CN102656012A - 制造层压玻璃件的方法 - Google Patents

Abstract

制造层压玻璃件(1)的方法，可使其承受预定载荷，其中玻璃件(1)包括至少一个具有玻璃功能的基层(2，4)和至少一层聚合物中间层(3)，该方法包括步骤：得到描述中间层构成物相对于预定载荷的特征时间和温度范围的粘弹性行为的规律E_int(t，T))；计算表示层压玻璃件(1)承受预定载荷的载荷耐力的至少一个量的最大值，包括使用分析模型和公式，在模型中中间层对剪切传递的贡献用传递系数表示，公式表示传递系数，为中间层杨氏模量、层压玻璃件上施加的载荷、和玻璃件(1)的尺寸(a，b，h_i，h_intj)的函数；调节玻璃件(1)的尺寸(a，b，h_i，h_intj)，使计算的表示玻璃件(1)载荷耐力的量的最大值小于或等于可允许最大值；制备并组装所述或每个基层(2，4)和中间层(3)的层为调节尺寸(a，b，h_i，h_intj)。

Description

制造层压玻璃件的方法

本发明涉及用于制造层压玻璃件的方法，所述玻璃件包括至少一个具有玻璃功能的基层(substrate)和至少一层聚合物中间层。本发明还涉及优化的层压玻璃件。

在本发明的描述中，术语“层压玻璃件”应理解为是指包括至少一个具有玻璃功能的基层和至少一层中间层的任何玻璃结构，包括含连接在一起的单个基层和单层中间层的结构。

众所周知，描述用来制造层压玻璃件的聚合物中间层的粘弹性行为的规律，在玻璃件承受静态或准静态载荷时，对这些玻璃件的机械行为有影响。为了验证层压玻璃件的设计，有必要检查其载荷耐力(loadingresistance)与其应用一致。例如，有必要检查建筑正面的玻璃件能承受特定的风载荷，或者用来安装在建筑屋顶的光伏模件能承受特定的雪载荷。尤其是，层压玻璃件上可预见的载荷的强度、所述载荷在层压玻璃件上的分布方式、以及该载荷的特征时间和特性温度都是制造层压玻璃件时要考虑的参数。

一种确定层压玻璃件载荷耐力的传统方法包括在规定的支承和载荷条件下，使用分析模型，使层压玻璃件同化为(assimilate)没有中间层的玻璃件，并且用0-1的传递系数

来表示中间层在层压玻璃件中参与的剪切传递。传递系数越高，中间层对层压玻璃件的机械性能的贡献就越大。在实践中，传递系数

用来定义层压玻璃件的等效厚度(equivalent thickness)，以此为基础，使用类似于单片玻璃件适用的公式，可以计算代表层压玻璃件载荷耐力的量。

举例来说，在所述传统方法中，由以下公式给出用于计算层压玻璃板的挠曲度(deflection)的等效厚度：

由以下公式给出用于计算层压玻璃板具有玻璃功能的基层i上最大应力的等效厚度：

其中h_i是具有层压玻璃板玻璃功能的基层或每个基层的厚度，并且

h_m；i是具有玻璃功能的基层i的静平面(mean plane)与层压玻璃件的静平面之间的距离，不考虑层压玻璃件中使用的中间层的层厚度。

然而，文献中没有给出准确确定给定层压玻璃件的传递系数

的方法。此外，在传统方法中，等效厚度用层压玻璃件中间层的传递系数

和基层或每个基层的厚度的函数来表示，未考虑层压玻璃件中中间层的厚度。现在，在不能忽视中间层对层压玻璃件机械性能影响的情况下，省去等效厚度相对于中间层厚度的相关性可能会导致结构机械行为的过度近似。尤其是，在传统方法中，没有区分在两个玻璃基层之间放置含标准厚度单个中间层板(ply)的层压玻璃件，和在相同的两个玻璃基层之间放置的包括两个相同的标准厚度中间层板的层压玻璃件。结果是，在建立层压玻璃件设计规范时，有过高估算玻璃基层所要求的厚度的倾向，而增加中间层厚度就能足以满足该设计标准。因此，在传统方法描述中所得的层压玻璃件的成本和重量都没有得到优化。

这些缺点正是本发明想要通过提出一种制造层压玻璃件的方法来进一步具体改善的，所述方法可保证得到的层压玻璃件在重量和载荷耐力两方面都得到优化。

为了该目的，本发明的一个主题是用于制造层压玻璃件的方法，所述方法能使玻璃件承受对应于特征时间范围和特征温度范围的预定载荷，所述层压玻璃件包括至少一个具有玻璃功能的基层和至少一层聚合物中间层，特征在于该方法包括以下步骤：

-得到描述中间层构成物相对于预定载荷的特征时间和特征温度范围的粘弹性行为的规律；

-使用以下计算至少一个表示层压玻璃件经受预定载荷的载荷耐力的量的最大值：-分析模型，其中中间层的对层压玻璃件中剪切传递的贡献用传递系数来表示，以及-表示传递系数的公式，该传递系数为中间层的杨氏模量、层压玻璃件上施加的载荷、和层压玻璃件的尺寸的函数；

