低温温差条件下不同尺寸比例钢化真空玻璃变形特征研究

钢化真空玻璃导热差且具有冷收缩性能,当两侧玻璃温度差异较明显时,在冷收缩作用下,导致钢化真空玻璃弯曲变形,甚至出现真空环境失效,这极大限制了钢化真空玻璃在寒带地区的推广应用。基于此,进行了低温温差下钢化真空玻璃的变形测试和数值模拟,分析了低温温差和不同尺寸比例下,钢化真空玻璃两侧玻璃之间的协同变形规律。结果表明:试验与数值模拟结果相对误差在2%以内,钢化真空玻璃热-力学耦合模型具有可靠性;低温条件下玻璃整体向上弯曲变形,中心点向内凹陷,变形与温差呈正比关系;同一温差下,钢化真空玻璃长边长度相同时,随着长宽比的减小,长边上的最大变形量会增大。能够为钢化真空玻璃在极寒地区的推广应用及生产工艺的改进提供理论依据。

民居建筑钢化真空玻璃的热工性能研究

针对民居建筑普通玻璃耗能高的问题,提出以钢化真空玻璃取代普通玻璃,从而实现降低建筑能耗。采用实验室测试和数值模拟的研究方法,测试计算新型钢化真空玻璃的导热系数,对比分析不同类型玻璃在不同热工分区的民居建筑能耗。结果表明:钢化真空玻璃的导热性能远小于单片玻璃、中空玻璃和三层夹胶玻璃等建筑常用玻璃的;与民居建筑采用单片玻璃的能耗相比,钢化真空玻璃的节能效率最佳,是其他类型玻璃全年节能率的2~3倍;随着民居建筑所处热工分区纬度增大,热负荷逐渐增大,冷负荷不断减小;无论在哪个热工分区,采用钢化真空玻璃民居建筑的冷/热负荷都小于其他类型玻璃的。民居建筑采用钢化真空玻璃节能效果显著,对民居建筑的绿色发展和国家“双碳”目标实现具有积极的现实意义。

钢化真空玻璃封接工艺及封接接头性能研究

用自主研发的Sn-0.3Ag-0.7Cu-0.6Ga-0.8Sb低Ag无铅焊料对覆Ag玻璃基板进行真空封接。封接温度为270、280、290、300℃,保温时间为15、20、25、30 min。通过剪切强度测试、气密性测试、扫描电镜观察及EDS能谱分析对钢化真空玻璃封接接头的性能与组织进行分析。结果表明:封接接头依靠焊料合金中的Sn与Ag层中的Ag相互扩散形成冶金结合。封接接头剪切强度随封接温度上升、保温时间延长先增后降,封接温度为290℃、保温20 min时,接头剪切强度最高,为14.01 MPa,此时接头内部的IMC层组织厚度适中,分布均匀,接头断裂位置位于Ag层与玻璃结合部位,封接接头气密性在该封接工艺下达到最佳,为1×10^(-9)Pa·m^(3)/s。

温差作用下钢化真空玻璃应变与支撑物状态分析

钢化真空玻璃在其两侧温度不同时会发生热变形,该变形可能会导致其发生破碎或是使支撑物的状态发生变化,进而改变钢化真空玻璃的受力情况,最终使其失效。通过理论分析,研究了钢化真空玻璃在温差环境中影响其变形的因素。使用ANSYS模拟钢化真空玻璃在温差环境中发生的变形,从仿真结果中可以看出,在较大温差作用下钢化真空玻璃的变形量不大于失效极限值。为了研究支撑物在钢化真空玻璃发生变形的情况下其状态是否满足其力学特性要求,取钢化真空玻璃样品对其进行冷热循环试验,并于实验结束后对样品中间部位和边缘部位的支撑物进行观察,从试验中可以看出,支撑物的形状及其轴向位移和横向位移均未发生明显变化,同时,支撑物与玻璃紧密接触位置没有对玻璃板造成明显的挤压变形,满足其力学特性要求。

温差作用下大尺寸钢化真空玻璃性能研究

温差作用下封边开裂是导致钢化真空玻璃失效的主要原因。不同封边工艺的真空玻璃,其耐两侧温差性能不同。针对金属封接的真空玻璃,通过温差变形失效试验和数值模拟,得出钢化真空玻璃温差变形失效时封边焊料的应力分布特征。结果表明:金属封接钢化真空玻璃温差变形失效的极限温差约为150℃;钢化真空玻璃温差变形均呈曲面且变形量与钢化真空玻璃长边尺寸为正相关关系;钢化真空玻璃受温差影响失效时,封边焊料应力分布大致相同,最大拉应力出现在钢化真空玻璃角点处;封边部位的极限应力大小为1.571 MPa,等效安全应力为0.943 MPa。

