建筑玻璃结构在刚体冲击下的破坏机理及预测模型研究

基本信息
批准号:51378308
项目类别:面上项目
资助金额:80.00
负责人:杨健
学科分类:
依托单位:上海交通大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:Antonio Munjiza,沈惠申,康俊涛,岳峰,何涛,赵聪霄,季清,史一凡
关键词:
冲击破坏夹胶玻璃抗冲击强度玻璃结构组合有限元离散元
结项摘要

The background of this research proposal arises from the need of enhancing the overall design safety of engineering structures. The proposal will focus on the impact damage behaviour of a novel type of structure, i.e. glass structure, under the hard-body impact action. The proposed project will be underpinned by the fundamental theory of combined finite and discrete element (FEM/DEM), material and impact mechanics, and will be carried out by employing a coupled experimental and numerical approach. The aim of the project is to achieve a safe and economic design for glass structures, in particular, under impact actions. This can be achieved by investigating the material properties of glass components and the impact damage mechanism of glass structures. The deliverable objectives include: 1) examining the constitutive law and failure criteria of glass materials under both static and dynamic actions and their mathematical representations; 2) developing an FEM/DEM based numerical tool to analyze the dynamic behaviour of composite structures made of brittle and ductile materials; 3) modelling and reproducing the impact damage process by using the numerical tool; 4) developing the prediction models of impact resistance; and 5) proposing a design method for glass structures under hard-body impact. The coupled experimental and numerical studies will be performed 1) to reveal the initiation of impact damage, the damage propagation, and damage evolution mechanism; 2) to examine the effect of various design parameters and impact modes; 3) to understand the mechanism of energy transferring and dissipation and the initiation criteria of various failure modes; 4) to identify the two limiting states occurring during the damage process; and 5)finally to propose a performance based design method and the corresponding performance requirements. This proposal carries not only scientifically cutting edge features but also high engineering application values. The research findings can provide scientific support to engineering design of glass structures.

本项目以提升结构工程设计安全的需求为背景,以玻璃结构为对象,以提高抗冲击安全性为目标,以组合有限元-离散元、材料力学、冲击力学理论为基础,以实验研究和数值模拟为手段,以基础性研究为特色,以结构玻璃的材料性能和玻璃结构的冲击破坏为锁定研究内容,提出在动载下结构玻璃材料的本构和破坏特征及其数学力学表征,开发基于组合有限元-离散元理论、分析脆性/延性复合结构的新型数值方法及其冲击仿真模型,推导玻璃结构抗冲击承载力模型,构建玻璃结构抗冲击设计方法;通过实验观察和数值模拟,揭示玻璃结构在刚体冲击下的起裂、破坏过程及其发展机理,阐述不同设计参数和冲击模式对冲击承载力的影响,科学认识在冲击破坏过程中能量传递和耗散规律、各种破坏模态发生条件及其冲击破坏两大极限状态的识别,提出玻璃结构抗冲击设计的性能指标。本项目既有鲜明的学术前沿性,也有显著工程应用意义,可为玻璃结构设计提供科学的理论支撑。

项目摘要

本项目以提升结构工程设计安全的需求为背景,结合实验研究和数值模拟为手段,从玻璃和胶片材料层面系统性研究结构玻璃的材料性能并拓展到结构层面的玻璃结构的冲击破坏机理和耗能规律,提出在动载下结构玻璃材料的本构和破坏特征及其数学力学表征。开发了基于组合有限元-离散元理论、考虑夹层玻璃材料和胶合面耦合脱胶行为、分析脆性/延性复合结构的新型数值方法及其冲击仿真模型。通过实验观察和数值模拟,揭示玻璃结构在刚体冲击下的起裂、破坏过程及其发展机理,阐述不同设计参数(玻璃类型、玻璃层数、胶层厚度和类型、支撑条件、玻璃厚度比)和玻璃面板开裂顺序对冲击承载力的影响,研究夹层玻璃在冲击破坏过程中能量传递和耗散规律、各种破坏模态发生条件及其冲击破坏两大极限状态的识别,提出玻璃结构抗冲击设计的性能指标。推导玻璃结构抗冲击承载力模型,构建玻璃结构抗冲击设计方法。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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