TP蓋板玻璃強(qiáng)度分析

1、TP蓋板玻璃強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)部CAE小組主要內(nèi)容2 玻璃強(qiáng)度簡介 研究目的和意義 實(shí)驗(yàn)條件和仿真模型 結(jié)果及分析 結(jié)論 參考文獻(xiàn)主要內(nèi)容3 玻璃強(qiáng)度簡介 研究目的和意義 實(shí)驗(yàn)條件和仿真模型 結(jié)果及分析 結(jié)論 參考文獻(xiàn)玻璃微裂紋隨著智能手機(jī)屏幕的不斷增大，玻璃成為整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的結(jié)構(gòu)件之一。而在破壞性實(shí)驗(yàn)過程中，整機(jī)跌落測試常會出現(xiàn)TP蓋板玻璃破裂的情況普通平板玻璃的理論強(qiáng)度大于10000MPa，但測試結(jié)果表明，玻璃的實(shí)際強(qiáng)度只有3080MPa。影響玻璃實(shí)際強(qiáng)度的因素:如存放環(huán)境、表面機(jī)械加工、樣品尺寸、機(jī)械劃傷以及內(nèi)部缺陷(氣泡、結(jié)石)等，其中微裂紋的存在對玻璃實(shí)際強(qiáng)度影響最大1,2微裂紋產(chǎn)生

2、的原因可歸納為內(nèi)部缺陷、表面反應(yīng)和表面磨損，但對強(qiáng)度影響較大的主要是玻璃外表面的微裂紋1,24玻璃切割過程中邊緣產(chǎn)生的微裂紋玻璃微裂紋的產(chǎn)生 玻璃表面 玻璃原片采用熔融溢流法或浮法工藝制備，新制備玻璃的天然表面微裂紋數(shù)量很少，尺寸很小 機(jī)械加工減薄研磨，拋光，致使表面微裂紋的大量產(chǎn)生 環(huán)境大氣中的H2O，致使玻璃表面發(fā)生應(yīng)力腐蝕而產(chǎn)生微裂紋35玻璃表面水分子玻璃表面開裂玻璃邊緣機(jī)械加工所致，其中包括切，磨，CNC，鉆孔及拋光等。尤其是對玻璃進(jìn)行機(jī)械切割，鉆孔將導(dǎo)致邊緣產(chǎn)生尺寸較大的微裂紋2環(huán)境大氣中的H2O，致使玻璃表面發(fā)生應(yīng)力腐蝕p高質(zhì)量的拋光能有效減小玻璃表面微裂紋尺寸，高質(zhì)量的拋光與不拋

3、光玻璃原片的強(qiáng)度差異可達(dá)到10%50%左右2p一般而論，上下表面經(jīng)過精拋光減薄后，微裂紋尺寸較小且數(shù)量較少，而邊緣由于機(jī)械加工導(dǎo)致裂紋尺寸相對玻璃表面較大，且數(shù)量相對較多，因而要重點(diǎn)關(guān)注邊緣裂紋情況玻璃微裂紋的產(chǎn)生TP蓋板玻璃是玻璃原片經(jīng)過化學(xué)增加處理后得到的化學(xué)增強(qiáng)法是在一定的溫度下把玻璃浸入到高溫熔鹽中，玻璃中的堿金屬離子與熔鹽中的堿金屬離子因擴(kuò)散而發(fā)生相互交換，使玻璃表面（邊緣）形成一定厚度的壓應(yīng)力層，壓應(yīng)力層使裂紋不易擴(kuò)展，從而提高了玻璃的強(qiáng)度1,67化學(xué)鋼化玻璃國際大廠TP玻璃參數(shù)l CS700MPal DOL40uml CT在40 80Mpa之間化學(xué)鋼化玻璃厚度方向應(yīng)力分布圖CS：