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。

高效节能玻璃研发的新突破 半钢化真空玻璃

新研制成功的半钢化真空玻璃解决了普通真空玻璃强度不够的技术瓶颈。经检测,多项指标均超出普通真空玻璃和中空玻璃,在安全性、节能性、隔声性等方面优势明显。

半钢化真空玻璃用于既有玻璃幕墙改造的可行性

从热工性能角度探讨半钢化真空玻璃用于既有门窗幕墙节能改造的可行性。

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。

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。

支撑柱对钢化真空玻璃支撑应力影响仿真研究

研究了支撑柱排布间距、高度及直径对钢化真空玻璃支撑应力的影响,建立了钢化真空玻璃力学模型,采用ANSYS软件分析了不同支撑条件下的钢化真空玻璃支撑应力与变形情况。研究结果表明,随着支撑柱排布间距的增加,钢化真空玻璃支撑应力与变形也随之增大;支撑柱高度对钢化真空玻璃的支撑应力与变形影响较小;支撑柱直径增大,钢化真空玻璃的支撑应力与变形呈现下降趋势。综合制造工艺及支撑稳定性考虑,建议钢化真空玻璃的支撑柱排布间距为50mm、高度为0.3mm、直径为0.6mm。该研究对钢化真空玻璃制造工艺有指导意义。

复合钢化真空玻璃隔声性能理论与分析

真空玻璃作为新一代节能环保玻璃,不仅具有安全和高强度的特征,而且还具有隔热、隔声等优越性能。通过建立复合钢化真空玻璃的声波传递模型,采用波传递法(WTM)理论推导了其隔声量计算公式,并理论分析了不同因素影响下的复合钢化真空玻璃隔声量。研究结果表明,复合真空玻璃的隔声性能显著优于单片玻璃,且玻璃厚度越大,隔声量越高。钢化真空玻璃真空层支撑物数量越少,玻璃隔声量越高。真空层厚度在高中低频时的隔声量不同,真空层厚度约为0.25 mm时,钢化真空玻璃隔声性能相对最佳。该研究对其它类似结构隔声性能的分析及建筑隔声结构的选择具有重要的指导意义。

支撑物对钢化真空玻璃传热影响的研究

为了提高钢化真空玻璃的隔热能力,减少建筑能耗,研究支撑物各参数对钢化真空玻璃传热的影响。针对支撑物各参数对钢化真空玻璃传热能力的影响,研究支撑物各参数对钢化真空玻璃的传热机理,得到支撑物的布放间距和排列方式对玻璃的传热影响较大,通过有限元仿真软件建立钢化真空玻璃的传热模型,数值模拟分析钢化真空玻璃中心区域的最大热通量。结果表明:支撑物的布放间距越大,钢化真空玻璃的隔热能力越强;采用正方形排布时,玻璃的隔热效果较好。该分析方法在实际生产过程中,对于钢化真空玻璃支撑物参数的优选提供了理论依据,能够进一步提高钢化真空玻璃的保温隔热性能。

钢化真空玻璃支撑物不同布放间距的传热分析

为降低钢化真空玻璃的传热能力,提高其保温隔热性能,对影响钢化真空玻璃传热的支撑物布放间距进行优化。针对支撑物布放间距对钢化真空玻璃传热的重要影响,研究钢化真空玻璃的传热机理,理论分析支撑物热导率的计算公式,在钢化真空玻璃满足力学性能的前提下,选取4组支撑物的布放间距,建立玻璃的传热模型,数值模拟分析不同布放间距下玻璃模型中心单元的总热通量。结果表明:在其他参数一定的情况下,支撑物的布放间距越大,钢化真空玻璃中心单元的总热通量越小,玻璃的保温隔热性能越好。该分析方法在实际生产过程中,为钢化真空玻璃支撑物的布放间距的优选提供了依据,对建筑节能具有重要的现实意义。

