復(fù)合防護(hù)玻璃透光率的計(jì)算機(jī)模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于復(fù)合防護(hù)玻璃的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及復(fù)合防護(hù)玻璃透光率的計(jì)算機(jī)模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002]防護(hù)玻璃是指具有玻璃的透光性能，同時(shí)又具有一定防護(hù)能力的透明材料。其防護(hù)原理是玻璃將沖擊動(dòng)能轉(zhuǎn)化為玻璃的彈性勢(shì)能和破碎后的表面能，從而達(dá)到防護(hù)目的。從結(jié)構(gòu)角度講，復(fù)合玻璃是以無機(jī)玻璃(G)作為面板材料，聚氨酯(PU)為中間緩沖、粘接層，聚碳酸酯(PC)作為背板材料，即G/PU/PC防護(hù)結(jié)構(gòu)。隨著防護(hù)玻璃應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，不同的應(yīng)用條件對(duì)防護(hù)玻璃的性能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了不同的要求。例如:在軍事領(lǐng)域，防護(hù)玻璃需要能夠適應(yīng)惡劣的環(huán)境要求；在航空航天領(lǐng)域，防護(hù)玻璃需要能夠在低溫、高速下保持良好的力學(xué)性能和光學(xué)性能；在普通民用領(lǐng)域，防護(hù)玻璃需要能夠適應(yīng)不同國(guó)家和地區(qū)的氣候、溫度、光照強(qiáng)度等。因此，對(duì)于不同的需求需要設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)的防護(hù)玻璃。
[0003]工程師在設(shè)計(jì)防護(hù)玻璃時(shí)需要針對(duì)不同結(jié)構(gòu)防護(hù)玻璃進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試，以保證產(chǎn)品性能能夠達(dá)到要求。其中，透光率就是一項(xiàng)十分重要的性能。使用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)防護(hù)玻璃的透光率進(jìn)行模擬可以省略復(fù)合防護(hù)玻璃的生產(chǎn)樣品、測(cè)試樣品過程，有效的減少生產(chǎn)、測(cè)試成本，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和檢測(cè)的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種復(fù)合防護(hù)玻璃透光率的計(jì)算機(jī)模擬方法。
[0005]為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是:
[0006]提供一種復(fù)合防護(hù)玻璃透光率的計(jì)算機(jī)模擬方法，具體包括下述步驟:
[0007](I)在COMSOL Multiphysics軟件中建立復(fù)合防護(hù)玻璃立方體模型，并對(duì)模型進(jìn)行分層與材料設(shè)置，自上至下分別設(shè)置為空氣層、復(fù)合防護(hù)玻璃和空氣層；
[0008]其中，復(fù)合防護(hù)玻璃由無機(jī)玻璃層、緩沖粘接層和聚碳酸酯層組成:頂層為無機(jī)玻璃層，底層為聚碳酸酯層，兩者之間設(shè)有無機(jī)玻璃層、緩沖粘接層或聚碳酸酯層中的至少一種；無機(jī)玻璃層有L層，緩沖粘接層有m層，聚碳酸酯層有η層；L、m、η均為整數(shù)，且I彡L彡30、1彡m彡30、1彡η彡30;
