輕量化風窗玻璃耐沖擊性能的研究

輕量化風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現風窗玻璃的制造。風窗玻璃約占整車玻璃質量的30%～60%，實現其輕量化不僅能改善汽車燃油經濟性，而且能夠降低汽車質心，有利于汽車穩定性。傳統風窗玻璃采用兩層2.1mm厚的堿石灰玻璃，中間通過0.8mm的聚乙烯醇縮丁醛進行粘性連接。而減小兩層堿石灰玻璃的厚度是實現風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致風窗玻璃的剛度降低，無法在汽車發生碰撞時吸收足夠多的碰撞能量。提出了一種非對稱的風窗玻璃，并對這種風窗玻璃的耐沖擊性能進行了評估。

在汽車行駛過程中，風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柱傳遞到風窗玻璃上，使原本承受較大空氣阻力的外層堿石灰玻璃會在微小的沖擊下產生破裂。因而，進行新風窗玻璃的設計時，不應改變外層堿石灰玻璃的厚度。內層堿石灰玻璃主要在汽車碰撞發生時吸收碰撞能量，以盡可能減小對乘員產生的危害。因而，可以降低內層堿石灰玻璃的厚度以形成不對稱的風窗玻璃結構。利用有限元分析方法，根據內層堿石灰玻璃的承載和邊界約束，確定內層堿石灰玻璃的厚度可降為1.6mm，形成2.1mm/1.6mm不對稱結構。通過沖擊試驗對傳統風窗玻璃和新設計風窗玻璃的耐沖擊性能進行評估。沖擊試驗采用重1g、直徑6.35mm的金屬球，沿水平45°的角度沖擊風窗玻璃。沖擊速度從0km/h逐漸增加，每次增加8km/h（5MPH），直至風窗玻璃產生損傷，試驗共進行24次。試驗顯示：傳統風窗玻璃的24次損傷中，21次是外層堿石灰玻璃損傷；3次是內外層堿石灰玻璃均損傷。而新設計風窗玻璃的24次損傷中，20次是外層堿石灰玻璃損傷，1次是內層堿石灰玻璃損傷，3次是內外層堿石灰玻璃均損傷。從試驗結果可知，降低內層堿石灰玻璃的厚度不會影響風窗玻璃的耐沖擊性能。