劉 巍，宋 潔，韓 曉

（河海大學機電工程學院，江蘇常州 213022）

0 引言

近年來，由于冰雹天氣的發(fā)生，使得太陽能聚光碟片的抗沖擊性面臨著重大挑戰(zhàn)，近幾年聚光碟片表面的抗沖擊特性的研究日益提上日程，成為人們關(guān)注的焦點。

中國農(nóng)業(yè)大學丁敏等人對冰雹沖擊下溫室玻璃破損情景進行了數(shù)值模擬，但它只是對單層玻璃進行模擬分析；同濟大學的童樹庭等人分析了玻璃厚度、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)膠片厚度及其不同組合對夾層玻璃沖擊強度的影響；Anderson 等人研究了石墨環(huán)氧樹脂面板和泡沫的復合材料在低速沖擊下的殘余壓痕的問題；M.Q.Nguyen 等人利用ANSYS/LS-DYNA 軟件對蜂窩夾芯板進行了沖擊模擬。

相對于單層的普通金屬或非金屬材料而言，聚光碟反射表面的抗沖擊特性分析更為復雜。但是對于玻璃—粘膠—背板這種復合結(jié)構(gòu)的聚光碟片抗沖擊特性研究還未見有報道，其研究具有一定價值和意義。

1 落球試驗標準

根據(jù)ANSI/UL1703 標準：當一電池板應用在具有代表性場合時，要承受6.78J 能量的沖擊試驗：即用直徑為51mm，質(zhì)量為535g 的光滑的鋼球，從距試驗件1.295m 的高度，內(nèi)徑52mm 的導管自由落下。

2 試驗件有限元模型

本論文所模擬的聚光器的試驗件尺寸是：玻璃100×100mm，粘膠100×100mm，背板100×100mm，背板背面四周同時固連厚度為1.5mm，高度為50mm 的加強筋。由于聚光碟的弧面曲率不是很大，且聚光碟剛性要求一個單元框格不能做得很大，因此玻璃、粘膠和背板近似成平面，加強筋都成正交形式的。

試驗件模型示意圖

玻璃采用非線性彈性材料，粘膠采用可壓縮的非線性彈性材料，背板采用線性的彈性材料，各材料參數(shù)如下表：

3 結(jié)果分析

3.1 玻璃厚度為1.0mm，粘膠厚度0.5mm，背板和加強筋厚度1.5mm

整個沖擊過程中，玻璃應力云圖如下圖所示從模擬的數(shù)據(jù)可以看出：玻璃的破壞形式主要是受拉破壞，在整個沖擊過程中，1.0mm 的玻璃表面單元所受最大的拉應力為54.7Mpa，未達到玻璃的抗拉強度58.8Mpa，粘膠所受最大拉應力為0.15Mpa，遠遠低于其抗拉強度，背板所受最大拉應力為67.7Mpa。

3.2 玻璃厚度1.5mm，粘膠厚度0.5mm，背板和加強筋厚度1.5mm

在整個沖擊過程中，玻璃應力云圖如下圖所示

從模擬數(shù)據(jù)看來，整個沖擊過程，1.5mm 玻璃所受到的最大拉應力為46Mpa，未達到其抗拉強度58.8Mpa，粘膠所受的最大拉應力為0.15Mpa，背板所受到的最大拉應力為69.3Mpa。同1.0mm的玻璃相比可以得出，適當加厚玻璃，有利于提高反射玻璃的抗沖擊性能。

3.3 玻璃厚度2.0mm，粘膠厚度0.5mm，背板和加強筋厚度1.5mm

在整個沖擊過程中，玻璃應力云圖如下圖所示

從模擬的數(shù)據(jù)可以看出，玻璃在整個沖擊過程中所受的最大拉應力為38.9Mpa，相比于1.0mm，1.5mm 的玻璃，2.0mm 的玻璃在相同沖擊作用下，所受的拉應力更小，玻璃更不容易破壞。

4 結(jié)論

1）玻璃厚度為1mm、粘膠厚度0.5mm、背板和加強筋厚度1.5mm 的新型聚光碟片結(jié)構(gòu)能抗住535g 的落球沖擊，玻璃不會損壞。

2) 將玻璃加厚到1.5mm 或2.0mm 的聚光碟同樣能抵抗住535g 的落球沖擊，玻璃單元所受最大拉應力相比1.0mm 玻璃的最大拉應力有減小的趨勢，這說明將玻璃加厚有利于提高反射玻璃的抗沖擊性能。

[1]丁敏，施旭棟，周蕊，鄧小環(huán)，蔣秀根.冰雹沖擊下溫室玻璃破損情景數(shù)值模擬[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2012,28(1):202-207

[2]童樹庭,朱雷波,丁峰,等.實驗室內(nèi)熱壓成型夾層玻璃沖擊強度分析[J].建筑材料學報,2004,7(4):468-471.

[3]T.Anderson,E.Madenci Experimental investigation of low-velocity impact characteristics of sandwich composites Composite Structures 50(2000)239-247

[4]M.Q.N g u y e n,S.S.J a c o m b s,R.S.T h o m s o n,D.Hachenberg c,M.L.Scott Simulation of impact on sandwich structures.Composite Structures 67(2005)217-227

[5]何濤，楊競，金鑫，ANSYS10.0/LS-DYNA 非線性有限元分析實例指導教程

[6]王亮，顧力強，林棟，基于ANSYS／LS—DYNA 的電源適配器外殼耐鋼球撞擊性的分析，《計算機應用技術(shù)》，機械2008年第7 期

[7]臧孟炎，陳超，辛崇飛，夾層玻璃的沖擊破壞仿真分析研究，2008年11月.中國制造業(yè)信息化第37 卷第21 期