玻璃强度与玻璃应力的关系

1、莅玻璃强度与玻璃应力的关系袅？发布时间：2012 年06月15日浏览：1569筮【锦泰高温玻璃网】？玻璃中的应力一般分为热应力、结构应力和机械应力。热应力是由于温度梯度造成的。这是因为玻璃是一 种经高温熔融、快速冷却而固化的非晶态产品，所以在生产过程中，玻璃板面上各部位的温度变化不可能均匀一致，因此就会产生 热应力。热应力按其产生的特点可分为暂时应力和永久应力两类。一部分可以经过退火而消除，这部分应力称为暂时应力。还有一 部分热应力即使温度梯度消失以后，仍然存在，这部分应力称为永久应力。另外玻璃也会因为其中存在结石、条纹或化学成分不均 匀时而产生应力，这种应力称为结构应力。结构应力是不能够消除

2、的，所以结构应力也属于永久应力。机械应力是指玻璃受到外力 的作用而引起的应力，外力除去时，机械应力也随之消失。但若受到的外力过大，就会造成玻璃的破裂。芈玻璃的应力直接影响到玻璃的强度。玻璃的热炸裂是由于热应力过大而引起的；玻璃的受击破裂是由于玻璃受到机械冲击力或撞 击力而产生的机械应力过大而导致的；玻璃的自爆是由于玻璃内部应力过大所致，另外，由于热钢化或化学钢化而使玻璃的强度增 加，则是由于玻璃的表面压应力的增加所致。所以，玻璃的应力与强度有着密不可分的关系。本文将从玻璃应力的角度，讨论玻璃 的强度以及与之相关的其它性质。莅1、玻璃的应力与玻璃强度之间的关系交1.1玻璃的应力与玻璃的强度肃玻璃

3、几乎是一种理想的弹性材料，所以可以用线弹性断裂力学的理论来描述玻璃的力学行为。在线弹性断裂力学中，可以通过观察断裂现象来研究机械材料的彳f为。如果应力强度因子Ki由于裂纹尖端部位的张应力 bn达到了临界值？时，玻璃就会发生断裂。这里的应力强度因子是反映裂纹尖端弹性应力场强弱的物理量，与裂纹几何尺寸及应力有关，并可以用多种方法（解析法、有限元计算、实验标定等）计算特定裂纹的应力强度因子。应力强度因子的单位是MPa m 1/2或MN - m-3/2。对于张开型裂纹（外加正应力使裂纹面张开）可以用下式表示： J1/2蔗 Ki=Y an （无 a ）（1 ）菜式中：蒂Ki 应力强度因子；蓬b n与裂纹

4、平面相垂直的标称张应力；聿丫一修正系数；踌a几何参数，如裂纹深度或裂纹长度的一半。契当Ki>Kic时，玻璃就会发生瞬间断裂 ？。用Kic为临界应力强度因子或断裂韧度袈应力强度因子与断裂速度V（da/dt ）之间的关系可以用（2）式表示:量 V=V 0(Kl/KlC)n ( 2)充或？log (V) =nlog (Ki) +log (VoK-nic)( 3)蚁其中Vo与n是与环境条件(湿度、温度、介质)、玻璃的化学成分以及应力荷载速度有关的物理量。袁以应力强度因子？的对数值为横坐标，以断裂速度V?的对数值为纵坐标作图，如图 1所示。踊图1中的I区，可以用来预测玻璃的使用寿命。II区和III

5、区在预测玻璃的使用寿命方面可以忽略不计。蛔1.2?玻璃的压应力与玻璃的强度蒂一般来讲，玻璃的抗弯曲强度bb与玻璃的表面压应力之间存在如下关系：声 I.蚀 6 b= 6 a+k a a'l (r.'A .1, / i, " J。肇式中：11.1 11肆b a退火浮法玻璃的强度；袁k经验系数。唐浮法白玻的强度与表面压应力之间也存在着线性关系，见图2。膈采用四点弯曲法(图3)测定浮法玻璃的抗弯曲强度，然后再测定浮法玻璃下表面的残余应力，测试数据列于表1品样品编号着样品编号膈表面压应力b a/MPa芈表面压应力a ab/MPa霞1聿退火玻璃范-7.0芨 52.92热增强玻璃-

6、61.3116.33热增强玻璃-61.3108.24热增强玻璃1-60.7118.25热增强玻璃-64.0137.36热增强玻璃-61.8121.47钢化玻璃-119.7184.98钢化玻璃-120.3184.79钢化玻璃-121.7186.610钢化玻璃-120.6176.911钢化玻璃-121.0182.32?太阳辐射热应力对玻璃强度的影响当玻璃受到太阳辐射后，一部分能量被玻璃板表面反射，一部分能量被玻璃板吸收，还有一部分能量透过玻璃板。被玻璃板吸收的那部分能量会转化为热能而使玻璃板的温度升高。如果玻璃板是均匀受热，或玻璃板因温度升高而引起的热膨胀不受外部机械装置的局限，或支撑玻璃板的支架

7、能够调节因热膨胀而引起的体积变化，就不会有热应力产生。但是，单片退火窗用玻璃一般都被镶嵌在窗框内。当窗玻璃的中心部位受到太阳辐射后，由于边部被遮挡或边部处于阴凉处，使得玻璃板的受热不均，导致热应力。在这 种热应力恰遇边部有缺陷时，就可能造成玻璃板的热破裂。例如在严冬季节，夜晚温度极低，玻璃板相对于室内外温度达到热平衡。 到了日出以后，受到阳光照射的玻璃板区域因温度升高而膨胀，导致窗框内的玻璃板四周处于拉伸状态（张应力），这种拉伸力平 行于玻璃板的边部。如果玻璃板边部存在微裂纹，当拉伸力达到临界值时，玻璃板就会有破裂的危险。3?应力腐蚀对玻璃强度的影响玻璃的应力腐蚀是玻璃在拉应力（张应力）集中和

8、特定腐蚀环境的共同作用下发生腐蚀裂纹扩展甚至断裂的现象。玻璃表面有微裂纹存在时，这种微裂纹起到了应力集中的作用，在裂纹的尖端，应力值比无裂纹部位大得多，随着时间的推移，裂纹会逐渐变大，直至断裂。影响应力腐蚀的环境因素有湿度、温度、玻璃化学组成等。图 5图7?是不同的环境湿度、温度以及不同玻璃化学组成条件下玻璃应力腐蚀速度的响应曲线。从图5可以看出，湿度越大，应力腐蚀速度越快。这是因为水分子能够使玻璃的硅氧网络键断开的缘故。由图6可见，应？力强度因子降低，裂纹扩散速度增加。这是因为温度高，体系能量增加，当能量接近或超越裂纹扩 散或生长的激活能时，会加快裂纹的扩散速度速度大，这是因为钠钙硅玻璃中碱金属离子含量较高的缘故。4?应力对玻璃的碎片状态的影响