輕量化風(fēng)窗玻璃耐沖擊性能的研究

Thomas M.Cleary et al. SAE 2016-01-1401.

編譯：陳丁躍

汽車制造商正在尋求輕量化材料實(shí)現(xiàn)風(fēng)窗玻璃的制造。風(fēng)窗玻璃約占整車玻璃質(zhì)量的30%～60%，實(shí)現(xiàn)其輕量化不僅能改善汽車燃油經(jīng)濟(jì)性，而且能夠降低汽車質(zhì)心，有利于汽車穩(wěn)定性。傳統(tǒng)風(fēng)窗玻璃采用兩層2.1mm厚的堿石灰玻璃，中間通過0.8mm的聚乙烯醇縮丁醛進(jìn)行粘性連接。而減小兩層堿石灰玻璃的厚度是實(shí)現(xiàn)風(fēng)窗玻璃輕量化最有效的措施，但減小堿石灰玻璃的厚度可能導(dǎo)致風(fēng)窗玻璃的剛度降低，無法在汽車發(fā)生碰撞時(shí)吸收足夠多的碰撞能量。提出了一種非對稱的風(fēng)窗玻璃，并對這種風(fēng)窗玻璃的耐沖擊性能進(jìn)行了評估。

在汽車行駛過程中，風(fēng)窗玻璃中的外層堿石灰玻璃承受較大的空氣阻力，路面不平引起汽車扭曲變形通過A柱傳遞到風(fēng)窗玻璃上，使原本承受較大空氣阻力的外層堿石灰玻璃會(huì)在微小的沖擊下產(chǎn)生破裂。因而，進(jìn)行新風(fēng)窗玻璃的設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)改變外層堿石灰玻璃的厚度。內(nèi)層堿石灰玻璃主要在汽車碰撞發(fā)生時(shí)吸收碰撞能量，以盡可能減小對乘員產(chǎn)生的危害。因而，可以降低內(nèi)層堿石灰玻璃的厚度以形成不對稱的風(fēng)窗玻璃結(jié)構(gòu)。利用有限元分析方法，根據(jù)內(nèi)層堿石灰玻璃的承載和邊界約束，確定內(nèi)層堿石灰玻璃的厚度可降為1.6mm，形成2.1mm/1.6mm不對稱結(jié)構(gòu)。通過沖擊試驗(yàn)對傳統(tǒng)風(fēng)窗玻璃和新設(shè)計(jì)風(fēng)窗玻璃的耐沖擊性能進(jìn)行評估。沖擊試驗(yàn)采用重1g、直徑6.35mm的金屬球，沿水平45°的角度沖擊風(fēng)窗玻璃。沖擊速度從0km/h逐漸增加，每次增加8km/h（5MPH），直至風(fēng)窗玻璃產(chǎn)生損傷，試驗(yàn)共進(jìn)行24次。試驗(yàn)顯示：傳統(tǒng)風(fēng)窗玻璃的24次損傷中，21次是外層堿石灰玻璃損傷；3次是內(nèi)外層堿石灰玻璃均損傷。而新設(shè)計(jì)風(fēng)窗玻璃的24次損傷中，20次是外層堿石灰玻璃損傷，1次是內(nèi)層堿石灰玻璃損傷，3次是內(nèi)外層堿石灰玻璃均損傷。從試驗(yàn)結(jié)果可知，降低內(nèi)層堿石灰玻璃的厚度不會(huì)影響風(fēng)窗玻璃的耐沖擊性能。