真空玻璃的应力分析及强度设计

基于真空玻璃的典型结构特征,分析了大气压差、温差及风载荷作用下真空玻璃的应力分布特征,给出了最大弯曲拉应力定量计算公式。基于结构抗力设计方法,分析了长期和短期应力协同作用下真空玻璃的承载性能设计。结果表明,在给定基片厚度情况下,随着支撑物间距的增大,真空玻璃最大弯曲拉应力呈近似线性增长,在支撑物间距不变情况下,真空玻璃最大弯曲拉应力随基片厚度增大呈指数式下降趋势。温差引起的最大弯曲拉应力与玻璃基片厚度及长宽尺寸无关,但与膨胀系数有关,温差值与其引发的真空玻璃最大弯曲拉应力呈线性关系。相同条件下,真空玻璃抗风压性能弱于与其等厚度的单片玻璃。在长期和短期应力协同作用下,宜分别计算不同应力作用时间下真空玻璃的效应设计值进行校核。     

钢化真空玻璃在温差作用下的变形特征

钢化真空玻璃两侧存在温差是导致其弯曲失效的重要原因之一。通过钢化真空玻璃温差变形试验和数值模拟,得到不同尺寸的钢化真空玻璃(5+0.5V+5)在不同温差下的变形特征。结果表明:钢化真空玻璃受两侧温差形成的球面弯曲曲率半径与钢化玻璃基片的厚度成正比,与钢化玻璃基片的线膨胀系数及两侧温差成反比;钢化真空玻璃的变形量与钢化玻璃基片尺寸、温差大小及曲率半径呈正相关;同一温差下钢化真空玻璃变形量随长边尺寸增大而增大;数值模拟结果与试验结果吻合,相对误差在5%以内,能够为不同尺寸钢化真空玻璃在温差下的变形预测提供参考。     

安全型真空玻璃构件功能一体化优化设计

为满足建筑用安全型真空玻璃构件的开发及工程应用推广之需要,研究了真空玻璃结构优化设计所涉及的力学基础理论。根据真空玻璃构件结构特点,建立力学模型,分析了真空玻璃构件在大气压作用下支撑应力分布特征及计算公式。结果表明:大气压作用下真空玻璃构件最大弯曲拉应力分布在支撑部位玻璃外表面处,当支撑力超过其临界载荷时,会导致接触点附近玻璃锥形裂纹的产生;根据均强度理论,得到了玻璃基片在不产生压痕下支撑物的最大临界支撑力计算公式;给出了持久应力作用下真空玻璃基片的强度设计值,其中钢化玻璃的为44.40MPa,普通浮法玻璃的为8.19MPa。综合真空玻璃构件应力分布特征及传热机理,优化了真空玻璃构件设计,使其达到最佳"热学与力学"配置。     

拟涂层法评价薄陶瓷基片的弯曲强度及弹性模量

由于尺寸效应和大挠度变形的存在,传统测试宏观尺寸陶瓷材料的力学性能的评价方法和标准不能直接应用于评价1 mm以下的薄陶瓷基片的力学性能。但随着各种陶瓷基片在工业上的广泛应用,薄片陶瓷的力学性能评价成为一个难题。针对该问题,本研究提出了一种陶瓷薄基片的弹性模量和强度的测试方法——拟涂层法,即通过拟涂层处理,使得薄陶瓷基片的应力梯度与标准尺寸陶瓷试样的应力梯度接近,从而避免了应力梯度对强度测试值的影响。采用拟涂层法测量0.2 mm-1 mm的不同厚度的薄陶瓷的弯曲强度和弹性模量,并与常规的测试方法测量宏观尺寸陶瓷的弯曲强度和弹性模量进行对比,结果表明二者测试结果相近,验证了拟涂层法测试结果的准确性和可靠性。     

支撑柱缺位对弧面钢化真空玻璃支撑应力的影响

根据弹性力学、柱壳理论及数学微分法建立了弧面钢化真空玻璃力学模型,基于ANSYS有限元数值分析模拟,分析了3 mm厚弧面钢化玻璃基板不同部位支撑柱缺位对弧面钢化真空玻璃的支撑应力和弯曲变形的影响.研究结果表明,支撑柱缺位对其周围支撑应力影响较大.在中间和角落部位,当支撑柱连续缺位数量超过2个,最大应力为117.77 MPa,最大变形量为0.566 mm;在边缘部位,当支撑柱连续缺位数量超过3个,最大应力为96.183 MPa,最大变形量为0.217 mm,均超过安全允许范围.该研究对弧面钢化真空玻璃的质量检测具有指导意义.     