-调节层压玻璃件的尺寸，使计算的表示层压玻璃件载荷耐力的量的最大值小于或等于可允许的最大值；

-制备和组装层压玻璃件的基层和中间层为调节的尺寸。

在本发明的描述中，词语“层压玻璃件的尺寸”应理解为不但是指其周围尺寸，例如在矩形层压玻璃板的情况下的其宽度和长度，而且还指其一个或多个基层的厚度以及其组成层或中间层的厚度。

根据本发明制造层压玻璃件的方法的其它优势特征，可以单独或以任何技术上可能的组合方式：

-为了测定中间层构成物的行为规律，使用粘度分析仪在施加恒定动态位移的同时通过改变频率和温度，测定中间层样品的杨氏模量，并且使用通过WLF方法建立的频率/温度等效规律(equivalence)。

-在5x 10^-7Hz～3×10^-1Hz的频率范围和-20℃～60℃的温度范围内测定中间层构成物的行为规律。

-计算以下数据，作为表示层压玻璃件载荷耐力的量：

○基于层压玻璃件的等效厚度h_ef；w，层压玻璃件的挠曲度满足：

和/或

○基于层压玻璃件的等效厚度h_ef；σ；i，层压玻璃件具有玻璃功能的所述基层或每个基层上的最大应力(σ_max ⁱ)满足：

其中hi是具有玻璃功能的所述基层或每个基层的厚度；

h_intj是所述中间层或每个中间层的厚度；

h_m；i是具有玻璃功能的基层i的静平面与层压玻璃件的静平面之间的距离。

-根据以下步骤，确定表示传递系数的公式，所述公式对包括至少一个具有玻璃功能的基层和至少一层聚合物中间层的任何层压玻璃件都有效：

■得到描述层压玻璃件中间层构成物的粘弹性行为的规律；

■建立层压玻璃件弯曲的有限元数字模型，使用中间层构成物的行为规律来定义中间层的机械性能；

■对一方面用数字模型得到的结果和另一方面用分析模型得到的结果进行比较，其中中间层对剪切传递的贡献用传递系数来表示，调节传递系数的值，直到这些结果收敛；

■通过连续迭代建造表示传递系数变化的传递函数，其为中间层杨氏模量的函数；

■传递函数以公式形式表示，使传递系数能表示为中间层的杨氏模量、层压玻璃件上施加的载荷、和层压玻璃件的尺寸的函数；

■根据经验来确定表示传递系数的公式的参数，所述传递系数为中间层的杨氏模量、层压玻璃件上施加的载荷、和层压玻璃件的尺寸的函数；

-层压玻璃件为矩形的板，表示传递系数的公式中层压玻璃件的尺寸是板的宽度和长度、具有玻璃功能的基层或每个基层的厚度、及中间层或每个中间层的厚度。

本发明的另一个主题是数据记录介质，包括执行如上所述制造方法的计算步骤的指令，当这些指令通过电子计算装置执行时，所述指令包括使用分析模型和公式、计算表示层压玻璃件承受所述预定载荷的载荷耐力的至少一个量的最大值，在所述分析模型中，中间层对层压玻璃件中剪切传递的贡献用传递系数来表示，而所述公式表示传递系数，其为中间层的杨氏模量、层压玻璃件上施加的载荷、和层压玻璃件的尺寸的函数。

根据一个实施方案，该指令包括，在计算表示层压玻璃件承受所述预定载荷的载荷耐力的至少一个量的最大值的指令之后，计算层压玻璃件的尺寸的调节值的指令，以使计算的代表性量的最大值小于或等于该代表性量可允许的最大值。

本发明的另一个主题是通过如上所述制造方法得到的层压玻璃件。

本发明的另一个主题是用来安装在与施加在玻璃件上的预定最大载荷相应的场所的层压玻璃件，所述层压玻璃件包括至少一个具有玻璃功能的基层和至少一层聚合物中间层，所述层压玻璃件的中间层厚度和/或基层厚度分别地低于相应的名义层压玻璃件的中间层厚度和基层厚度，层压玻璃件的其它尺寸保持与相应的名义层压玻璃件的相同，其中相应的名义层压玻璃件是为抵抗所述预定最大载荷、用层压玻璃件的等效厚度与中间层的厚度无关的制造方法制造的层压玻璃件，基于所述等效厚度，可以采用类似于适用于单片玻璃件的公式计算玻璃件载荷耐力的代表性量。

根据根据本发明的层压玻璃件的其它优势特征：

-层压玻璃件为建筑玻璃件，其包括至少两个具有玻璃功能的基层和至少一层聚合物中间层，所述中间层或每个中间层放置在具有玻璃功能的基层之间。

-层压玻璃件为光伏模件，包括具有玻璃功能的前基层和至少一个光伏电池，一个聚合物的层压中间层插入在前基层与光伏电池之间。

在以下根据本发明的制造方法和层压玻璃件的一些实施方案的说明中，本发明的特征和优势会变得显而易见，所述说明并参考附图仅为举例，其中：

-图1所示为层压玻璃板的示意性透视图，所述层压玻璃板包括两个具有玻璃功能的基层和聚合物中间层；

-图2是沿图1的平面II方向的部分截面图；

-图3所示为表示传递系数变化的曲线，所述传递系数为中间层的杨氏模量的函数；

-图4所示为矩形层压玻璃板的最大挠曲度变化图，所述最大挠曲度为施加在矩形层压玻璃板上的风载荷的函数，其分别通过试验测量、在现有技术制造层压玻璃件的方法的描述中估算、以及在根据本发明制造层压玻璃件的方法的描述中估算得到，所针对的板宽度为2m、长度为3m，并且包括两个每个厚度为4mm的玻璃基层，和两个标准的中间层片，即，一层厚度为0.76mm的中间层；

