The Investigation of the Dynamic Compression Characteristics of a Layered Glass System

Abstract

Layered glass structures are one of the most common material types used in air, land, and sea vehicles. Since these structures are exposed to external impact loads, it is important to determine their dynamic mechanical behavior. In this study, dynamic compression characteristics of the layered glass system were investigated numerically using the LS-DYNA finite element program. The Johnson Holmquist Ceramics material model was used for the glass layer, the Ogden Rubber material model, which is used in material models with high elastic structural behavior was used for the polyvinyl butyral (PVB) interlayer, and the SAMP-1 material model was used for the polycarbonate interlayer. Numerical studies were carried out to investigate the stress wave propagation, the amount of energy released, and the deceleration rate of the penetration velocity. Split Hopkinson Pressure Bar setup was used to numerically load the layered glass systems at high strain rates for a reliably easy controlled wave generation. The layered glass structure consisting of two interlayer types with different thicknesses was loaded in the SHPB system, and the effect of the interlayer material type and thickness on the stress wave propagation was investigated. Then, the projectile impact test was modeled at different impact velocities for a square plate of PVB-layered glass structure. The thickness of the PVB interlayer was kept constant, while the thickness and location of the glass layer varied. From the results, the slowing rate of the projectile, the amount of erosion energy, and the energy balance were determined.

Katmanlı cam yapılar hava, kara ve deniz araçlarında en yaygın kullanılan malzeme türlerinden biridir. Bu yapılar dış darbe yüklerine maruz kaldıklarından, dinamik mekanik davranışlarının belirlenmesi önemlidir. Bu çalışmada, katmanlı cam sisteminin dinamik basma karakteristikleri sayısal olarak LS-DYNA sonlu elemanlar programında incelendi. Cam katmanı için Johnson Holmquist Ceramics malzeme modeli, polivinil bütiral (PVB) ara katmanı için yüksek elastik yapısal davranışa sahip malzeme modellerinde kullanılan Ogden Rubber malzeme modeli ve polikarbonat ara katman için SAMP-1 malzeme modeli kullanıldı. Sayısal çalışmalar gerilme dalgası yayılımı, açığa çıkan enerji miktarı ve penetrasyon hızının yavaşlama oranını araştırmak için yapıldı. Güvenilir ve kolay kontrollü bir dalga üretimi için sayısal olarak katmanlı cam sistemlerini yüksek gerilim hızlarında yüklemek için Bölünmüş Hopkinson Basınç Çubuğu kurulumu kullanıldı. Farklı kalınlıklara sahip iki ara katman tipinden oluşan katmanlı cam yapı SHPB sisteminde yüklenmiş ve ara katman malzeme tipi ve kalınlığının gerilme dalgası yayılımına etkisi incelendi. Daha sonra, PVB-katmanlı cam yapının kare bir levhası için farklı darbe hızlarında mermi çarpma testi modellendi. PVB ara katmanının kalınlığı sabit tutulurken, cam katmanın kalınlığı ve yeri değişti. Analiz sonuçlarından merminin yavaşlama hızı, aşındırma enerjisi miktarı ve enerji dengesi belirlendi.