4、表面壓應(yīng)力值DOL：壓應(yīng)力層深度CT：中心張應(yīng)力值CTCSDOL厚度CSDOL各大廠家TP玻璃主要為鋁硅酸鹽玻璃，組分差別不大，影響本征強(qiáng)度的主要是微裂紋尺寸微裂紋尺寸的離散分布導(dǎo)致了玻璃強(qiáng)度大小不一，離散度較大3玻璃厚度一定，則CS值越大，玻璃表面和邊緣強(qiáng)度越高7。但CS值不能無限增大。根據(jù)CS與CT之間的關(guān)系（見下式），CS在增大的同時(shí)，CT值也在不斷增大，玻璃產(chǎn)生“自爆”的幾率也會變大CT值大于玻璃的本征強(qiáng)度時(shí)，玻璃將發(fā)生自爆由于邊緣微裂紋尺寸大于表面，因而當(dāng)DOL值大于邊緣微裂紋尺寸最大值時(shí)，則DOL對表面和邊緣強(qiáng)度影響不大。當(dāng)DOL值小于邊緣裂紋尺寸最大值時(shí)則對強(qiáng)度有較大影響78化學(xué)

5、鋼化玻璃化學(xué)鋼化玻璃表面和邊緣理論許用強(qiáng)度u f：失效應(yīng)力u KIC/(Y*c)：玻璃本征強(qiáng)度，受微裂紋尺寸最大值和尖端曲率半徑影響，與裂紋數(shù)量無關(guān)u CS：表面壓應(yīng)力u CT：中心張應(yīng)力u X：未知量 對于表面強(qiáng)度，X與DOL, CT, 厚度及裂紋形貌等因素有關(guān) 對于邊緣強(qiáng)度，X與DOL, CT及裂紋形貌等因素有關(guān)注：化學(xué)鋼化玻璃強(qiáng)度影響因素繁多，無法用具體的公式來衡量；CT如何影響玻璃強(qiáng)度尚未收集到相關(guān)資料DOLtDOLCSCT2t為玻璃厚度XCScYKICf化學(xué)鋼化玻璃根據(jù) 7，構(gòu)件在受到相同載荷的情況下，其所受的應(yīng)力值與構(gòu)件厚度平方成反比對于TP玻璃，若要求兩種不同厚度的玻璃具有相同的

6、最大承載能力（承受外力沖擊能力），則厚度小的玻璃應(yīng)該提高許用強(qiáng)度值。假設(shè)某種0.7mm厚TP玻璃的許用強(qiáng)度值為700MPa，則其他厚度玻璃的許用強(qiáng)度值如下表所示92tP厚度（mm）0.70.60.550.50.4具有相同許用強(qiáng)度時(shí)所能承受最大載荷（a.u.）10.730.620.510.33具有相同最大承載能力時(shí)所要求的許用強(qiáng)度（MPa）700959112913732121提高TP玻璃許用強(qiáng)度的途徑：1.在一定范圍內(nèi)提高CS值2.提高表面和邊緣加工質(zhì)量，減小裂紋尺寸最大值，增大裂紋尖端曲率半徑3.其他廠家根據(jù)不同的鋼化工藝可以控制CS,CT及DOL值，在這三個(gè)數(shù)值的控制上各個(gè)廠家都相對成熟，可

7、在滿足三者關(guān)系的前提下（按前述公式）控制三者的數(shù)值大小8TP玻璃表面和邊緣的裂紋分布情況因各廠家加工水平而異，受各廠家加工設(shè)備和加工工藝影響。上述因素將共同影響TP玻璃的許用強(qiáng)度值就TP玻璃而言，上下表面經(jīng)過精拋光減薄后，微裂紋尺寸較小，而邊緣由于機(jī)械加工導(dǎo)致裂紋尺寸相對玻璃表面較大，導(dǎo)致玻璃邊緣的強(qiáng)度要比表面強(qiáng)度低綜上所述，對于玻璃整體而言，邊緣失效強(qiáng)度要低于表面失效強(qiáng)度。整機(jī)自由跌落實(shí)驗(yàn)過程中TP玻璃的失效大多數(shù)是由邊緣裂紋受力擴(kuò)展所致。在用戶實(shí)際使用過程中則TP玻璃的失效有邊緣裂紋受力擴(kuò)展情況，亦有表面裂紋擴(kuò)展的情況情況。因此需分別研究玻璃的表面強(qiáng)度和邊緣強(qiáng)度10市場出現(xiàn)的TP玻璃破裂案