[0009]各層之間的布置關(guān)系是:無機(jī)玻璃層與無機(jī)玻璃層之間設(shè)聚乙烯醇縮丁醛材質(zhì)的緩沖粘接層，無機(jī)玻璃層與聚碳酸酯層之間設(shè)聚氨酯材質(zhì)的緩沖粘接層，聚碳酸酯層與聚碳酸酯層之間設(shè)聚氨酯材質(zhì)的緩沖粘接層；
[0010](2)設(shè)置各層的邊界條件:模型的底面設(shè)置為散射邊界條件，四周設(shè)置為阻抗邊界條件，層間設(shè)置為過渡邊界條件；
[0011](3)使用電磁波模塊，通過設(shè)置波長(zhǎng)變化模擬光線投射，入射角度為90°，電磁波照射功率為I?2W ;模擬得到復(fù)合防護(hù)玻璃的能量場(chǎng)，由COMSOL Multiphysics軟件將能量場(chǎng)數(shù)據(jù)導(dǎo)出，即可得到復(fù)合防護(hù)玻璃的透光率。
[0012]本發(fā)明中，步驟(2)中所述過渡邊界條件是指:設(shè)置邊界物質(zhì)為空氣，其厚度與模型中空氣層厚度比為1: 1000?2000。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0014](I)使用本發(fā)明的方法對(duì)復(fù)合防護(hù)玻璃透光率進(jìn)行模擬能夠得到較為準(zhǔn)確的模擬結(jié)果。例如:具有“3mm厚玻璃/0.63mm厚聚氨酯/Imm厚聚碳酸”結(jié)構(gòu)的復(fù)合防護(hù)玻璃其實(shí)測(cè)值為93.6%，模擬得出結(jié)果為88.2%，相差較小。
[0015](2)采用本發(fā)明所述方法能夠有效的減少生產(chǎn)樣品、測(cè)試樣品的成本，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和檢測(cè)的效率。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中所建立的復(fù)合防護(hù)玻璃立方體模型。
[0017]圖中附圖標(biāo)記:空氣層1、無機(jī)玻璃層2、聚氨酯層3、聚碳酸酯層4、空氣層5。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0019]COMSOL Multiphysics軟件中，“散射邊界條件和阻抗邊界條件”本身就是邊界條件中的一種具體選擇。另外，設(shè)置這些邊界條件時(shí)需要在模塊中輸入一些參數(shù)例如:溫度、壓力、材料的相對(duì)介電常數(shù)，相對(duì)磁導(dǎo)率，電導(dǎo)率等。這些參數(shù)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況輸入數(shù)據(jù)即可。
[0020]另外，復(fù)合防護(hù)玻璃的結(jié)構(gòu)為多層，層數(shù)可以是三層也可以是多層，具體是由無機(jī)玻璃層、緩沖粘接層和聚碳酸酯層組成:頂層為無機(jī)玻璃層，底層為聚碳酸酯層，兩者之間設(shè)有無機(jī)玻璃層、緩沖粘接層或聚碳酸酯層中的至少一種；無機(jī)玻璃層有L層，緩沖粘接層有m層，聚碳酸酯層有η層；L、m、n均為整數(shù)，且1<1^<30、1<111<30、1<11<30 ;各層之間的布置關(guān)系是:無機(jī)玻璃層與無機(jī)玻璃層之間設(shè)聚乙烯醇縮丁醛材質(zhì)的緩沖粘接層，無機(jī)玻璃層與聚碳酸酯層之間設(shè)聚氨酯材質(zhì)的緩沖粘接層，聚碳酸酯層與聚碳酸酯層之間設(shè)聚氨酯材質(zhì)的緩沖粘接層；具體的層數(shù)和材料可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的具體需要進(jìn)行設(shè)置。
[0021]實(shí)施例1
[0022]在COMSOL Multiphysics的電磁波模塊中建立復(fù)合玻璃的立方體三維模型，并將模型分為五層。