-图5所示为矩形层压玻璃板的最大挠曲度变化图，所述最大挠曲度为施加在矩形层压玻璃板上的风载荷的函数，其分别通过试验测量、在现有技术制造层压玻璃件的方法的描述中估算、以及在根据本发明制造层压玻璃件的方法的描述中估算得到，所针对的宽度为2m、长度为3m，并且包括两个每个厚度为4mm的玻璃基层，和一个或两个结构中间层片，即，一层厚度为0.38mm或0.76mm的中间层；

-图6所示为矩形层压玻璃板等效厚度的三维图，所述等效厚度为施加在板上的风载荷和板宽度/长度比λ＝a/b两者的函数，所针对的板长度为3m，并且包括两个玻璃基层和两个结构中间层片，每个玻璃基层厚度为4mm，结构中间层片也即一层厚度为0.76mm的中间层，分别用于根据本发明的层压玻璃板和相应的现有技术的名义层压玻璃板；

-图7是源自图6的三维图，表示图6所示的根据本发明层压玻璃板的等效厚度与相应现有技术的名义层压玻璃板的等效厚度相比所减少的值，其为施加在板上的风载荷和所述板宽度/长度比λ＝a/b两者的函数；

-图8所示为类似于图7所示图的图例，表示矩形层压玻璃板的等效厚度所节约的等效厚度值，其为施加在板上的风载荷和所述板宽度/长度比λ＝a/b两者的函数，所针对的板长度为3m，并且包括两个玻璃基层和两个标准中间层片，每个玻璃基层的厚度为4mm，标准中间层片也即一层厚度为0.76mm的中间层，分别针对根据本发明的层压玻璃板和相应的现有技术的名义层压玻璃板；

-图9所示为类似于图7所示图的图例，表示矩形层压玻璃板等效厚度所减少的值，其为施加在板上的风载荷和板宽度/长度比λ＝a/b两者的函数，所针对的板长度为3m，并且包括两个玻璃基层和两个声学中间层片，其中每个玻璃基层的厚度为4mm，声学中间层片也即一层厚度为0.76mm的中间层，分别针对根据本发明的层压玻璃板和相应的现有技术的名义层压玻璃板；以及

-图10所示为类似于图2的层压玻璃板的截面图，所述层压玻璃板包括三个具有玻璃功能的基层，和两个每层都放置在两个基层之间的聚合物中间层。

图1所示为矩形的层压玻璃板1，包括两个玻璃基层2和4，在基层之间粘合了一层基于聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的中间层的层3。作为变例，中间层3的层3可以由不同于PVB的任何性能合适的粘弹性材料制成。板1的宽度和长度分别表示为a和b，基层2和4的厚度表示为h₁和h₂，中间层的层3厚度表示为h_int1。根据本发明的制造方法的一个目的是设计能够承受预定载荷F₀的层压玻璃板1，例如图4-9中说明的第一实施方案中的雪载荷，或第二实施方案中的风载荷。

一个在先步骤是确定表示层压玻璃板中间层的传递系数的公式，该在先步骤对于实现根据本发明的制造方法很关键，所述传递系数为中间层的杨氏模量E_int、层压玻璃板上施加的载荷F、和层压玻璃板的尺寸a、b、h_i、h_intj的函数。根据以下所述步骤确定所述公式，该公式对包括至少一个具有玻璃功能的基层和至少一层聚合物中间层的任何层压玻璃板都有效：

首先，通过实验确定描述层压玻璃板中间层构成物的粘弹性行为的规律E_int(t，T)。作为频率和温度的函数的杨氏模量E_int的变化在5×10^-7Hz～3×10^-1Hz的频率(f＝1/t)范围和-20～60℃的温度范围内测定。这些频率和温度范围对应于施加在层压玻璃件上的静态或准静态载荷的特征范围，例如当玻璃件装在建筑中时。尤其是，风载荷的特征时间t为约3秒，相应的温度(T)范围在0～20℃之间，而雪载荷的特征时间t为3星期，相应的温度(T)范围在-20～20℃之间。

为了测定行为规律E_int(t，T)，使用粘度分析仪，如Metravib VA400粘度分析仪，在施加恒定动态位移的同时通过改变频率和温度，测定中间层样品的杨氏模量E_int。例如，动态位移固定在1×10^-6m。Metravib粘度分析仪只提供1～400Hz频率范围的值。对于使用粘度分析仪不能进行测量的频率和温度值，以已知的方式通过WLF(Williams-Landel-Ferry)方法建立频率/温度等效规律。

然后建立层压玻璃板弯曲的有限元数字模型，以此来计算层压玻璃板承受某一载荷时的载荷耐力。对于该数字模型，使用预先确定的行为规律E_int(t，T)来定义中间层的机械性能。举例来说，该数字模型可以用COSMOS-M计算软件建立，将结合中间层的层压玻璃板的非线性模型整合到所述数字模型中，板的四个边的每一个上有简单的支承，并有均匀的载荷。