8、例11邊緣微裂紋受力擴(kuò)展裂紋起始源表面微裂紋受力擴(kuò)展裂紋起始源整機(jī)受扭而出現(xiàn)的裂紋主要內(nèi)容12 玻璃強(qiáng)度簡介 研究目的和意義 實(shí)驗(yàn)條件和仿真模型 結(jié)果及分析 結(jié)論 參考文獻(xiàn)研究目的意義13在我司先前的整機(jī)跌落仿真計(jì)算中，TP蓋板玻璃的失效判據(jù)沒有明確，致使仿真結(jié)果不能很好地指導(dǎo)實(shí)際整機(jī)設(shè)計(jì)。因而有必要對TP蓋板玻璃的仿真失效判據(jù)進(jìn)行研究本文通過對0.69mm和0.6mm兩種厚度的TP蓋板玻璃進(jìn)行落球沖擊實(shí)驗(yàn)，四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)及相應(yīng)的仿真模擬，得出了TP蓋板玻璃在相應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件下的失效應(yīng)力(應(yīng)變)，可在后續(xù)相關(guān)破壞性實(shí)驗(yàn)仿真中作為失效判斷的大體依據(jù)。本文還對不同厚度玻璃的落球沖擊強(qiáng)度及四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度的差

9、異進(jìn)行分析，為后續(xù)TP玻璃的選擇提供了依據(jù)如前所述，TP玻璃強(qiáng)度受CS,CT,DOL及裂紋分布等因素影響，不同廠家樣品的這些數(shù)值都不一致。本文實(shí)驗(yàn)中所用樣品來自不同廠家，故本文得出的強(qiáng)度數(shù)據(jù)是在特定樣品條件下得出，并不具有普遍性主要內(nèi)容14 玻璃強(qiáng)度簡介 研究目的和意義 實(shí)驗(yàn)條件和仿真模型 結(jié)果及分析 結(jié)論 參考文獻(xiàn)尺寸測定本文實(shí)驗(yàn)中所用的玻璃樣品為康寧2319，小片強(qiáng)化工藝根據(jù)相關(guān)技術(shù)資料，該玻璃原片的=2.42g/cm3，u=0.21，E=71.5GPa?；瘜W(xué)鋼化之后玻璃的，u，E值均有微小變化，為簡化研究過程，在本實(shí)驗(yàn)中這些細(xì)微變化不予以考慮0.69mm和0.6mm玻璃樣品（T069和T

10、060）外形一致（如圖所示），只是厚度不一致。打樣廠家分別為廣州星星光電和惠州比亞迪T069玻璃樣品5pcs，利用三次元測量三圍尺寸并求均值，為125*59*0.7（其中油墨厚度0.01，玻璃實(shí)際厚度0.69）?？紤]到油墨對強(qiáng)度幾乎沒有影響，因而在后續(xù)仿真模擬中玻璃的整體厚度以0.69計(jì)算T060玻璃樣品5pcs，利用三次元測量厚度求均值，為0.615T069和T060玻璃樣品的CS，DOL值采用表面應(yīng)力儀測定，CT值通過CS和DOL值按前述公式計(jì)算得出，測試樣品數(shù)量為5pcs，結(jié)果取均值，如下表所示從測試結(jié)果可知T069和T060玻璃樣品CS均值相差80.2MPa，CS值得差異會對強(qiáng)度結(jié)果產(chǎn)

