轻量化风窗玻璃耐冲击性能的研究

轻量化风窗玻璃耐冲击性能的研究

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

编译：陈丁跃

汽车制造商正在寻求轻量化材料实现风窗玻璃的制造。风窗玻璃约占整车玻璃质量的30%～60%，实现其轻量化不仅能改善汽车燃油经济性，而且能够降低汽车质心，有利于汽车稳定性。传统风窗玻璃采用两层2.1mm厚的碱石灰玻璃，中间通过0.8mm的聚乙烯醇缩丁醛进行粘性连接。而减小两层碱石灰玻璃的厚度是实现风窗玻璃轻量化最有效的措施，但减小碱石灰玻璃的厚度可能导致风窗玻璃的刚度降低，无法在汽车发生碰撞时吸收足够多的碰撞能量。提出了一种非对称的风窗玻璃，并对这种风窗玻璃的耐冲击性能进行了评估。

在汽车行驶过程中，风窗玻璃中的外层碱石灰玻璃承受较大的空气阻力，路面不平引起汽车扭曲变形通过A柱传递到风窗玻璃上，使原本承受较大空气阻力的外层碱石灰玻璃会在微小的冲击下产生破裂。因而，进行新风窗玻璃的设计时，不应改变外层碱石灰玻璃的厚度。内层碱石灰玻璃主要在汽车碰撞发生时吸收碰撞能量，以尽可能减小对乘员产生的危害。因而，可以降低内层碱石灰玻璃的厚度以形成不对称的风窗玻璃结构。利用有限元分析方法，根据内层碱石灰玻璃的承载和边界约束，确定内层碱石灰玻璃的厚度可降为1.6mm，形成2.1mm/1.6mm不对称结构。通过冲击试验对传统风窗玻璃和新设计风窗玻璃的耐冲击性能进行评估。冲击试验采用重1g、直径6.35mm的金属球，沿水平45°的角度冲击风窗玻璃。冲击速度从0km/h逐渐增加，每次增加8km/h（5MPH），直至风窗玻璃产生损伤，试验共进行24次。试验显示：传统风窗玻璃的24次损伤中，21次是外层碱石灰玻璃损伤；3次是内外层碱石灰玻璃均损伤。而新设计风窗玻璃的24次损伤中，20次是外层碱石灰玻璃损伤，1次是内层碱石灰玻璃损伤，3次是内外层碱石灰玻璃均损伤。从试验结果可知，降低内层碱石灰玻璃的厚度不会影响风窗玻璃的耐冲击性能。