然后将数值计算的结果与用分析式得到的结果进行比较，在分析式中，中间层对层压玻璃板中剪切传递的贡献用传递系数

来表示。这些分析公式例如可允许用以下公式计算层压玻璃板的最大挠曲度w_max和层压玻璃板具有玻璃功能的基层i上的最大应力σ_max ⁱ：

$w_{\max }=k_4\frac{A^2}{{h_{\mathrm{ef};w}}^3}\frac{F}{E_{\mathrm{int}}}---\left(V\right)$ and ${\mathrm{\σ}}_{\max i}=k_1\frac{A}{{h_{\mathrm{ef};\mathrm{\σ};i}}^2}F---\left(\mathrm{VI}\right),$

其中h_ef；w是用于计算最大挠曲度w_max的等效厚度，如上述表示式(I)中所定义；h_ef；σ；i是用于计算最大应力σ_max ⁱ的等效厚度，如上述表示式(II)中所定义；F为施加在层压玻璃板上的载荷；E_int为层压玻璃板中间层的杨氏模量；A等于层压玻璃件的宽度a和长度b的乘积ab；k₁和k₄为系数，具有欧洲标准草案(draft European Standard prEN)13474的附录B所规定的值。

作为变例，为了考虑层压玻璃板中的中间层厚度，可以根据以下方式重新制定等效厚度的表示式，用于按照公式(V)和(VI)计算最大挠曲度和最大应力：

其中h_i是层压玻璃板具有玻璃功能的基底或每个基底的厚度；

h_intj是层压玻璃板中间层或每个中间层的厚度；

h_m；i是具有玻璃功能的基底i的静平面与层压玻璃板的静平面之间的距离，不考虑层压玻璃件中使用的中间层的层厚度，如图1和10中所示。

通过比较一方面从数字模型得到的结果、与另一方面从分析式得到的结果，调节传递系数

的值，以使结果收敛。因此，通过连续迭代建造表示传递系数

变化的传递函数，作为中间层杨氏模量E_int的函数。表示这类传递函数

的曲线在图3中显示。

然后以公式形式用经验公式来表示传递函数，使传递系数

不但能表示为中间层性能、而且也为玻璃板上施加的载荷F和层压玻璃板物理参数的函数。该以公式形式表示传递函数的步骤构成了本发明的关键步骤，然后可以系统地使用传递系数

的公式，由此获得在重量和载荷耐力方面得到优化的层压玻璃件。

从表示以上得到的传递函数的曲线，其实例见图3中所示，可以发现传递函数

的特征方程为以下形式：

其中α为常数；

β是玻璃板的一组物理和几何参数；以及

G是中间层的剪切模量，可以使用公式E_int＝2(1+v)G，由泊松比v和杨氏模量E_int来确定。

发明人根据经验，基于风试验过程中测量层压玻璃板最大挠曲度得到的试验结果，以及基于从层压玻璃板弯曲的有限元模型数值得到的计算结果，确定了传递函数公式的参数。更准确地，发明人研究了传递系数

相对于一些参数的敏感性。对于一次近似(approximation)，传递系数

取决于玻璃板的宽度a和长度b，取决于层压玻璃板的玻璃基层或每个玻璃基层的厚度h_i，取决于层压玻璃板中间层或每个中间层的厚度h_intj，取决于施加在玻璃板上的均匀分布载荷F，取决于玻璃的杨氏模量Ev(70GPa)，并且取决于中间层的杨氏模量E_int。

已经发现，传递系数

作为施加在层压玻璃板上的载荷的函数线性变化，与所用中间层的厚度和类型无关。这是因为载荷的强度支配了组件弯曲的变形能量，因此，剪切力以某种方式，从层压玻璃板的一个玻璃基层传递到另一个。载荷下层压玻璃板变形越大，中间层上的应力越大，其传递能力越低。这产生了以下拟似(affine)的表示式，作为层压玻璃板上施加载荷F的函数：

其中斜率

的值通过对弯曲的层压玻璃板的试验和数值数据进行插值，设定在-5e^-5。然后比 $\frac{1}{\mathrm{\α}+\frac{\mathrm{\β}}{G}}$ 变成y轴上的截距，这决定了组件在没有外部作用下的潜在刚性。

这些原因产生了层压玻璃板传递系数

的以下表示式，所层压玻璃板包括至少一个具有玻璃功能的基层和至少一层聚合物中间层：

其中λ为比a/b，

h_tot为层压玻璃板的总厚度，

其中i为1～n，j为1～n-1，n表示层压玻璃板具有玻璃功能的基层的个数。

表示层压玻璃板传递系数

的这一公式(VII)可用于根据本发明的制造方法的描述中，其方式为下文中所描述与图示的，例如在以下第一和第二实施方案中。

在要求制造层压玻璃板，例如图1的层压玻璃板1，使其能承受对应于特征时间(t)范围和特征温度(T)范围的预定载荷F₀时，首先至少要覆盖载荷F₀的特征时间和温度范围，由此确定描述中间层构成物粘弹性行为的规律E_int(t，T)。使用粘度分析仪，通过改变频率和温度、并通过施加恒定的动态位移，如上所述确定行为规律E_int(t，T)，对于使用粘度分析仪不能测量的频率和温度值，可采用通过WLF(Williams-Landel-Ferry)方法建立的频率/温度等效规律。在实践中，对于每个中间层组成，行为规律E_int(t，T)仅需确定一次，然后保存在数据库的存贮器中，可以在制造结合该中间层组成的任何层压玻璃板的方法中再次调用。

