汽车风挡玻璃作为汽车的重要零部件之一，不仅具有遮风挡雨、提供良好视线的功能，更是汽车重要的安全部件之一。因此，风挡玻璃冲击破坏性能的研究，对包括行人保护在内的汽车被动安全设计具有十分重要的理论和工程意义。然而，由于风挡玻璃的脆性破坏特点，即使在CAE技术广泛应用于汽车被动安全设计的今天，还没有一个被广泛认可的数值计算方法仿真分析风挡玻璃的冲击破坏性能。本文在实验研究PVB膜片材料物性和材料模型的基础上，提出了一个新的风挡玻璃有限元模型化方法，以期应用于基于LS-DYNA的汽车被动安全设计；另一方面，使用本实验室开发的离散元与有限元耦合方法及CDFP软件，研究夹层玻璃的冲击破坏性能，以冲击加速度和玻璃破坏模式与实验结果的一致性说明离散元与有限元耦合方法具有更好的风挡玻璃冲击破坏现象仿真分析前景。具体研究内容如下：首先，实验研究了风挡玻璃夹层材料PVB的材料物性。基于PVB材料物性随应变速度变化而发生明显变化的特点，开发了PVB样件应变速度可变的拉伸实验装置，以得到不同应变速度下PVB材料的应力应变关系。根据实验数据，确认了Mooney-Rivlin模型在某一应变率下能较好地描述PVB材料大变形行为。基于风挡玻璃冲击破坏过程中同一时刻不同区域应变速度不同、不同时刻同一区域应变速度变化的现象，获得了可以有效描述不同应变率下PVB材料特性的修正Johnson–Cook模型参数。第二，尽管有限元方法难以有效描述风挡玻璃的冲击破坏现象，但基于被动安全设计的现实需要，工程分析人员仍然使用有限元软件、通过夹层玻璃有限单元的模型化和删除破坏单元的方法进行相关仿真分析。本文提出了一种新的模型化方法，即将PVB三层结构夹层玻璃用一层玻璃壳单元和一层PVB立体单元模型化。由仿真分析与实验结果的比较可知，尽管破坏模式与实验存在较大差异，但与其他夹层玻璃有限元模型化方法相比，该模型化方法可以得到与实验一致性更好的冲击加速度，而冲击加速度正是评价行人保护性能的重要依据。最后，离散元与有限元耦合方法及CDFP软件是本实验室为仿真分析风挡玻璃冲击破坏现象而开发的研究成果。由于离散元方法计算效率低下，工程应用尚需时日。为确认离散元与有限元耦合方法对风挡玻璃冲击破坏现象仿真分析的有效性，专门设计了一个小尺寸夹层玻璃板冲击破坏实验。将PVB两侧玻璃以离散单元建模，其他部分均以有限单元离散化，建立离散元与有限元耦合仿真分析模型。仿真分析结果表明在玻璃破坏模式和冲击加速度两方面均与实验一致，说明了离散元与有限元耦合分析方法在风挡玻璃冲击破坏现象仿真分析方面的明显优势。