11、生一定影響16表面應(yīng)力測定T(069)編號CS(MPa)DOL（m）CT(MPa)1#764.90 46.20 59.13 2#756.10 46.50 58.89 3#761.30 46.50 59.30 4#763.20 47.30 60.63 5#759.60 46.30 58.87 均值761.02 46.56 59.36 標(biāo)準(zhǔn)差3.40 0.43 0.73 T(060)編號CS(MPa)DOL（m）CT(MPa)1#844.70 38.20 61.63 2#840.30 38.20 61.31 3#841.10 38.10 61.18 4#839.30 38.00 60.87 5#8

12、40.70 38.10 61.15 均值841.22 38.12 61.23 標(biāo)準(zhǔn)差2.06 0.08 0.28 T069玻璃CT,DOL及CS值T060玻璃CT,DOL及CS值邊緣質(zhì)量17n 純粹從顯微圖片中很難看出T060和T069兩種不同廠家玻璃邊緣質(zhì)量的差異，但從上圖可以看出，小片鋼化玻璃的邊緣質(zhì)量要比大片鋼化（ATT,TOL,OGS）玻璃邊緣質(zhì)量好T060玻璃邊緣顯微圖片 放大倍數(shù) 100T069玻璃邊緣顯微圖片 放大倍數(shù) 100某ATT玻璃邊緣顯微圖片 放大倍數(shù) 100玻璃強(qiáng)度常用測試方法5三點(diǎn)彎曲：準(zhǔn)靜態(tài)測試，玻璃常規(guī)抗折強(qiáng)度表征四點(diǎn)彎曲：準(zhǔn)靜態(tài)測試，彎曲強(qiáng)度表征，強(qiáng)度數(shù)值主要由

13、玻璃邊緣加工質(zhì)量決定雙環(huán)強(qiáng)度測試：準(zhǔn)靜態(tài)測試，玻璃表面強(qiáng)度表征，不受邊緣加工質(zhì)量影響落球沖擊：動(dòng)態(tài)測試，玻璃表面沖擊強(qiáng)度表征整機(jī)自由跌落過程中TP玻璃處于動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的過程，因而在本實(shí)驗(yàn)中，利用落球沖擊試驗(yàn)對玻璃表面強(qiáng)度進(jìn)行研究。由于沒有很好的動(dòng)態(tài)測試方法表征玻璃的邊緣強(qiáng)度，因此在本實(shí)驗(yàn)中利用四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度值表征玻璃的邊緣強(qiáng)度18測試方法19四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)20mm40mmGlassu 玻璃放置時(shí)與支撐，加載桿垂直u 每片玻璃實(shí)驗(yàn)完后用毛刷清理支撐桿和加載桿上的碎玻璃顆粒，以免對下次實(shí)驗(yàn)造成影響u 測定邊緣強(qiáng)度時(shí)將玻璃壓碎為止，記錄此時(shí)加壓治具加壓載荷（彈力）和加壓距離 注：p 四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度公式是在

14、應(yīng)力應(yīng)變呈線性分布時(shí)推導(dǎo)出來的。p 本實(shí)驗(yàn)中使用的支撐加載桿跨距為40-20，若使用64-32跨距則由于加載的位移力曲線不成線性而導(dǎo)致公式和仿真計(jì)算值出現(xiàn)較大誤差p 隨著玻璃厚度的減薄則應(yīng)注意再減小治具的跨距20四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度測試仿真模型u 按照實(shí)驗(yàn)條件建立四點(diǎn)彎曲模型u 支撐治具和加壓治具設(shè)為剛體屬性u 玻璃賦值相應(yīng)材料屬性u 玻璃單元類型：C3D8Iu 玻璃網(wǎng)格劃分MESH值0.8，層數(shù)為2四點(diǎn)彎曲仿真模型21落球沖擊強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)u 玻璃平放在水平鐵塊上，鋼球按預(yù)設(shè)高度落在玻璃中部u 鋼球直徑30mm，質(zhì)量110gu 沖擊高度為小球底部到玻璃上表面的距離l 由于整機(jī)跌落時(shí)TP玻璃變形很小，因而將