然后计算表示层压玻璃板承受预定载荷F₀的载荷耐力的至少一个量的最大值，例如层压玻璃板的最大挠曲度w_max和/或玻璃板具有玻璃功能的所述基层或每个基层上的最大应力σ_max ⁱ。为此目的，组合分析公式使用表示层压玻璃板传递系数

的公式(VII)，例如组合公式(V)和(VI)来计算最大挠曲度和最大应力，及组合使用用于等效厚度的公式(III)和(IV)，在考虑层压玻璃板中间层厚度时。

然后调节层压玻璃板的尺寸a、b、h_i、h_intj，以使表示层压玻璃板载荷耐力的w_max、σ_max ⁱ量或每个量的计算最大值小于或等于，例如，标准所定义的可允许的最大值。w_max、σ_max ⁱ计算量或每个量的最大值是相对于载荷F₀的特征时间和特征温度范围内的最大值。在实践中，计算的最大应力σ_max ⁱ的最大值是载荷F₀的特征时间范围内的最大值，因为最大应力不受所讨论温度范围内的温度影响。

一旦调节的尺寸a、b、hi、h_intj已经确定，就用调节的厚度h_i、h_intj制备层压玻璃板的所述基层或每个基层以及所述中间层或每个中间层，并且进行组装，形成具有类似调节的宽度a和长度b的层压玻璃板。

如上描述的根据本发明制造方法的计算步骤可以通过用输入数据处理算法编程的计算装置来执行，其中所述算法涉及表示传递系数

的公式(VII)，以及计算层压玻璃板载荷耐力的分析公式，尤其是计算最大挠曲度和最大应力的公式(V)和(VI)，和计算等效厚度的公式(III)和(IV)。所述计算装置基于能执行记录在数据记录介质上的指令的常规可编程计算装置。通过计算装置执行对应于根据本发明制造方法计算步骤的指令时，该介质包括执行如上所述算法的指令。执行算法的指令组集成在层压玻璃件设计程序或软件中，可有利地包括能使用户迅速且可靠地解决设计问题的简化的图形界面。

在一次逼近中，算法的输入数据可以是层压玻璃板中间层的行为规律E_int(t，T)、施加在层压玻璃板上的预定载荷F₀、以及玻璃板的尺寸a、b、hi、h_intj。然后将计算装置设计成能给出表示所讨论的层压玻璃板载荷耐力的量的最大值，作为输出，尤其是玻璃板的最大挠曲度和/或玻璃件的每个玻璃基层i上的最大应力。一次逼近使得可以检查给定尺寸的层压玻璃板是否已针对具体应用正确设计。借助于此一次逼近，还可以通过修改作为算法输入数据而提供的玻璃板的尺寸a、b、hi、h_intj，逐步地迭代调节玻璃板的尺寸，以使计算的表示层压玻璃板的载荷耐力的w_max、σ_max ⁱ值或每个值的最大值小于或等于相应的可允许最大值，所述可允许最大值例如由某个标准所定义。

在二次逼近中，为了直接优化层压玻璃板设计的目的，算法的输入数据可以是层压玻璃板中间层的行为规律E_int(t，T)、施加在层压玻璃板上的预定载荷F₀、表示层压玻璃板载荷耐力的一个或多个量的可允许最大值，尤其是玻璃板的最大挠曲度和/或玻璃件每个玻璃基层i上的最大应力，以及玻璃板的一些尺寸a、b、h_i或h_intj。代表层压玻璃板载荷耐力的量的可允许最大值例如为标准所定义。然后将计算装置设计成能给出没有作为算法输入数据而提供的层压玻璃板的其它尺寸a、b、h_i或h_intj的调节值，作为输出，修改这些调节值，以使计算的表示层压玻璃板载荷耐力的w_max、σ_max ⁱ值或每个值的最大值小于或等于相应的作为输入提供的可允许的最大值。

在根据本发明制造方法的第一实施例实施方案中，目的是设计图1所示的层压玻璃板1。该板1的目的用来水平布置在建筑屋顶上，并暴露于650Pa的雪载荷。在该实施例中，板1的宽度a和长度b为1.5m，两个玻璃基层2和4的相应厚度h₁为6mm、h₂为4mm。中间层的层3是一层通常所说的结构中间层，目的是确定中间层这一层的厚度h_int1，使其就板1的载荷耐力而言能满足容许性标准。

在这类应用中，对玻璃基层2和4中的最大应力σ_max ⁱ更特别感兴趣，因为它是考虑长时间施加载荷下玻璃静态疲劳的最大限制标准，这也是雪载荷的情况。

以下表1显示了在不考虑中间层厚度确定层压玻璃件载荷耐力的传统方法的描述中通过计算得到的结果。考虑的传递系数

值是欧洲标准草案prEN 13474针对结构中间层和雪载荷所提出的近似值。

表1

从表1显而易见，厚度为6mm的玻璃基层2中的应力，无论采用怎样的中间层厚度，均超过了允许标准，这是因为在传统方法中，设计等效厚度时未考虑中间层的厚度。因此，用传统方法，看来需要提高层压玻璃板中的玻璃厚度，这样才能满足就载荷耐力而言的容许性标准。