钢化真空玻璃支撑点的排布方式

钢化真空玻璃即为两片钢化玻璃间抽真空的结构件。为了保证在外界大气压力下真空层的存在,在两片玻璃之间要放置支撑物。针对钢化真空玻璃中支撑点的排布对玻璃力学特性的重要影响,本文通过建立钢化真空玻璃力学模型,数值分析了不同支撑点排布方式下钢化玻璃的力学性能。研究结果表明:随着支撑间距增大,单位面积支撑点数急剧减少,使钢化玻璃最大变形量和最大应力迅速增大。对于5mm厚的钢化玻璃,在满足力学性能和支撑点数最少的条件下,支撑点正方形排布时支撑点间距可采用8cm,单位面积支撑点数169个;支撑点正三角形排布时,支撑点间距可采用8cm,单位面积支撑点数188个;支撑点正六边形排布时支撑点间距可采用6cm,单位面积支撑点数290个。由此,建议优先采用支撑点间距8cm的正方形排布方式,其次采用支撑点间距为8cm的正三角形排布,此研究对制造钢化真空玻璃中支撑点的排布方式提供理论指导。

支撑点间距对钢化真空玻璃力学特性的影响

钢化真空玻璃中支撑点间距对玻璃的力学性能产生重要影响,因此支撑点合理间距的选择尤为关键。本文通过建立钢化真空玻璃的力学模型,对支撑点正方形排列时间距对钢化玻璃的力学性能影响进行了数值分析,研究结果表明:钢化玻璃的变形量和最大Mises应力随着支撑点间距增大而增大。对于厚度为5 mm钢化真空玻璃,支撑点间距不大于7 cm时,均能满足钢化真空玻璃的力学性能。钢化真空玻璃支撑点间距为7 cm时,不仅满足其力学性能,还大大减少了支撑点数目。此研究将为钢化真空玻璃制造中支撑点间距的选取提供理论依据。

吸气剂形状对钢化真空玻璃弯曲性能的影响及安全性评价

钢化真空玻璃作为一种新型安全玻璃,近年来被越来越多地应用在高层建筑的外墙、窗体等部位。抗弯强度作为钢化真空玻璃最重要的力学性质之一,更加备受关注。分别采用长条形吸气剂和圆片状吸气剂对2组钢化真空玻璃进行了四点弯曲试验,得到了2组试件的载荷-位移曲线图,分析了玻璃试样受弯破坏过程的3个阶段,得到了不同吸气剂形状对钢化真空玻璃弯曲性能的影响。试验结果表明,由于玻璃试样表面存在预压应力层,不同玻璃试样的破坏形态趋于一致,其中采用长条形吸气剂比采用圆片状吸气剂有更好的极限承载能力和挠度。同时提出了一种钢化真空玻璃安全性评价方法——安全因数,采用长条形吸气剂的钢化真空玻璃比采用圆片状吸气剂的安全因数提升6.7%,更具安全性和可靠性。这也为高层建筑采用钢化真空玻璃作为建筑材料提供了一个佐证理论。

短波红外线加热封接技术在钢化真空玻璃中的应用

通过对真空玻璃钢化研究现状的分析,探讨了几种钢化真空玻璃加工方法的技术特点和存在的问题,重点阐述了短波红外线加热封接技术。这种技术与吸收相应波长的玻璃粉焊料相结合,可以大幅度降低真空玻璃高温封边过程中的应力衰减,具有生产高效、工艺稳定的特点,适合钢化真空玻璃的批量生产。另外,针对目前钢化真空玻璃抗冲击性较差的问题,提出了下一步研究的方向。

被动房中全钢化真空玻璃成为节能减霾利器

真空玻璃遭遇性价比低于中空玻璃的危机。钢化真空玻璃以既轻薄保温又安全的优势,使得被动房整窗的成本下降15%,性能提升50%,带动了建筑业的节能减排,为碳排放和雾霾的减少做出了贡献,给真空玻璃行业带来转机。

温差作用下钢化真空玻璃封接部位强度分析

钢化真空玻璃破裂的一个重要因素是边缘封接部分变形,而边缘封接部分变形是温度差造成的。分析了在自重量和较高温差作用下的钢化真空玻璃边缘封接部分的力学性能,找到了两个影响钢化真空玻璃封接部分强度的因素,即温度差和玻璃厚度,长度和宽度尺寸影响不大。基于仿真分析温差作用下钢化真空玻璃封接部位自由热变形,钢化真空玻璃在温差环境作用过程中的最大热变形值小于失效极限值。为验证钢化真空玻璃边缘封接部分强度,进行冷热循环试验,冷热循环检测结果表明,钢化真空玻璃在经过热冷循环试验后边缘封接部分未发生破裂,满足使用要求。对新型保温节能材料的使用和推广具有一定意义。