15、TP玻璃放置在水平鋼塊上（非下表面懸空狀態(tài)）以減小變形對TP玻璃強(qiáng)度的影響，此時(shí)TP玻璃受到外力沖擊時(shí)所導(dǎo)致的破壞可用來判斷整機(jī)跌落時(shí)TP玻璃的表面強(qiáng)度22落球沖擊強(qiáng)度測試仿真模型u 仿真模型中設(shè)置鋼球距離玻璃上表面0.05mm，按照預(yù)設(shè)落球高度計(jì)算此時(shí)鋼球的初速度以簡化計(jì)算機(jī)運(yùn)算過程u 鋼球和地面設(shè)為剛體屬性u 玻璃賦值相應(yīng)材料屬性u 玻璃單元類型：C3D8Iu 玻璃網(wǎng)格劃分MESH值0.8，層數(shù)4落球沖擊仿真模型主要內(nèi)容23 玻璃強(qiáng)度簡介 研究目的和意義 實(shí)驗(yàn)條件和仿真模型 結(jié)果及分析 結(jié)論 參考文獻(xiàn)24TP玻璃材料性能仿真驗(yàn)證（彈性模量驗(yàn)證）加壓距離（mm）模擬用彈性模量（GPa）實(shí)測彈

16、力均值（N）模擬彈力（N） 誤差（%）171.541.18 41.761編號實(shí)測彈力1#40.52#40.93#41.44#41.55#41.36#41.5均值41.18 標(biāo)準(zhǔn)差0.4u 根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)E=71.5GPa時(shí)，模擬得到的彈力與實(shí)測彈力誤差值很小，與康寧公司提供的材料數(shù)據(jù)比較符合，可在后續(xù)仿真模型中直接使用 取T069玻璃樣品6pcs，加壓1mm，加壓后記錄載荷并求均值25四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)T(069)樣品編號加載距離(mm)實(shí)測彈力（N）失效應(yīng)力（計(jì)算值）1#3.21576.3615.49 2#3.19561599.15 3#3.13563.2601.50 4#2.93550.1

17、587.51 5#3.03564.6602.99 6#3.42574.4613.46 7#3.01541.6578.43 均值3.13 561.60 599.79 標(biāo)準(zhǔn)差0.16 12.41 13.25 T(060)樣品編號加載距離(mm)實(shí)測彈力（N）失效應(yīng)力（計(jì)算值）1#3.26382.1539.69 2#3.18389.4550.00 3#3.17374.5528.95 4#2.98362.2511.58 5#2.98383.9542.23 6#2.99401.6567.23 7#3.08381.5538.84 均值3.09 382.17 539.79 標(biāo)準(zhǔn)差0.11 12.19 17.

18、21 四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)值如下表所示，加載距離為玻璃破碎時(shí)的距離，實(shí)測彈力為設(shè)備傳感器讀出數(shù)值，失效應(yīng)力按下述公式計(jì)算得出22)(3wtlLP其中P為載荷（實(shí)測彈力），L為支撐治具跨距，l為加壓治具跨距w為樣品寬度，t為樣品厚度T069玻璃四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)值T060玻璃四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)值四點(diǎn)彎曲仿真26根據(jù)四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)玻璃破碎時(shí)的加載治具下壓量的均值，玻璃的三維尺寸及玻璃的彈性模量E(71.5GPa)值，用有限元仿真的方法進(jìn)行模擬，得出仿真結(jié)果從下圖中可以看出：仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果在整個(gè)加載過程的力位移曲線具有比較好的一致性T069玻璃仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果T060玻璃仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果27No.設(shè)定加載距離（mm）失效