下表2给出了通过根据本发明描述中的制造方法，对层压玻璃板1计算所得到的结果，该层压玻璃板1包括玻璃基层2和4两个玻璃基层，其厚度h₁和h₂分别为6mm和4mm，以及粘合至基层2和4的厚度h_int1为0.76mm的结构中间层的层3。因此板1是“64-2”类型的板，因为它包括厚度分别为6mm和4mm的两个玻璃基层和两个中间层片。

表2

如表2所示，考虑层压玻璃板中的中间层厚度并根据公式(VII)计算传递系数

能产生可满足容许性标准的设计。

从该第一实施方案显而易见，设计层压玻璃件时考虑中间层厚度，如用于根据本发明制造方法的描述中，可使其能够提供就载荷耐力而言能满足容许性标准的更薄的层压玻璃件的玻璃组成。

尤其是在图4和5所示的第二实施方案中，其目的是验证图1所示的宽度a为2m且长度b为3m的层压玻璃板1在承受0～1200Pa的风载荷时的机械强度。玻璃板的两个玻璃基层2和4的厚度h₁、h₂均为4mm。

图4显示了当板1包括标准中间层层3时，板1的最大挠曲度w_max作为施加在板上的风载荷的函数的变化，所述标准中间层粘合到玻璃基层2和4上，厚度h_int1为0.76mm。所以板1是“44-2”类型的板，因为它包括厚度每个都为4mm的两个玻璃基层和两个中间层片。图4所示为分别通过试验测量所得结果(44-2exp)、在不考虑层压玻璃件中的中间层厚度而确定层压玻璃件载荷耐力的传统方法描述中计算所得结果(44-1calc)、和在根据本发明制造方法的描述中计算所得结果(44-2 calc)。

图5所示为当板1包括结构中间层层3时，板1的最大挠曲度w_max作为施加在板上的风载荷的函数的变化，所述结构中间层粘合到每个厚度均为4mm的玻璃基层2和4上，层3的厚度h_int1对于一个中间层片为0.38mm，对于两个中间层片为0.76mm。在第一种情况下，板1为“44-1”类型，在第二种情况下，板1为“44-2”类型，如前面所述。图5显示了分别通过试验测量所得结果(44-1exp，44-2exp)、在不考虑层压玻璃件中的中间层厚度下确定层压玻璃件载荷耐力的传统方法描述中计算所得结果(44-1calc)、和在根据本发明制造方法的描述中计算所得结果(44-1calc，44-2calc)。

通过比较图4和5所示的结果，很明显，由于考虑了层压玻璃板中的中间层厚度，在根据本发明制造方法的描述中，最大挠曲度预测更准确。因此，图4和5中的实施例举例说明了根据本发明的方法所增加的价值，其可获得对中间层机械作用的更好评价。

再次在该第二实施方案的描述中，图6所示为等效厚度的三维图，用于计算“44-2”类型的矩形层压玻璃板的最大挠曲度，其为施加在玻璃板上的风载荷F和玻璃板宽度/长度比λ＝a/b两者的函数，而面板必须承受风载荷。在该实施例中，层压玻璃板的长度为3m，并且包括两个玻璃基层和两个结构中间层片，其中每个玻璃基层的厚度为4mm，结构中间层片也即一层厚度为0.76mm的中间层。图6显示了就板载荷耐力而言能满足容许性标准要求的玻璃板的等效厚度，其分别针对尺寸根据本发明(h_e1)调节的板和相应的现有技术名义上的板(h_e2)。

在本发明的描述中，词语“对应于根据本发明层压玻璃板的名义层压玻璃板”应理解为是指通过常规制造方法制造的层压玻璃板，但要用来承受与根据本发明的玻璃板一样的载荷F，其中常规制造方法中层压玻璃板的等效厚度与玻璃板的中间层层3的厚度h_int1无关，可基于该等效厚度计算表示玻璃板载荷耐力的量，例如使用前述公式(V)和(VI)。

图6清楚地显示，对于玻璃板必须承受的相同载荷，根据本发明的层压玻璃板所要求等效厚度h_e1等于或大于相应的现有技术名义层压玻璃板所要求的等效厚度h_e2。结果，作为等效厚度用公式(III)的结果，对于在玻璃板上施加的相同载荷F，根据本发明的层压玻璃板可以比相应的名义层压玻璃板的中间层厚度和基层厚度分别地有更小的中间层厚度h_intj和/或更小的基层厚度h_i，而层压玻璃板的其它尺寸，具体地为其宽度a、其长度b以及可能地其中间层厚度和未减小的其基层厚度，与相应的名义层压玻璃板的尺寸保持相同。

结果是，用来承受预定载荷的根据本发明的层压玻璃板重量低于用来承受相同预定载荷的相应的现有技术名义层压玻璃板的重量。如果层压玻璃板是多个层压的板，则术语“中间层厚度”应理解为是指层压玻璃板中间层各层的厚度之和，术语“基层厚度”应理解为是指层压玻璃板具有玻璃功能的各基层的厚度之和。