[0023]對(duì)模型的不同層進(jìn)行材料設(shè)置，自上至下分別設(shè)置為空氣、無機(jī)玻璃、聚氨酯、聚碳酸酯、空氣，各層厚度比為:1: 3: 0.63:1:1。
[0024]對(duì)模型的邊界條件進(jìn)行設(shè)置:模型底面設(shè)置為散射邊界條件；模型四周設(shè)置為阻抗邊界條件；層間設(shè)置為過渡邊界條件。將過渡邊界條件設(shè)置為空氣，用以等效層間的存在的微小氣泡，其厚度與空氣層厚度比為1: 1000。
[0025]將入射面設(shè)置為模型頂面，入射波長(zhǎng)設(shè)置為700nm，功率為1W，入射角度為90°。通過模擬后得到復(fù)合防護(hù)玻璃的能量場(chǎng)。最后將數(shù)據(jù)導(dǎo)出計(jì)算得到復(fù)合防護(hù)玻璃的透光率為88.2%，實(shí)測(cè)值為93.6%。
[0026]實(shí)施例2
[0027]在COMSOL Multiphysics的電磁波模塊中建立復(fù)合玻璃的立方體維模型，并將模型分為五層。
[0028]對(duì)模型的不同層進(jìn)行材料設(shè)置，自上至下分別設(shè)置為空氣、無機(jī)玻璃、聚氨酯、聚碳酸酯、空氣，各層厚度比為:1.5: 2.5: 1.25: I: 1.5。
[0029]對(duì)模型的邊界條件進(jìn)行設(shè)置:模型底面設(shè)置為散射邊界條件；模型四周設(shè)置為阻抗邊界條件；層間設(shè)置為過渡邊界條件。將過渡邊界條件設(shè)置為空氣，用以等效層間的存在的微小氣泡，其厚度與空氣層厚度比為1: 1500。
[0030]將入射面設(shè)置為模型頂面，入射波長(zhǎng)設(shè)置為700nm，功率為2W，入射角度為90°。通過模擬后得到復(fù)合防護(hù)玻璃的能量場(chǎng)。最后將數(shù)據(jù)導(dǎo)出計(jì)算得到復(fù)合防護(hù)玻璃的透光率為89.27%，實(shí)測(cè)值為94.3% ο
[0031]實(shí)施例3
[0032]在COMSOL Multiphysics的電磁波模塊中建立復(fù)合玻璃的立方體三維模型，并將模型分為五層。
[0033]對(duì)模型的不同層進(jìn)行材料設(shè)置，自上至下分別設(shè)置為空氣、無機(jī)玻璃、聚氨酯、聚碳酸酯、空氣，各層厚度比為:2: 2: 1.25: 1.5: 2。
[0034]對(duì)模型的邊界條件進(jìn)行設(shè)置:模型底面設(shè)置為散射邊界條件；模型四周設(shè)置為阻抗邊界條件；層間設(shè)置為過渡邊界條件。將過渡邊界條件設(shè)置為空氣，用以等效層間的存在的微小氣泡，其厚度與空氣層厚度比為1: 2000。
[0035]將入射面設(shè)置為模型頂面，入射波長(zhǎng)設(shè)置為700nm，功率為1.5W，入射角度90°。通過模擬后得到復(fù)合防護(hù)玻璃的能量場(chǎng)。最后將數(shù)據(jù)導(dǎo)出計(jì)算得到復(fù)合防護(hù)玻璃的透光率為86.34%，實(shí)測(cè)值為94%。
[0036]實(shí)施例4
[0037]在COMSOL Multiphysics的電磁波模塊中建立復(fù)合玻璃的立方體三維模型，并將模型分為七層。
[0038]對(duì)模型的不同層進(jìn)行材料設(shè)置，自上至下分別設(shè)置為空氣、無機(jī)玻璃、聚乙烯醇縮丁醛、無機(jī)玻璃、聚氨酯、聚碳酸酯、空氣，各層厚度比為:I: 2: 0.41: 2: 1.5: I: 10
[0039]對(duì)模型的邊界條件進(jìn)行設(shè)置:模型底面設(shè)置為散射邊界條件；模型四周設(shè)置為阻抗邊界條件；層間設(shè)置為過渡邊界條件。將過渡邊界條件設(shè)置為空氣，用以等效層間的存在的微小氣泡，其厚度與空氣層厚度比為1: 1000。