19、應(yīng)力計(jì)算值（N）失效應(yīng)力仿真值（N）誤差（%）T0693.13599.79630.005.03T0603.09539.95536.900.56TP玻璃實(shí)驗(yàn)與仿真失效應(yīng)力n 從應(yīng)力云圖分布中可以發(fā)現(xiàn)，四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)時(shí)玻璃下表面的邊緣處受到最大拉應(yīng)力，導(dǎo)致邊緣微裂紋發(fā)生擴(kuò)展而引起玻璃失效，因而玻璃邊緣加工質(zhì)量對四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度值有很大影響T069玻璃失效時(shí)玻璃的應(yīng)力分布云圖28四點(diǎn)彎曲對上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)：T069玻璃的實(shí)驗(yàn)與仿真失效應(yīng)力值誤差為5.03%，T060玻璃的實(shí)驗(yàn)與仿真值誤差很小，為0.56%。造成誤差的原因包括實(shí)驗(yàn)本身，也包括軟件本身T069玻璃實(shí)驗(yàn)失效強(qiáng)度比T060大60MPa

20、， T069玻璃仿真失效強(qiáng)度比T060大93.1MPa根據(jù)第一章節(jié)對玻璃強(qiáng)度的分析可知，TP玻璃的邊緣失效強(qiáng)度受CS,CT,DOL和裂紋分布等因素的影響，而與厚度無關(guān)。四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)過程中玻璃下表面的邊緣處受到最大拉應(yīng)力，導(dǎo)致邊緣微裂紋發(fā)生擴(kuò)展而引起玻璃失效。（在不考慮“尺寸效應(yīng)”2,3的前提下）從理論上分析四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度與厚度無關(guān)。造成T069和T060玻璃邊緣失效強(qiáng)度的不同主要原因是二者CS和邊緣加工質(zhì)量不一致，由于T060玻璃CS值比T069大，因而推斷T060邊緣加工質(zhì)量要比T069玻璃差應(yīng)該注意到，在相同破壞強(qiáng)度的前提下，構(gòu)件所能承受的外力與構(gòu)件厚度的平方成正比。T069玻璃失效時(shí)受到外

21、力為599.79N，T060玻璃失效時(shí)受到外力為382.17N。理論上兩厚度所受外力的比例關(guān)系為(0.692/0.62)=1.32，實(shí)際所受外力比值為599.79/382.17=1.47。在設(shè)計(jì)時(shí)需要注意，若要兩者邊緣具有相同的抵抗外力沖擊能力，則應(yīng)提高薄玻璃的邊緣許用強(qiáng)度值四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)為準(zhǔn)靜態(tài)試驗(yàn)，而實(shí)際整機(jī)跌落為動(dòng)態(tài)過程多數(shù)研究表明，脆性材料在瞬態(tài)沖擊載荷下的斷裂強(qiáng)度要比常規(guī)的靜態(tài)強(qiáng)度高得多9，故一般瞬態(tài)應(yīng)力的峰值達(dá)到材料的靜態(tài)強(qiáng)度并不發(fā)生開裂。因而本文在仿真中以四點(diǎn)彎曲得出的準(zhǔn)靜態(tài)邊緣強(qiáng)度值來作為動(dòng)態(tài)強(qiáng)度的判據(jù)則存在一定不合理的地方但如果將安全系數(shù)考慮在內(nèi)，則本文中得出的邊緣強(qiáng)度值仍具有

22、參考價(jià)值特別需要注意，上述試驗(yàn)得出的邊緣強(qiáng)度范圍對小片鋼化的TP蓋板玻璃適用，但對大片鋼化（ATT,TOL或OGS）的TP玻璃不適用四點(diǎn)彎曲29l 考慮到各廠家TP玻璃鋼化程度不一致以及加工水平的差異，結(jié)合本文仿真結(jié)果，將安全系數(shù)考慮在內(nèi)，則在整機(jī)自由跌落仿真過程中，小片鋼化TP玻璃邊緣最小失效強(qiáng)度范圍為：MPa6 .6309 .536f四點(diǎn)彎曲結(jié)論驗(yàn)證得出康寧2319玻璃的E為71.5GPa四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意選擇合適的跨距，使加載的位移力曲線呈線性分布，從而減小實(shí)驗(yàn)誤差。（我司測試時(shí)應(yīng)使用20-40跨距）實(shí)驗(yàn)中T069四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度值比T060大60MPa， 仿真中四點(diǎn)彎曲強(qiáng)度比T060玻璃