图7～9举例说明了与相应的现有技术名义层压玻璃板的等效厚度相比，等效厚度所减少的值Δ_he，其分别为施加在玻璃板上的风载荷和玻璃板宽度/长度比λ＝a/b的函数：

-在图7中，针对如图6中所考虑的根据本发明的层压玻璃板；

-在图8中，针对根据本发明的层压玻璃板，与图6中所考虑的玻璃板的不同之处仅在于其包括两个标准中间层片，而不是两个结构中间层片；以及

-在图9中，针对根据本发明的层压玻璃板，与图6中所考虑的玻璃板的不同之处仅在于其包括两个声学中间层片，而不是两个结构中间层片。

从这些图例显而易见，与相应的名义层压玻璃件相比，无论其一个或多个中间层组成如何，根据发明的层压玻璃件其等效厚度大于或等于相应的名义层压玻璃件的等效厚度，从而使得可以减少根据本发明的层压玻璃件的重量，所述层压玻璃件用来承受预定的载荷。

当然，根据本发明的层压玻璃件的等效厚度的增加，尽管以长度为3m的“44-2”类型的层压玻璃板的具体实例进行说明，其也可以调换到其它层压玻璃件，尤其是具有不同尺寸a、b、hi、h_intj的层压玻璃件。

从如上描述的第一和第二实施方案显而易见，根据本发明的制造方法使得可以得到既有最佳载荷耐力又有最佳尺寸的层压玻璃件。在本发明的描述中，层压玻璃件的最佳尺寸对应于优化的玻璃基层和中间层组成，这样，与不考虑层压玻璃件中的中间层厚度、使用传统方法制造的层压玻璃件相比，所述层压玻璃件结构可以轻量化。这样的根据本发明的层压玻璃件的结构轻量化在屋顶应用的情况下特别有优势。

根据本发明的方法使得能够迅速确定层压玻璃件在弯曲中的行为，无论在层压玻璃件上施加的载荷的特征时间和特征温度范围如何。这是因为，一旦确定了描述中间层构成物粘弹性行为的规律，基于使用粘度分析仪的测量结果和通过WLF方法建立的频率/温度等效规律，使用表示传递系数

的公式及分析公式，就很容易计算层压玻璃件的载荷耐力。尤其是，根据本发明的方法提供了容易且迅速地确定新型中间层材料性能的可能性，在用简单的粘度分析仪测量而对其进行表征后不必要进行昂贵的试验。

如上所述，实施根据本发明的制造方法的计算步骤的指令可以写到记录介质上。根据本发明的方法然后可以集成到简化的图形界面中，使用户能迅速且可靠地解决层压玻璃件设计问题。

本发明不限于所描述和举例说明的实例。尤其是，根据本发明的方法可以实施于制造包括若干片层的层压玻璃板，如图10中的板10所举例说明的。该板10包括三个具有玻璃功能的基层12、14、16，以及中间层的两个层13、15，每个中间层粘合在两个基层之间。

此外，在上述实例中，层压玻璃板包括玻璃基层和PVB中间层的层。更一般地，根据本发明的方法可以用于制造包括任何类型的具有玻璃功能的基层的层压玻璃板，尤其是由玻璃或塑料制成的基层，以及用于制造包括由性能合适的任何粘弹性材料制成的中间层的层压玻璃板，尤其丙烯酸聚合物或缩醛树脂类型的材料。在这些情况下有必要调节表示传递系数的公式中的材料参数。

类似地，本发明在制造层压玻璃板的描述中进行了说明。然而，根据本发明的方法可以实施于任何层压玻璃件的制造，尤其是形式不同于板形式的层压玻璃件，再那些情况下用于计算载荷耐力的分析公式也要相应地修改。

Claims (12)

1.一种用于制造层压玻璃件(1；10)的方法，使其能够承受对应于特征时间(t)范围和特征温度(T)范围的预定载荷(F₀)，该层压玻璃件(1；10)包括至少一个具有玻璃功能的基层(2，4；12，14，16)和至少一层聚合物中间层(3；13，15)，其特征在于，该方法包括以下步骤，其中：

-得到描述中间层构成物相对于预定载荷(F₀)的特征时间和特征温度范围的粘弹性行为规律(E_int(t，T))；

-使用分析模型和公式来计算表示层压玻璃件(1；10)承受所述预定载荷(F₀)的载荷耐力的至少一个量的最大值(w_max；σ_max ⁱ)，在所述分析模型中，中间层对层压玻璃件中剪切传递的贡献用传递系数

来表示，而所述公式表示所述传递系数

其是中间层的杨氏模量(E_int)、层压玻璃件上施加的载荷(F)、和层压玻璃件的尺寸(a，b，h_i，h_intj)的函数；

-调节层压玻璃件(1；10)的尺寸(a，b，h_i，h_intj)，使表示层压玻璃件(1；10)的载荷耐力的所述量的计算最大值(w_max；σ_max ⁱ)小于或等于可允许的最大值；

-制备并组装层压玻璃件(1；10)的基层(2，4；12，14，16)和中间层(3；13，15)的层成为调节的尺寸(a，b，h_i，h_intj)。

2.权利要求1的制造方法，其特征在于，为了测定中间层构成物的行为规律(E_int(t，T))，通过改变频率(f＝1/t)和温度(T)、并通过施加恒定动态位移，使用粘度分析仪测定中间层样品的杨氏模量(E_int)，并且使用通过WLF(Williams-Landel-Ferry)方法建立的频率/温度等效规律。

3.权利要求1和2之一的制造方法，其特征在于，中间层(3)构成物的行为规律(E_int(t，T))在5×10^-7Hz～3×10^-1Hz的频率(f＝1/t)范围、和-20℃～60℃的温度(T)范围内确定。

