、六面体和六面体单元之间插入非固有计算模型；采用固有聚合破坏模型描述钢化层与玻璃母体、玻璃母体与PVB之间的剥离现象。

2.根据权利要求1所述的高铁前挡玻璃沙粒冲击磨损和破坏模型建模方法，其特征在于，步骤2)中，所述的壳单元具体为一种可在厚度方向高斯积分点定义不同积分点应力的壳单元，以此表征钢化层沿厚度方向残余应力的变化；所述高斯积分点的个数根据精度需要定义，每个积分点所读入的初始应力与钢化玻璃所测得的应力分布基本一致，磨损过程中，积分点的位置及应力大小经插值法进行更新。

3.根据权利要求1所述的高铁前挡玻璃沙粒冲击磨损和破坏模型建模方法，其特征在于，步骤2)中，所述的高铁前挡玻璃有限元模型采用Xu-Needleman固有聚合模型描述前挡玻璃中镀膜层与钢化层、钢化层与母材、玻璃与PVB间的连接和破坏关系。

4.根据权利要求1所述的高铁前挡玻璃沙粒冲击磨损和破坏模型建模方法，其特征在于，所述的步骤4)中，当单元间的有效应力T_e大于材料的破坏强度σ_max时，聚合模型添加到单元间的界面上，聚合模型的有效张开量Δ_eff可以定义为：

式中，Δ_t和Δ_n分别为切向和法向位移分量；η为破坏模式系数；κ定义为法向能量释放率和切向能量释放率的比值；

法向及切向有效聚合应力T_n和T_t，可表示为：

式中，δ_c为临界位移张开量；Δ_eff(max)为历史最大位移张开量。