23、大93.1MPa。造成差異的原因主要是二者CS和邊緣加工質(zhì)量不一致從理論分析，玻璃邊緣許用強(qiáng)度值與厚度無關(guān)，而與CS, CT, DOL及邊緣裂紋分布有關(guān)若要不同厚度玻璃邊緣具有相同的抵抗外力沖擊能力，則應(yīng)提高薄玻璃的邊緣許用強(qiáng)度值將安全系數(shù)考慮在內(nèi)，小片鋼化TP玻璃邊緣最小失效強(qiáng)度范圍為：30MPa6 .6309 .536f落球沖擊實(shí)驗(yàn)31H(mm) 表示未破裂， 表示破裂破碎概率 97011602000210 10240 10270 60350 80450 100T069玻璃落球沖擊結(jié)果u 每次實(shí)驗(yàn)所用玻璃都為全新玻璃u 每個(gè)高度樣品數(shù)為10pcs，共80pcs落球沖擊實(shí)驗(yàn)32H(mm) 表

24、示未破裂， 表示破裂破碎概率 600900120 20150 30180 50210 70240 100270 100T060玻璃落球沖擊結(jié)果u 每次實(shí)驗(yàn)所用玻璃都為全新玻璃u 每個(gè)高度樣品數(shù)為10pcs，共80pcs落球沖擊實(shí)驗(yàn)3365%TP玻璃沖擊高度 破碎概率曲線TP玻璃沖擊能量 破碎概率曲線n 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出，TP玻璃的落球沖擊強(qiáng)度存在一定的離散性，這與脆性材料的強(qiáng)度特點(diǎn)是一致的n T069玻璃的平均沖擊高度要明顯高于T060玻璃n 實(shí)驗(yàn)中破碎概率為0%時(shí)T060玻璃最大沖擊高度為90mm，T069為200mm n 鋼球的沖擊能量為mgh=0.11*9.81*h。從右圖中可以看出

25、，在出現(xiàn)破碎時(shí)兩種厚度的玻璃在相同的沖擊能量下破碎概率相差約65%落球沖擊仿真脆性材料的拉伸強(qiáng)度通常遠(yuǎn)低于抗壓和剪切強(qiáng)度,裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展大都是由于拉應(yīng)力所致。根據(jù)赫茲理論9,10，最大拉應(yīng)力發(fā)生在接觸圈的法線方向在接觸圈的外部，徑向應(yīng)力為拉應(yīng)力，且在邊界r=a處達(dá)到最大值，這是各處產(chǎn)生的應(yīng)力中最大的拉應(yīng)力。因此，封閉的圓形裂紋從此處開始進(jìn)行產(chǎn)生和擴(kuò)展9,1034鋼球沖擊接觸玻璃瞬間示意圖沖擊高度240mm時(shí)T060玻璃表面應(yīng)力云圖接觸圈+-+落球沖擊仿真35T069玻璃沖擊高度 應(yīng)力、應(yīng)變曲線T060玻璃沖擊高度 應(yīng)力、應(yīng)變曲線破碎概率0%破碎概率0%n 仿真分析中我們統(tǒng)計(jì)了不同沖擊高度下鋼