4.前述权利要求之一的制造方法，其特征在于，计算以下数据，以作为代表层压玻璃件(1；10)的载荷耐力的量：

○基于层压玻璃件的等效厚度h_ef；w，层压玻璃件(1；10)的挠曲度(w_max)满足：

和/或

○基于层压玻璃件的等效厚度h_ef；σ；i，层压玻璃件(1；10)具有玻璃功能的所述基层或每个基层上的最大应力(σ_max ⁱ)满足：

其中h_i是具有玻璃功能的所述基底或每个基底(2，4；12，14，16)的厚度；

h_intj是所述中间层或每个中间层(3；13，15)的厚度；

h_m；i是具有玻璃功能的基层i的静平面与层压玻璃件(1；10)的静平面之间的距离。

5.前述权利要求之一的制造方法，其特征在于，根据以下步骤确定表示传递系数的公式该公式对包括至少一个具有玻璃功能的基层和至少一层聚合物中间层的任何层压玻璃件都有效：

-得到描述层压玻璃件中间层构成物粘弹性行为的规律(E_int(t，T))；

-建立层压玻璃件弯曲的有限元数字模型，使用中间层构成物的行为规律(E_int(t，T))来限定中间层的机械性能；

-对一方面用数字模型得到的结果和另一方面用分析模型得到的结果进行比较，其中中间层对剪切传递的贡献用传递系数

表示，调节传递系数

的值，直到这些结果收敛；

-通过连续迭代构建表示传递系数

变化的传递函数，其为中间层杨氏模量(E_int)的函数；

-传递函数以公式形式表示，使传递系数

能够表示为中间层的杨氏模量(E_int)、层压玻璃件上施加的载荷(F)、和层压玻璃件的尺寸(a，b，h_i，h_intj)的函数；

-根据经验来确定表示传递系数

的公式的参数，所述传递系数为中间层的杨氏模量(E_int)、层压玻璃件上施加的载荷(F)、和层压玻璃件的尺寸(a，b，h_i，h_intj)的函数。

6.前述权利要求之一的制造方法，其特征在于，该层压玻璃件(1；10)为矩形的板，在表示传递系数的所述公式

中，层压玻璃件(1；10)的尺寸是所述板的宽度(a)和长度(b)、具有玻璃功能的所述基层或每个基层(2，4；12，14，15)的厚度(h_i)、及所述中间层或每个中间层(3；13，15)的厚度(h_intj)。

7.一种数据记录介质，其特征在于，其包括用于执行前述权利要求之一的制造层压玻璃件的方法的计算步骤的指令，当这些指令通过电子计算装置执行时，所述指令包括使用分析模型和公式、计算表示层压玻璃件(1；10)承受所述预定载荷(F₀)的载荷耐力的至少一个量的最大值(w_max；σ_max ⁱ)的指令，在所述分析模型中，中间层对层压玻璃件中剪切传递的贡献用传递系数来表示，而所述公式表示传递系数

其为中间层的杨氏模量(E_int)、层压玻璃件上施加的载荷(F)、和层压玻璃件的尺寸(a，b，h_i，h_intj)的函数。

8.权利要求7的数据记录介质，其特征在于，所述指令包括，在计算表示层压玻璃件(1；10)承受所述预定载荷(F₀)的载荷耐力的至少一个量的最大值(w_max；σ_max ⁱ)的指令之后，计算层压玻璃件(1；10)的尺寸(a，b，h_i，h_intj)调节值的指令，以使计算的代表性量的最大值(w_max；σ_max ⁱ)小于或等于该代表性量可允许的最大值(w_max；σ_max ⁱ)。

9.权利要求1～6之一的制造方法得到的层压玻璃件(1；10)。

10.一种用来安装在与施加在玻璃件上的预定最大载荷(F₀)相应的场所的层压玻璃件(1，10)，所述层压玻璃件包括至少一个具有玻璃功能的基层(2，4；12，14，16)和至少一层聚合物中间层(3；13，15)，其特征在于，其中间层厚度(h_intj)和/或基层厚度(hi)分别低于相应的名义层压玻璃件的中间层厚度和基层厚度，层压玻璃件(1；10)的其它尺寸(a，b，h_i，h_intj)保持与相应的名义层压玻璃件的相同，其中相应的名义层压玻璃件是为抵抗所述预定最大载荷(F₀)、通过其中层压玻璃件的等效厚度(h_ef；w，h_ef；σ；i)与中间层(3；13，15)的所述层的厚度(h_intj)无关的制造方法制造的层压玻璃件，基于所述等效厚度，可以使用类似于适用于单片玻璃件的公式((V)，(VI))来计算玻璃件载荷耐力的代表性量。

11.权利要求9和10之一的层压玻璃件，其特征在于，层压玻璃件(1；10)为建筑玻璃件，其包括具有玻璃功能的至少两个基层(2，4；12，14，16)和至少一层聚合物中间层(3；13，15)，所述中间层或每个中间层(3；13，15)放置在具有玻璃功能的两个基层(2，4；12，14，16)之间。

12.权利要求9和10之一的层压玻璃件，其特征在于，其为光伏模件，包括具有玻璃功能的前基层和至少一个光伏电池，一个聚合物的层压中间层插入在前基层与光伏电池之间。

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