玻璃弯曲强度的厚度效应及超薄玻璃弯曲强度测试技术

基于"均强度准则"理论,研究了应力梯度、表面和体积缺陷对玻璃弯曲强度的影响,建立了玻璃弯曲强度的厚度效应方程,计算了应力梯度对不同厚度玻璃的弯曲强度影响。结果表明:玻璃弯曲强度的厚度效应呈非线性关系,应力梯度只对厚度小于2 mm以下的玻璃弯曲强度产生明显影响,且厚度越薄,弯曲强度的厚度(应力梯度)效应越大。提出了一种通过小挠度低应力梯度弯曲模型下超薄玻璃弯曲强度测试方法—"等效涂层法",推导了超薄玻璃弯曲强度计算公式。通过对不同厚度的玻璃的弯曲强度测试,并与GB/T 6569—2006规定的测试方法得到的结果进行对比,验证了"等效涂层法"测试结果的准确性和可靠性。     

钢化真空玻璃球形支撑的玻璃压痕应力场理论及分析

针对钢化真空玻璃球形支撑物对玻璃压痕的应力场分布问题,采用接触力学,对Hertzian压痕方程进行了修正,推导了三维应力场方程,同时,对完全发展的锥形裂纹的应力强度因子进行了数值求解。结果表明,在球体与玻璃接触区域内,所有的主应力都是压应力,主应力σ₁导致了裂纹的萌生,而主应力σ₂形成了环形裂纹。与玻璃表面正交的最小主应力从接触边缘向外偏离,形成的近似平行的曲线即为锥形裂纹的形状,而最大拉应力总是垂直于这些曲线。因此,在最大主拉应力的作用下,球体加载后裂纹遵循最小主应力的轨迹。裂纹尖端的应力强度因子决定了断裂韧性,随着裂纹的扩展,应力强度因子减小,在离表面一定距离后,应力强度因子达到临界值,裂纹停止。不同压痕载荷下的归一化应力强度因子是一组具有相似形状的曲线。     

透明真空平板玻璃

透明真空隔热玻璃运用了与保温瓶相同的原理,即由真空层杜绝了气体传导和对流,又由于其内部镀有低辐射膜,因而辐射传热也就很小了。隔热结构由两块边部密封的玻璃板构成,为了保证在外界大气压力影响下真空层的存在,两片玻璃板之间必须放置圆柱支撑。上述设计应考虑圆柱支撑传导体热与机械应力的协调一致。现已开发了确定支柱分布的工艺。应用分析法计算出了由于结构温差而产生的应力和弯曲,计算结果与试验检测相当吻合。在较宽     

双玻BIPV组件玻璃破裂分析研究

研究采用玻璃衬底的铜铟镓硒双玻BIPV组件出现基板玻璃破裂的问题。测试太阳能电池基板玻璃及双玻组件的表面弯曲度、表面应力、弯曲强度,对组件进行边框束缚加热试验和热力学仿真温差试验。通过对数据进行分析对比,研究造成双玻组件破裂的原因及破碎的可能性,提出避免破裂的建议。     

夹层玻璃受冰雹冲击的有限元模拟和冲击点的动态响应

冰雹作为常见天气现象,常损伤甚至击穿汽车挡风玻璃,为此,对其冲击汽车夹层玻璃的研究有重要意义.本文采用ABAQUS软件模拟了固支和简支下夹层玻璃和等效玻璃受冰雹低速冲击的过程.结果表明:在夹层玻璃正面上的Mises应力分布较广,且关于中心冲击点对称,还在厚度方向上分布不均匀,其中PVB夹层上的应力远小于玻璃上的;等效玻璃上的Mises应力分布表现为“应力集中”,冲击点周围区域的Mises应力远远大于其它区域;冰雹冲击夹层玻璃时,冲击点处的动态响应与板边的支撑方式无关.根据矩形板受弹丸冲击的理论计算了冰雹在中心冲击等效玻璃模型时冲击点的挠度.结果表明:按弹丸冲击平板来计算的等效玻璃板冲击点的挠度与模拟的厚度方向上的位移相近.     

RTM制备玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能分析

以环氧树脂为基体,短切玻璃纤维和玻璃纤维布为增强材料,通过RTM工艺制备了玻璃纤维增强环氧树脂(GF/EP)复合材料,并研究了RTM工艺制备玻璃纤维布增强环氧树脂(L-GF/EP)和短切玻璃纤维增强环氧树脂(S-GF/EP)复合材料的拉伸和弯曲性能,分析了开孔对两种复合材料拉伸性能的影响。结果表明:在拉伸过程中,开孔试样因孔边产生的应力集中,导致其拉伸强度与无孔试样相比下降了30%左右;玻纤铺层类型的不同对复合材料的力学性能具有显著影响;L-GF/EP复合材料内部结构完整,在载荷作用下,复合材料的弯曲断裂呈现一定的假塑性断裂模式,达到弯曲极限挠度值后,出现一定程度的回弹现象,其力学性能优于S-GF/EP复合材料。     

