内蒙古中西部地区位于蒙古高气压前缘及我国风沙高活动区的中心地段,该地区复杂区域独特气候及地理环境极易引发强风携带风沙颗粒、高空物体坠落等冲击荷载对钢化夹层玻璃材料的冲击破坏,造成地区内建筑玻璃围护结构的耐久性和安全性下降。本研究以钢化夹层玻璃在内蒙古中西部地区受冲击破坏的实际服役环境为背景,对其进行球压冲击试验,根据球压冲击荷载引发其内部产生复杂应力波,外部表现为小变形现象,结合其受冲击后的断裂过程,应用应力波基础理论分析钢化夹层玻璃内部冲击应力波响应规律;应用弹性力学与复合材料力学分析钢化夹层玻璃外部变形及应力等冲击动力学响应规律;在分析不同形态裂纹断裂全过程的基础上,应用断裂力学分析钢化夹层玻璃的裂纹扩展规律及含表面损伤的冲击断裂机理,进而研究了表面损伤对钢化夹层玻璃抗冲击性能的影响。本课题受国家自然科学基金项目（批准号:11662012）及内蒙古高校青年科技英才支持计划（批准号:NJYT-17-A09）的资助。具体研究内容为:1.根据球压冲击试验,论述了钢化夹层玻璃受冲击破坏后辐射状裂纹和环形裂纹的启裂、扩展、断裂过程,分析了产生两种形态裂纹的诱因为内部复杂应力波、外部表现为小变形,确定了钢化夹层玻璃潜在破坏区域（界面（1）、自由面）;模拟强风携带风沙颗粒、高空物体坠落等接触冲击过程,分析了钢球自由落体冲击荷载与冲击高度的关系,表明了最大冲击力、冲击作用时间、冲击接触区域、最大接触应力随自由落体冲击高度的变化规律;阐述了材料的三种断裂模式及四种特殊裂纹系统的应力强度因子,分析了脆性材料的三种断裂准则,为后续的分析提供理论基础。2.钢球冲击钢化夹层玻璃会激发材料内部产生复杂透射波与反射波,应用应力波基础理论在其厚度方向建立考虑应力波衰减后的透射、反射模型,利用特征线解法求解波阵面上应力波的衰减规律,结合夹层玻璃的潜在破坏区域,提出应力波作用下钢化夹层玻璃的破坏机理,分析各层材料间波阻抗差异及厚度对应力波的影响,对其进行不等厚度结构设计研究。结果表明冲击应力波在夹层玻璃内呈现指数衰减规律,且随着冲击高度的增加而增加;各层材料由于波阻抗的差异使得界面处产生不同效果的透射波与反射波,而反射波值是引发潜在破坏区域破坏的本质原因;在制造夹层玻璃时,首先选定波阻抗接近的夹层材料来控制界面（1）处反射波值后,再通过增加夹层玻璃厚度来降低自由面处反射波值,且增加玻璃厚度比增加夹层厚度应力波衰减更显著;当两面受冲击时,夹层玻璃应保持等厚度设计;当一面受冲击时,设计为受冲击面比非受冲击面厚,具有明显的优势。3.钢球冲击荷载会引起钢化夹层玻璃产生小变形,应用弹性力学与复合材料力学建立了考虑冲击惯性效应的动力学响应模型,研究了钢化夹层玻璃受冲击的应力场、应变场、位移场变化规律,分析了玻璃类型、荷载类型、厚度、等效方法对钢化夹层玻璃动力学响应的影响,并进行不等厚度结构设计研究。结果表明冲击力、位移响应分为接触加载期、接触卸载期、脱离后期且呈先增加后减小的趋势;冲击力越大,冲击作用时间和达到峰值位移所需时间均越短,达到的位移峰值越大;应力波对称向四周传播且不断衰减致使位移场、应变场、应力场均呈对称分布,且冲击荷载对冲击点的影响最大,在冲击点区域下表面受拉而出现拉破坏,边界区域受压出现压破坏,而上表面的破坏情况则恰好相反;相同厚度的均质玻璃比夹层玻璃的力学响应均小,动力荷载下夹层玻璃的力学响应小于静力荷载;同等倍数增加玻璃厚度的力学响应减小程度约为增加夹层厚度的3倍。4.根据钢球冲击荷载引起钢化夹层玻璃内部产生复杂的应力波,外部表现为小变形,从而致使含表面微裂纹的钢化夹层玻璃发生脆性断裂的现象,应用断裂力学分析了钢化夹层玻璃的裂纹扩展规律,环形微裂纹是由圆形接触区边界的最大拉应力大于表面抗拉强度时,拉裂而成。辐射状裂纹是由微裂纹或缺陷受冲击后不断产生微小分离量,扩展贯通而成,环形裂纹是由辐射状裂纹产生后形成的多个含环形微裂纹的扇形玻璃梁受冲击断裂后连通而成,二者均为含裂纹体张开型断裂模式。通过应力强度因子准则,建立考虑内应力分布的裂纹扩展临界条件,研究含表面损伤的钢化夹层玻璃冲击断裂机理,进而研究了表面损伤对其抗冲击性能的影响。结果表明裂纹断裂过程分为启裂和裂纹扩展两个阶段,裂纹在压应力层启裂,外场应力需克服扩展抗力和预加内应力,扩展至拉应力层,只需克服扩展抗力;虽然钢化应力越大,断裂强度越大,但均随着玻璃表面最深裂纹深度的增加而减小,即表面损伤会使钢化夹层玻璃的抗冲击性能降低。