关于钢化玻璃破裂形式的研究

资料表明钢化玻璃由于其内部预应力的原因,与普通玻璃破碎有着显著的区别.在同样的冲击断裂中,普通玻璃的破环为:玻璃断裂时产生径向放射状裂纹,在冲击点附近,裂纹条数较多,且分布较为均匀,且其中有几条主裂纹向外延伸;而对于物理钢化玻璃,其裂纹呈交织网状,即由径向放射状裂纹与周向环状裂纹交织而成.为了进一步研究钢化玻璃破裂与其中的预应力关系,基于能量守恒,在下面对两种裂纹作出简单计算分析.当玻璃均匀加热到钢化温度后骤然冷却时,由于内外层降温速度的不同,表层急剧冷却收缩,而内层降温收缩迟缓。结果内层因被压缩受压应力,表层受张应力,且表面无法J恢复到初始状态。随着玻璃的继续冷却,表层已经硬化停止收缩(比初始状态长),而内层仍在降温收缩(收缩至初始状态),直至到达室温。这样表层因受内层的压缩且想向初始状态恢复而形成压应力,内层则形成张应力,并被永久的保留在钢化玻璃中。资料表明,物理钢化玻璃在厚度方向上的的应力状态为内拉外压,且其应力大小随厚度的变化曲线大致成抛物线形式。且对于环向裂纹,经过计算它是递减的,但是递减量基本不大于第一圈半径的0.1,对于径向裂纹,最初的径向裂纹数与现实钢化玻璃自爆基本相符。但是对于冲击破坏,这有较大差别,这可能与忽略掉的冲击荷载有关。另一方面,钢化玻璃的钢化程度不可能是理想的,其内部预应力也不可能完全均匀,其次,钢化玻璃内部自身的缺陷的存在是不可避免的,其内部硫化镍结石的分布也是随机的,因此在破裂的过程中在这些地方处的骤变也是难以避免的。所以,钢化玻璃破碎时很难用较为规则的几何状来模拟计算,由于裂纹局部分布的随机性,规则化的理想模型会与实际存在差异。
钢化玻璃 环向裂纹 径向裂纹 预应力
姬森浩 史月 郭鹤飞 龚行 杨飞 黎立云
中国矿业大学(北京),100083
国内会议
北京力学会第21届学术年会暨北京振动工程学会第22届学术年会
北京
中文
7-11
2015-01-01(万方平台首次上网日期,不代表论文的发表时间)