Experimental and numerical analysis of laminated glass under dynamic loading

Abstract

Lepené sklo je vrstvený kompozitní materiál, který je složen ze skleněných vrstev a viskózních polymerních mezivrstev. Kvůli této vrstvené kompozici je mechanická analýza složitá a časově náročná. V minulosti byla sice vyvinuta řada zjednodušujících metod pro výpočet vlastností lepeného skla, ale stále ještě nedostatečné znalosti o chování tohoto materiálu volají po použití přesných a časově náročných analýz. Tato práce se zaměřuje na provedení takové analýzy. Konkrétně se práce zaměřuje na analýzu vlastního kmitání nosníků z lepeného skla. Práce je rozdělena do dvou základních částí. První se zaměřuje na vytvoření modelu pro popis viskózních vlastností polymerní mezivrstvy. Ta vykazuje silnou časovou a teplotní závislost. Pro správnou kalibraci materiálového modelu jsou použity experimentální data z rheometru. Výstupem z kalibračního procesu je plný popis zobecněného Maxwellova řetězce. Tyto data slouží jako vstupní parametry do následné modální analýzy nosníků, která je součástí druhé části práce. Zde je odvozena a představena jak numerická analýza vlastního kmitání tak i následná experimentální validace. Z výsledků práce je zřejmé, že námi představený numerický model je schopen s velkou přesností predikovat vlastní frekvence nosníků z lepeného skla. Ukázalo se, že předpověď tlumení nedává tak uspokojivé výsledky. Práce tedy představuje modální analýzu dvou typů vrstvených nosníků a představuje problémy pro další výzkum.

Laminated glass is layered material, which consist of brittle solid glass layers and polymer viscous interlayer. This composition makes analysis hard and complex. Several simplifying approaches was invented, but little knowledge about its behavior requires performing relatively accurate and demanding analyses. In this paper such one is introduced, where we focus on the dynamic analysis of laminated glass beams and on the analysis of viscous properties of polymer interlayer. The thesis is divided into two parts. The first one is focused on the material description via the generalized Maxwell model introducing the way of extracting data from the rheometer experiment. In this part the calibration process is also introduced. In the second part, the rheometer data for two types of an interlayer ply are used for eigenvalue analysis of three-layered beams, the finite element analysis and the experimental measurement. From the results it is evident, that available measurement methods are very accurate for natural frequency prediction, but not so satisfying for damping estimate. Therefore, the work presents natural vibration analysis methodology for laminated glass beams and introduces problems for further research.