[0040]將入射面設(shè)置為模型頂面，入射波長(zhǎng)設(shè)置為700nm，功率為1W，入射角度為90°。通過模擬后得到復(fù)合防護(hù)玻璃的能量場(chǎng)。最后將數(shù)據(jù)導(dǎo)出計(jì)算得到復(fù)合防護(hù)玻璃的透光率為85.26 %，實(shí)測(cè)值為88.91 %。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種復(fù)合防護(hù)玻璃透光率的計(jì)算機(jī)模擬方法，其特征在于，具體包括下述步驟: (1)在COMSOLMultiphysics軟件中建立復(fù)合防護(hù)玻璃立方體模型，并對(duì)模型進(jìn)行分層與材料設(shè)置，自上至下分別設(shè)置為空氣層、復(fù)合防護(hù)玻璃和空氣層； 其中，復(fù)合防護(hù)玻璃由無機(jī)玻璃層、緩沖粘接層和聚碳酸酯層組成:頂層為無機(jī)玻璃層，底層為聚碳酸酯層，兩者之間設(shè)有無機(jī)玻璃層、緩沖粘接層或聚碳酸酯層中的至少一種；無機(jī)玻璃層有L層，緩沖粘接層有m層，聚碳酸酯層有η層；L、m、η均為整數(shù)，且I彡L彡30、1彡m彡30、1彡η彡30; 各層之間的布置關(guān)系是:無機(jī)玻璃層與無機(jī)玻璃層之間設(shè)聚乙烯醇縮丁醛材質(zhì)的緩沖粘接層，無機(jī)玻璃層與聚碳酸酯層之間設(shè)聚氨酯材質(zhì)的緩沖粘接層，聚碳酸酯層與聚碳酸酯層之間設(shè)聚氨酯材質(zhì)的緩沖粘接層； (2)設(shè)置各層的邊界條件:模型的底面設(shè)置為散射邊界條件，四周設(shè)置為阻抗邊界條件，層間設(shè)置為過渡邊界條件； (3)使用電磁波模塊，通過設(shè)置波長(zhǎng)變化模擬光線投射，入射角度為90°，電磁波照射功率為I?2W ;模擬得到復(fù)合防護(hù)玻璃的能量場(chǎng)，由COMSOL Multiphysics軟件將能量場(chǎng)數(shù)據(jù)導(dǎo)出，即得到復(fù)合防護(hù)玻璃的透光率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述過渡邊界條件是指:設(shè)置邊界物質(zhì)為空氣，其厚度與模型中空氣層厚度比為1: 1000?2000。
【專利摘要】本發(fā)明涉及復(fù)合防護(hù)玻璃的設(shè)計(jì)，旨在提供一種復(fù)合防護(hù)玻璃透光率的計(jì)算機(jī)模擬方法。該方法包括：在COMSOL？Multiphysics軟件中建立復(fù)合防護(hù)玻璃立方體模型，并對(duì)模型進(jìn)行分層與材料設(shè)置，自上至下分別設(shè)置為空氣層、復(fù)合防護(hù)玻璃和空氣層；設(shè)置各層的邊界條件：模型的底面設(shè)置為散射邊界條件，四周設(shè)置為阻抗邊界條件，層間設(shè)置為過渡邊界條件；通過設(shè)置電磁波波長(zhǎng)變化模擬光線投射模擬得到復(fù)合防護(hù)玻璃的能量場(chǎng)，由軟件將能量場(chǎng)數(shù)據(jù)導(dǎo)出，即得到復(fù)合防護(hù)玻璃的透光率。本發(fā)明對(duì)復(fù)合防護(hù)玻璃透光率進(jìn)行模擬能夠得到較為準(zhǔn)確的模擬結(jié)果。能有效的減少生產(chǎn)樣品、測(cè)試樣品的成本，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和檢測(cè)的效率。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號(hào)】CN105160078
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510489880
【發(fā)明人】楊輝, 尤增宇, 張玲潔, 程文煜, 姚費(fèi)杰, 曹元
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年8月11日