警用破窗器设计及切割夹层玻璃的应用

摘要

在现代反恐突入或者灾害救援的大背景环境下，警用破窗器已经具有广泛的应用，它是破除玻璃强制性进入建筑物或车辆内的一种特殊装备，具有操作简单、隐蔽高效等特点。本文在课题组铜管线型聚能切割器研究的基础上，以线型切割器为核心部件设计了新型警用破窗器，对其中的各个元件进行了相关的介绍。随后采用ANSYS/LS-DYNA仿真工具对相关的模型进行模拟分析。
　　警用破窗器的作用原理：控制起爆按钮引爆聚能切割器形成的射流瞬间作用到夹层玻璃上，使之失效破坏、产生裂纹并最终被切开。使用方法为操作人员通过手持操作杆，调节伸缩长度将玻璃装置贴靠在目标玻璃上，然后在起爆器处按下启动开关，最终击破玻璃。警用破窗器的主要元件包括电子起爆器、操作杆和线型切割器组件等，主要针对目标为夹层玻璃。
　　由于 PVB中间膜的存在，夹层玻璃在冲击作用下会产生不规则的裂纹随后会出现切口形状；同时在实际生活中汽车所使用的夹层玻璃PVB薄膜厚度并没有统一的标准，为了探讨夹层玻璃的破坏机理，在仿真分析时对实际问题进行简化，采用常规的线型聚能切割器（即拐角角度180°）对不同 PVB薄膜厚度（0.38mm-3.04mm）的夹层玻璃进行切割数值模拟，并对夹层玻璃的裂纹产生及最终破坏形态进行了研究，最终从能量吸收，应力波传播和弹性能累积方面说明了 PVB薄膜厚度变化是造成玻璃夹层裂纹扩展和最终破坏形态差异的主要原因。仿真结果表明设计的警用破窗器能够有效破开汽车常用的夹层玻璃（PVB薄膜厚度在1.52mm及以下）。最后对切割器设计为矩形时（拐角角度90°）进行了初步的模拟，结果显示警用破窗器的切割器部分可以根据实际情况设计不同的形状以满足反恐救援的各种需要。

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1 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

2 警用破窗器的设计

2.1 破窗器简介

2.2 破窗器工作原理

2.3 破窗器结构设计

2.4 破窗器整体图

2.5 小结

3 有限元分析

3.1 模拟方法的选择

3.2 有限元法的简介

3.3 各构件采用的材料模型和状态方程参数

3.4 小结

4 警用破窗器切割夹层玻璃的应用

4.1 夹层玻璃破坏的阶段分析

4.2 玻璃层影响与分析

4.3 薄膜影响与分析

4.4 小结

5 结论及展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