26、球?qū)069和T060玻璃表面產(chǎn)生的拉應(yīng)力和拉應(yīng)變值n 從仿真結(jié)果中可以看出，對于T069玻璃，沖擊破碎概率為0%時(shí)表面所產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力和拉應(yīng)變值分別為686.3MPa和0.98%n 對于T060玻璃，沖擊破碎概率為0%時(shí)表面所產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力和拉應(yīng)變值分別為550MPa和0.75%n 相同的沖擊高度下，鋼球?qū)060玻璃產(chǎn)生的拉應(yīng)力值比T069玻璃約大34MPa，拉應(yīng)變值約大0.23%36落球沖擊n T069和T060在安全系數(shù)很高時(shí)（即破碎概率都為0%時(shí)）兩者應(yīng)力差值為686.3-550= 136.3MPa，即兩者許用強(qiáng)度差值為136.3MPan 根據(jù)理論推導(dǎo)的TP玻璃表面許用強(qiáng)度公式為

27、 ，造成T069和T060玻璃許用強(qiáng)度差異的原因與表面加工質(zhì)量，CS及X值有關(guān)。這里的X與不僅與DOL, CT有關(guān)，還與厚度有一定關(guān)系。由于TP玻璃Z方向厚度很薄，所以沖擊造成的表面微小形變對TP玻璃Z方向的應(yīng)力分布平衡有較大影響，玻璃越薄，這種影響可能越明顯。因此對于玻璃表面失效的表征，也需適當(dāng)參考表面應(yīng)變值的變化。除了CT值的影響外，從數(shù)據(jù)分析，T060玻璃比T069玻璃的表面加工質(zhì)量要差。n 在相同的沖擊力下，鋼球?qū)ΣＡМa(chǎn)生的應(yīng)力值與玻璃厚度的平方成反比7。假設(shè)0.69mm厚的玻璃表面許用強(qiáng)度為750MPa，則0.6mm的玻璃的設(shè)計(jì)表面許用強(qiáng)度應(yīng)該達(dá)到992MPa，才能使兩者承受相同的最

28、大沖擊力而不破碎，兩者許用強(qiáng)度差值為242MPa。許用強(qiáng)度的提高在第一章節(jié)進(jìn)行過相關(guān)介紹，此處不再重復(fù) XCScYKICf落球沖擊l 考慮到各廠家TP玻璃鋼化程度不一致以及加工水平的差異，結(jié)合本文仿真結(jié)果，在安全系數(shù)很高時(shí)，在整機(jī)自由跌落仿真過程中：p厚度為0.6mm的TP玻璃表面最小失效強(qiáng)度和應(yīng)變分別為p厚度為0.69mm的TP玻璃表面最小失效強(qiáng)度和應(yīng)變分別為l 隨著TP厚度的減小，表面許用強(qiáng)度中的CT值的影響可能會增大，因而應(yīng)適當(dāng)減小最小失效強(qiáng)度和應(yīng)變判據(jù)值37%75. 0550ffMPa%98. 03 .686ffMPa落球沖擊結(jié)論TP玻璃的表面強(qiáng)度相比邊緣強(qiáng)度存在較大離散性T069玻璃

29、的平均沖擊高度要明顯高于T060玻璃，在相同的沖擊高度（能量）下二者破碎概率相差約65%在安全系數(shù)很高時(shí)（即破碎概率都為0%時(shí)），T069比T060玻璃的表面許用強(qiáng)度大136.3MPa，這與表面加工質(zhì)量，CS，CT，DOL及厚度等因素有關(guān)仿真中0.6mmTP玻璃表面最小失效強(qiáng)度和應(yīng)變分別為仿真中0.69mmTP玻璃表面最小失效強(qiáng)度和應(yīng)變分別為隨著厚度的減小，表面許用強(qiáng)度中的CT值的影響可能會增大，因而應(yīng)適當(dāng)減小最小失效強(qiáng)度和應(yīng)變判據(jù)值38MPa550fMPa3 .686f%75.0f%98. 0f主要內(nèi)容39 玻璃強(qiáng)度簡介 研究目的和意義 實(shí)驗(yàn)條件和仿真模型 結(jié)果及分析 結(jié)論 參考文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)合仿真驗(yàn)證得出康寧2319玻璃的E（彈性模量）為71.