Periodic crazing on polymethylmethacrylate film by localized bending

Crazing was induced on a polymethylmethacrylate film using an original, low‐cost, simple process in which the film was bent using a wedge‐shaped plate (referred to herein as a crazing edge, or an edge). In this process, stress concentration and stress opening occur spontaneously by feeding the film past the edge, and crazing is periodically induced (periodic craze). The craze interval, width, and depth depend on the localized bending conditions at the tip of the edge. Two different types of crazing mechanism were suggested. It was assumed that the films were either crazed by bending along the tip of the edge or by bending according to the curvature induced by the three‐point bending system. The calculated maximum stress determined by the three‐point bending process and the experimental values of the craze interval and width showed similar tendencies. These results suggested that the craze depth could be determined using this bending process and known mechanical properties and crazing conditions. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci., 2013     

基于ANSYS真空平板玻璃的动力学模态分析

利用大型有限元分析软件ANSYS对真空平板玻璃结构进行模态分析,按照真空玻璃国家标准,建立1000mm×1000mm真空平板玻璃模型,在ANSYS中设置材料属性及边界条件进行模态分析,在0～100000Hz频率范围内求解其1～10阶整体结构的固有频率及振型。另外,对相同尺寸下普通玻璃及中空玻璃模型进行模态分析,与真空平板玻璃固有频率及振型加以对比。结果表明:与普通平板玻璃及中空玻璃相比,真空平板玻璃每一阶固有频率最大,并且变形最小。说明真空平板玻璃刚度性能优先于普通玻璃及中空玻璃。为其整体设计及其制造提供了科学的依据,将有效预估结构的振动特性。     

Glass forming region and bonding mechanism of low-melting V2O5–TeO2–Bi2O3 glass applied in vacuum glazing sealing

As a new kind of energy-saving glass, vacuum glazing has excellent thermal and sound insulation properties and is widely used in building, household appliances and solar photovoltaic. The edge sealing material, along with sealing method, is key to the fabrication of vacuum glazing. Low transition temperature (T_g) and good fluidity at sealing temperature (T_s) make low-melting glass of V₂O₅–TeO₂–Bi₂O₃ (VTB) system perfect to be the edge sealing material for vacuum glazing. The glass forming region of VTB ternary system was mapped for the first time in this work. Low-melting VTB glass of 40V₂O₅–50TeO₂–5Bi₂O₃–3ZnO–2Na₂O (wt%) was optimized to be the sealing material. Glass powder of this composition could be used to seal the edges of vacuum glazing at an extremely low temperature of 360°C. With the assistance of anodic-bonding method, the bonding strength of vacuum glazing was dramatically enhanced. Vacuum glazing fabricated under the optimized process parameters of 420°C, 600 V, and 60 min possesses a highest bonding strength of 4.31 MPa. Furthermore, anodic-bonding mechanism of low-melting VTB glass applied in vacuum glazing sealing has been thoroughly researched.     

Method for Predicting Creep in Tension and Compression from Bending Tests

It is shown that tensile and compressive creep behavior may be deduced from deflection measurements in creep bending tests on beams of trapezoidal cross section. In the analysis it is assumed that creep strains are proportional to stress and are large relative to elastic strains.     

Effect of the shape of hydrogel samples on their stretch-fracture properties

Hydrogels have broad application prospects, but the measurement of their mechanical properties often lacks stability. This study investigates the mechanical properties of hydrogels, with a specific focus on the influence of sample geometry on the tensile-fracture testing results. In the process of stretching the hydrogel along its length, increasing the width and thickness will result in uneven stress distribution. When the width of PAM hydrogel is three times that of initial sample (5 mm of width), the elastic modulus, maximum stress, and maximum strain of PAM hydrogel are reduced by about 16.8%, 69.2%, and 26.5%, respectively. Similarly, compared to the initial sample (1 mm of thickness), the elastic modulus of the triple thickness sample was reduced by about 6.5%, the maximum stress was reduced by 31%, and the maximum strain was reduced by 18.3%. In contrast, increasing the length of the hydrogel can improve the tensile properties of the hydrogel. Finite element calculations support these findings that the size increase in the loading direction improves the stress dispersion uniformity. These results indicate that the shape (length, width and thickness) of the hydrogel sample affects the tensile properties of the hydrogel and should be paid attention in related studies.     

真空平板玻璃热传递理论计算及有限元分析

根据真空玻璃的结构特点和传热学原理,建立了真空玻璃热传递的理论计算模型,计算出真空玻璃从外部到内部的温度分布值。然后建立单元体模型和1/4模型,利用有限元分析方法求解出真空玻璃温度分布。分析结果表明,真空平板玻璃最大温降发生在间隙层;支撑体处温差主要发生在距离支撑体1mm的平板玻璃中;封边对靠近边部的前两个支撑体处温度影响较大,从第三个支撑体开始几乎无影响。