Блог

Feb 19, 2024

Нет

Дата: 30 июня 2023 г. Авторы: С. Карлссон, М. Козловски, Л. Грунд, САК Андерссон, KCE Haller & K. Persson Источник: Строительство и строительные материалы, том 391, Elsevier DOI:

Дата: 30 июня 2023 г.

Авторы: С. Карлссон, М. Козловски, Л. Грунд, С. Андерссон, KCE Haller и К. Перссон.

Источник:Строительство и строительные материалы, том 391, Elsevier

ДОИ:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131748

В настоящей работе описан метод неразрушающего контроля прочности стекла. На квадратные образцы отожженного флоат-стекла размером 10 × 10 см2 наносили контролируемый дефект в центре атмосферной стороны с помощью микроиндентирования по Виккерсу растрескивания с силой 2 Н, 5 Н и 10 Н и сравнивали с эталоном без отступа. Образцы прошли неразрушающий контроль методом нелинейных акустических волн, в результате которого были определены значения дефектности. Было обнаружено, что среднее значение дефектов линейно коррелирует с силой вдавливания в логарифмическом соотношении. Впоследствии образцы были испытаны в установке «кольцо на кольцо», обеспечивающей равнобиаксиальное напряженное состояние. Растрескивание, вызванное вдавливанием, дало практически реальные значения прочности в диапазоне от 45 до 110 МПа. Значения напряжения отказа в отдельных выборках как функция нормализованного значения дефекта демонстрируют линейные тенденции, при этом примерно половина данных находится в пределах доверительного интервала 95%. Таким образом, это исследование представляет собой первоначальное подтверждение концепции неразрушающего контроля прочности стекла.

Прочность силикатного стекла сильно ограничена концентрацией напряжений на вершинах трещин, вызывающих очень высокие напряжения, когда оно находится под растягивающей нагрузкой [1], [2], [3]. Поверхностные трещины, изъяны или дефекты неизбежно образуются в процессе производства, транспортировки, обращения и эксплуатации стеклянных изделий [4], [5]. Без этих поверхностных дефектов стекло имело бы внутреннюю прочность около 10 ГПа [5], [6], что намного превышает многие другие материалы [7]. Однако стекло обычно имеет низкую вязкость разрушения (KIc), составляющую 0,6–0,8 МПа·м½ [7], что приводит к тому, что практическая прочность стекла превышает несколько порядков [8], что можно проиллюстрировать рис. 1. Условия окружающей среды, такие как влажность, также влияют на поверхность стекла, поэтому трещины могут расти под постоянной нагрузкой в ​​результате так называемого докритического роста трещин или коррозии под напряжением, что может привести к статической усталости (рис. 1) [9].

Значительная разница в прочности стекол требует применения обширных мер безопасности для стеклянных изделий [5], особенно для стекла, используемого в качестве несущего материала [13]. Испытания на разрушающую прочность обычного флоат-стекла обычно дают значения прочности от 30 до 100 МПа [14], что соответствует трещинам размером 30–400 мкм (KIc = 0,75 МПа.м½). Согласно EN 16612 (2019), 5%-ная предельная прочность на изгиб (так называемое характеристическое значение Xc) отожженного флоат-стекла при кратковременной нагрузке составляет 45 МПа, т.е. 5 с или менее, а при более длительном периоде он снижается за счет различных предложенных коэффициентов длительности нагрузки. Для использования в стеклопакетах (СИП) при оконном остеклении [15] расчетная прочность (EN 16612) отожженного флоат-стекла с полированной кромкой снижается до 25 МПа при порывах ветра (длительность нагрузки 5 с и менее), тогда как для обычного изменения давления в полости стеклопакета (длительность нагрузки 8 ч) снижает его до 14,5 МПа (при разделанных кромках 14,5 × 0,8 = 11,6 МПа). В большинстве случаев это приводит к занижению прочности стекла, что делает ненужным использование толстого стекла.

Архитектурное и структурное использование стекла [16] увеличивается [17]. Архитектурное стекло необходимо для пропускания естественного солнечного света в здания, поскольку в развитых странах люди в целом проводят более 80–90% времени в закрытых помещениях [18], [19]. Таким образом, как с точки зрения безопасности, так и с точки зрения экологии, понимание прочности стекла имеет большое значение, что в настоящее время невозможно без обширных разрушительных экспериментальных испытаний [20]. С другой стороны, неразрушающий контроль (NDT) стекла является естественным путем к устойчивому развитию [21], который также, вероятно, окажет существенное влияние на стекольную промышленность в будущем. Некоторые возможные применения неразрушающего контроля прочности стекла перечислены ниже.